Robustní balení flexibilních infuzních vaků

Komplikovaná manipulace

Infuzní sáčky jsou lehkou a stabilní alternativou k infuzním roztokům v skleněných lahvích. Flexibilita takových sáčků však vyžaduje při balení značné know-how v technologii procesu – zejména při vysokých průtazích. Fresenius Kabi má pro tento problém nasazen speciálně upravený balicí stroj. Použití robotů a strojového vidění zajišťuje nejvyšší produktivitu. Fresenius Kabi Deutschland GmbH, Friedberg, je dceřinou společností skupiny Fresenius-Kabi. Na místě Friedberg vyrábí společnost infuzní roztoky v různých balicích prostředcích, například v skleněných lahvích nebo sáčcích. Velkou příležitost vidí společnost ve svém sáčku Freeflex pro infuzní roztoky, který je bez PVC a flexibilní na manipulaci. Nedávno dokončená plně automatická linka má v budoucnu vyrábět několik tisíc těchto sáčků za hodinu. Zařízení sestává z výroby prázdných sáčků, plnění, sterilizace a balení. Proces začíná svařením dvouvrstvé fólie do sáčku. Následují stanice pro plnění, gasování a konektování sáčku. Konektory slouží k odebrání infuzního roztoku nebo k přidání léků do sáčku. Poté jsou sáčky v přebalovací stanici svařeny do další vrstvy fólie.

Poté putují po pásovém systému do sterilizačního prostoru. Po vyjmutí z autoklávu putují opět po pásovém systému do balení. Pro rozpoznání sáčků je na začátku balení namontována řádková kamera nad pásem. Jedna kamera rozpozná všechny sáčky a pomocí logistického softwaru je rozděluje robotům – typ Cobra s800 od Adept-Scaras. „Rozpoznání průhledného sáčku bylo výzvou,“ říká Dipl.-Ing. Michael Frieß, vedoucí projektový inženýr u dodavatele zařízení, společnosti Erhardt + Abt Automatisierungstechnik GmbH, Kuchen, který také zodpovídal za instalaci robotické techniky a software. „Naším úkolem bylo detekovat konektory na sáčcích.“ Protože je jeden z konektorů bílý, zpočátku zde nastaly problémy s rozpoznáváním. Dalším problémem bylo, že sáčky neleží přesně v poloze na pásu. Systém musí sáčky nejen rozpoznat, ale také určit ideální bod pro uchopení roboty.

Rychlí roboti – krátké signální časy

Roboti Adept-Scaras kladou do krabice určitý počet sáčků. Přitom jim není předem přidělen celý počet sáčků, ale každý robot při uvolnění požádá o nový příkaz k uchopení obrazu, který následně pošle pozicová data robotovi. Tento přístup vyžaduje krátké signální časy. Celé zařízení je propojeno přes Profibus a Ethernet, hlavní řídicí jednotku tvoří Siemens S-7 PLC.

Pokud jeden robot selže, rozdistribuují se přicházející sáčky na zbývající tři, a čtvrtý robot může být opraven. Roboti jsou vybaveni oddělenými ochrannými okruhy. „Pokud pracujeme pouze se třemi roboty, zbývající zařízení stále zachytí mezi 95 a 97 procenty sáčků. Zbytek je ručně balen,“ říká Dipl.-Ing. Axel Kretschmann, odpovědný za balení v celkovém zařízení.

Nicméně při vypnutí jednoho robota jsou ostatní tři Scaras na hranici zatížení. Došlo i k situacím, kdy robot kvůli přetížení přestal pracovat. Každý krabice stojí na váze, která robotovi při určitém hmotnostním limitu sdělí, že nemá dále zatěžovat krabici. „Toto řešení jsme zvolili, protože vyrábíme různé těžkosti sáčků. Máme k dispozici devět různých programů,“ uvádí Kretschmann. Krabice jsou dodávány jako výstřižky a ve speciální stanici jsou postaveny na základnu. Následuje dvojí plnění a vážení. Naplněné krabice jsou spojeny do pásu, potištěny po stranách a na koncích, opatřeny štítky a příbalovým letákem. Kontrolu koncových potisků provádí kamera, která také čte čárový kód na štítku a letáku. Po uzavření jsou krabice přemístěny na paletizaci.

