未来实验室的自动化演进路径 智绘未来 2026 -ABB

0ı未来实验室的02执行摘要03引言06实验室现状08常见痛点10应用落地的挑战与障碍13结论2应对日益严苛的监管要求、不断攀升的复杂性，以及短缺问题。传统的手动操作流程已愈发难以跟上现代这迫使各大企业和机构纷纷将目光投向自动化技术，作为ABB机器人（ABBROBOTICS）与梅特勒-托利调研。该调研评估了从业者对实验室运营现状的态度，本篇白皮书旨在描绘实验室运营的现状，驱动自动化的核心动力，以及阻碍或减缓自动化普及的常见挑战如何在短短几周内构建一个自动化、数据化且无缝的“未来实验室”，以及在开启这一转型之旅主要发现一览大多数实验室仍处于起步阶段，重点仅局限于准备和质量控制标准化的质量控制流程更易于实现自动化，而研发流程的多试点项目和改造项目表明，自动化可提升速度、重现性和循仪器设备脱节迫使手动传输数经验丰富的科学家在低价值任3近年来，实验室检测领域发生了深刻变革，新断演变的市场以及日益严峻的人才短缺现象共同重塑了行业流程。特别是，客户对缩短交付周期和产传统的纯手动流程往往难以在提速的同时兼顾质量或结量控制（QC）则面临着对准确性、可重复性和通量的通过将机器人与实验室仪器相结合，新型工艺正关键实验工作流的自动化、增强与优化。这些仪器。同时，这些系统还能针对特定的应用场景（驱动实验室自动化应用的关键因素材料科学、合成生物学和化学工程领域的进步，要求实验室必须具备管理更多变量、处理在制药和电池开发等行业，对候选化合物或材料进行快速筛选与测试，是缩短开发周期并随着退休人数增加以及新人入行率不足，许多实验室正面临人才断层。自动化技术通过接管重复性高或对精度极度敏感的任务，有效弥补了日益扩大的技能差距，使现有员工能够迈向“智能实验室”和数字化生态系统的趋势带来了广泛效益，但这需要高效的技术作为自动化增强了可追溯性和一致性，这对于满足行业监管标准、确保科学成果的合规性与有4自动化的优势显著，其核心优势之一是减少人为错误。通过将人工干预降至最低，自动化降低了误操作的概率。这不仅有助于提高实验的可重复性，还能确释放自动化的巨大潜力并非一蹴而就，也没有“一劳永逸”的通用方案。研究机构必须综合考量多理，以及针对独特实验室环境的定制化需求更高程度的工作流自动化，还需要将其与现有流深思熟虑的集成，并经过严格验证。同时，必须作为三部系列白皮书的第一部分，这份由ABB机器人联合发布的报告，深入探讨了当前驱动自动化的主要趋势与关注点、现有的核心技术及其优势，以及如何有效实施自动化策略以获得最佳成果。本文档的内容基于一项有针对性的全球客户之声调查。选择这些行业，主要是因为它们高度依赖实验室进一步部署自动化技术的理想切入点。在调查设计中，我们力求平衡不同职能部门的视角，确保能够同时这种全方位的研究方法，让我们确信其提出的议，能够真实反映那些处于科技最前沿的机构在调研方式受访者代表质量控制、研发和测试服务职能瑞士瑞典瑞士美国韩国生物制药化工生产I0NSQUEST24受访机构行业分布10%10%10%10%10%20%40%6但在目标达成之前，我们不得不继续手工操作那些早在几年前就该被自动化的任务。”尽管业界普遍憧憬着一个全自主、数字化集成的未来实验室愿景，但调查受访者透露，在实际部署自动化应用调查显示，大多数实验室仍处于自动化的早期到中期阶7），实验室已在高通量的实验室环境下实现了试点规模的全战略支持的前提下，自动化可以取得显著进展。然而，实验设计等更复杂的应用场景，在很大程度上更强、变更更频繁等特点，研发环节的自动化多。通过将这一优势与自动化流程带来的高效提速相结经认识到标准化在实现研究工作流中可重复环节自动化设施改造和分阶段集成转变。相比之下，另一些机构则已开始规划“自动化就绪型”实验室空间，并充此外，最佳实践流程也在不断演进。受访者提到，他们会在并行或非工作时间测试自动化系统，以避免干扰核心操作，并通过试点阶段在新系统大规模应用前8另一个人负责把所有的结果汇总在一起。”尽管自动化的效益已获得广泛认可，但许多实验室仍面临着日常效率低下的问题，这极大地消耗了他们的时间、太多的科学家和技术人员仍将大量精力浪费在原本可以工作、四处确认设备是否可用，或者为了跑通流程而反复调整数据格式。“并不是我们不想实现自动化。事实上，我们中的大多数人都渴望实现自动化。但在目标达成之前，我们不得不继续手工操作那些早在几年前就该除了浪费原本可以更有效地投入到实验室工作中的技能外，让员工困于重复性的低级任务还会增加人为错误的风险。因注意力不集中、枯燥或疲劳而产生的错误往往不会立即显现，而是会在工作流中传导，最终导致不合“有时我们要到好几个步骤之后才能察觉错误，那时才意识到出了问题，不得不推倒重来。这既令人沮丧，又手动工作流的线性特征也增加了瓶颈风险。样品制备延迟或仪器校准等单一环节的延误，就可能耽误整整一天的进度，迫使团队重新安排实验计划或将时间挪作他用。