Výzva v uchopovací technice

Kromě rozpoznávání sáčků a určení ideálního bodu uchopení pomocí logistického softwaru byla výzvou i vývoj vhodného systému uchopení. „Trvalo dlouhou dobu, než jsme měli systém tak, aby opravdu vzal sáček,“ říká Kretschmann. Jeden zaměstnanec pracoval půl roku výhradně na konstrukci sacího zařízení. „Měli jsme několik výrobců systémů uchopení, kteří si sáčky brali na zkoušky do svých firem,“ vzpomíná Kretschmann. Jeden dodavatel téměř dokázal vyvinout funkčního uchopovače. „Ten jsme zpočátku dokonce používali ve výrobě. Postupem času však začal být spolehlivost problémem a také odlamovací chování se zhoršovalo s rostoucí teplotou sáčků. Nakonec jsme museli využít vlastní know-how.“ Výzvou bylo i správné uspořádání sacích zařízení a řízení uchopovačů. „V naší továrně máme kvalitní stlačený vzduch. Obvykle pracujeme s vakuovými čerpadly. U naší aplikace s velkým počtem sacích zařízení však vzniká vysoká hmotnost pohybujícího se hlavice. Kvůli krátkým cyklům máme problém s tažnou silou. Nakonec jsme zvolili řešení s Venturi tryskami,“ shrnuje Kretschmann. „Zpočátku jsme zkoušeli i mechanické systémy uchopení, ale ty vedly k poškození sáčku. Podle zákona o léčivých přípravcích musíme zajistit, že uchopovač sáček nepoškodí.“ Konstrukce sacích zařízení nebyla jednoduchá. Šlo najít sací zařízení, které dokáže tyto flexibilní sáčky vůbec uchopit, a to tak, aby spojení mezi sacím zařízením a sáčkem při vysokých příčných silách, které vznikají při zrychlení, neodpadlo. Zhoršující se flexibilita sáčku při rostoucí teplotě činila věc ještě složitější. „Po sterilizaci má sáček teplotu 50 až 70 °C, což ztěžuje uchopení,“ říká Kretschmann. Pro spolehlivé uchopení je každý sací systém – a celkem je jich čtrnáct na jeden uchopovač – vybaven vlastním vakuovým zdrojem. I když u několika sacích systémů nedojde ke spojení, ostatní pracují bez problémů.

Jednoduchá obsluha

Pro ovládání zařízení je k dispozici startovací a stopovací tlačítko. Pokud při spuštění nebo během provozu dojde k chybě, může obsluha tuto chybu potvrdit tlačítkem start. Například pokud obsluha prováděla údržbu robota a posunula jej ze své pozice, spustí se kontrola polohy. Pokud obsluha spustí zařízení, musí nejprve znovu stisknout tlačítko start, aby chybu potvrdila, a zařízení pak běží bez problémů. Tuto chybu lze takto odstranit v 99 procentech případů. Pokud dojde k chybám s vyšší prioritou, které nelze potvrdit tlačítky, pomůže vypnutí a zapnutí systému. Pokud ani to nepomůže, lze chybu většinou lokalizovat přes vzdálenou správu systému. „Do zařízení je zabudována vzdálená správa, která funguje,“ říká Kretschmann. „To nemůže říct každý systém.“ Díky vzdálené správě je možné spravovat všechny části systému: řídicí systém PLC, jednotlivé roboty, systém strojového vidění a ovládací rozhraní. Pro vzdálenou správu je v rozvaděči integrován ISDN router. Každý účastník má Ethernetové připojení k routeru a lze jej tak spravovat z kanceláře dodavatele zařízení, který se do routeru přihlásí. Frieß může jako správce zařízení provádět konfigurace, například měnit uchopovací a odkládací pozice. K tomu používá softwarový nástroj Explorob, který zobrazuje všechny části zařízení kompletně. Veškeré parametry čtyř robotů Adept-Scaras, jako jsou rychlosti, výšky pohybu a načtené body, lze nastavovat právě pomocí tohoto softwaru. Také lze podrobně sledovat chybové a provozní hlášky. Software není určen pouze pro konkrétního uživatele, ale je přizpůsobitelný přes uživatelské rozhraní různým typům robotů a řídicím systémům.

Programovatelná variabilita

„Testovali jsme roboty různých výrobců. Vlastnosti zařízení Adept – odolnost a rychlost, sledování pásu a kamerový systém – nás nakonec přesvědčily,“ říká Kretschmann. Další výhodou těchto strojů je, že veškeré napájení pro uchopovač je integrováno přímo do robota. Na rameni robota nejsou žádné kabely nebo hadice. Řízení Adept má velkou výhodu v tom, že programátoři mají všechny možnosti. Není v řídicím systému pevný kód, ale flexibilní parametrizovatelný software. To například znamená, že sledování pásu je možné jednoduše monitorovat, zda se robot stále nachází v provozním okně. Programátor zde mohl pomocí modulů bez problémů napsat program, který běží na všech čtyřech robotech. Protože již existuje zařízení tohoto typu u Fresenius Kabi, nebyly v koncepční fázi ani při instalaci žádné velké problémy. Výzvou byla především logistika, tedy rozdělení sáčků na jednotlivé roboty. „Rozdělení několika tisíc sáčků za hodinu se předem jen těžko simulovalo,“ říká Frieß. „Bylo potřeba několik dohod, než jsme problém zvládli.“

Výzvou bylo také dosáhnout vysoké dostupnosti přes 99,8 procenta. „95 procent se dá rychle dosáhnout,“ říká Frieß. „Dostat se na 99,8 procenta je však velký krok, který je možný jen díky důkladným testům a bohatým zkušenostem.“ „99 procent dostupnosti je teoreticky stále dobrá hodnota,“ doplňuje Kretschmann. „U několika tisíc sáčků za hodinu by však v naší aplikaci stále zůstalo několik, které by se nakonec nezachytily.“ Kretschmann k tématu odpadů: „Pokud robot nezachytí sáček, obsluha jej ručně zabalí. Odpad se v tomto případě nevytváří. Dochází k tomu pouze, pokud robot sáček zachytí a nezabalí správně. Tento podíl je však pod 0,1 procenta.“ Pro amortizaci zařízení není třeba složitých výpočtů, říká Kretschmann: „Provozujeme sterilizační a balicí část s dvěma pracovníky. Bez automatizace by při třísměnném provozu bylo potřeba mnohem více zaměstnanců.“