这些中断的影响会产生连锁反应，不仅延缓单个实验，9多位专业人士分享了由于样品制备积压或资源瓶现有产能无法支撑更复杂的方案，他们的团队有对于经常面临紧迫期限的团队而言，这些延误直接要严格遵守监管标准或需要在全球团队之间频繁进行知段来确保操作的一致性，想要获得可重复的实验即使是先进的自动化系统，如果缺乏有效的系统集成，工作或相互通信。数据必须跨系统进行手动提取、这种固有的碎片化使得实验室难以构建精简的工作流，“我们的实验室拥有能够完成惊人任务的尖端仪器，但却无法通过有效的方式将它们连接成一个完整的工艺流程。因此，我们仍然依靠人工将样品从一个实验台搬运到另一个实验台，然后再由另一个人负责把所有的结果示了手动工作流背后的隐藏成本。那些继续动流程的实验室将日益落后，他们缺乏必要的基来提供更快速、更可靠的结果，也无法实现业务的工作方式在20年前可能是合理的。但现在已经行不通了，尤其是如果我们想要实现增长、保持竞争力和持核心要点核心要点日常流程中的阻碍、人才浪费以及碎片化的系统，愈发凸显了自动化如果能从战略高度实施自动化，不仅能加速创新周期、确保合规性，还能将专业人才从琐事中解放出来，专注于高价值工作，从而帮助实为了实现这一目标，研究机构应致力于简化流程、将自动化扩展至基础步骤之外、集成数据解决方案并简化报告机制。通过采用模块化、可互操作的系统对现有实验室进行改造，并在设计新实验室时考虑可10虽然实验室自动化的长期回报显而易见，但在实现这些回报之前，往往有许多障碍需要克服。与受访者的交流技术局限性文化与组织阻力财务或战略层面的迟疑技术局限性文化与组织阻力许多实验室员工对机器人能够超越甚至取代他们感到担忧，这种顾虑是可以理解的。机器人能够不间断、无须一些专业人士表达了担忧，认为自动化可能会取代现有岗位或导致传统专业技能贬值。在许多实验室中，团队长期依赖早已确立的方法和手动常规流程。因此，任何对传统工作方式的改变，无论其初衷多么好，往往都会遭到员工（在某些情况下甚至是工会）的质疑、不安或“观念是最大的障碍之一。人们习惯于掌控每一个步骤。当你引入自动化时，有些人将其视为失去掌控，而非此外，自动化在基层层面常常被误解。人们普遍将其与大规模机器人应用联系在一起，或者认为它仅适用于高一些小型的、增量式的自动化形式可以在不剧烈改变其“一些团队成员甚至没有意识到，他们已经在使用的工具其实也是更宏观的自动化计划的一部分。一旦他们意识到，这些工具是为了提供帮助而非1111会选择先从小型、见效快、能直接帮到员工的试点项目入手，比如把样品制备这类繁琐工作自动化。这样能快速体现出实际价值，对获得广泛认可、推动整体工作顺“我会先从一些小而有影响力的项目错率也更低，他们的参与度自然就系统和软件时，他们的工作能力往往会受到限制，尤其特别是在升级改造项目中，实验室设施在设计之初根本没有考虑到自动化需求，缺乏容纳机器人系统或云平台的物理空间、环境控制条件及网络连接能力。这些实验室中使用的传统仪器或许仍能提供可靠的结果，但由于不具备API（应用程序编程接口）、数字输出或远程监控功能，它们往往难以适配当前主流的自动化架构。这使得团队陷入两难境地：要么投入昂贵的升级费用，要将自动化与旧系统集成，目前仍是行业面临的最严峻的“集成是最难的部分。不同的平台使用不同的语言，且缺乏统一的数据层。你只能选择构建定制化方案，在这种环境下，虽然实现单个任务的自动化并非难事，第三方工具甚至更换整个系统，这无疑增加了复杂性和12那些在自动化进程中取得成功的机构，往往采用模块化路径：他们首先识别实验室中现已具备自动化条件的区域，同时规划基础设施更新，为未来规模化扩展做好准购置并落地自动化技术所需的投资，往往成为其推广应用的一大障碍，对于预算有限、规划周期较短的机量化潜在投资回报的能力。然而，这一点极具挑战，特别是在研发和早期探索环境中。在这些领域，自动化带来的核心效益是质量提升、可重复性增强或技术创新，到了。但在真正投入之前，很难用具体数字来衡量其回报。这让立项缺乏组织协同使情况进一步复杂化。如果没有集中的自动化战略，各个团队或部门往往只能独自为项目争取支持。这种碎片化的推进方式难以争取到资金，更无法协调资源，也难以实现系统间的互操作性。一位受访者解释称，“虽然公司内部多个层面都对自动化感兴趣，但没有明确的负责人，所以一切都无法以协同的方式向前从战略层面来看，自动化项目往往还会与其他被视为更紧急、更重要的优先事项形成竞争。因此，部分企业开始将自动化纳入更广泛的战略路线图，重新将其定位为支撑多项业务成果的核心能力，并与可扩展性、数字化尽管这些挑战不容小觑，但并非不可逾越。我们的研究表明，自动化的成功落地，既关乎技术软硬件，也同样关乎人员与规划。要化解抵触情绪，变革管理、内部培训以及跨职能协同至关重要。技术整合必须务实推进，采用模块化规划与面向未来的基础设施。而财务与战略层面的统一协同，从根本上需要管理层支持与长远+找准最适合的自动化解决方案，向管理层清晰阐述+13尽管自动化的应用正在