Empaquetado flexible de bolsas de infusión con protección robótica

Manipulación sencilla

Las bolsas de infusión son una alternativa ligera y estable a las soluciones de infusión en botellas de vidrio. Sin embargo, la flexibilidad de dichas bolsas requiere un conocimiento técnico considerable en la técnica de procesos durante el envasado, especialmente a altas velocidades. Fresenius Kabi ha implementado una línea de envasado especialmente adaptada para esta problemática. La utilización de robots y procesamiento de imágenes garantiza la máxima productividad. La empresa Fresenius Kabi Deutschland GmbH, Friedberg, es una filial del grupo Fresenius-Kabi. En la ubicación de Friedberg, la empresa produce soluciones de infusión en diferentes envases, por ejemplo, botellas de vidrio o bolsas. Una gran oportunidad la ve en su bolsa Freeflex para soluciones de infusión, que está libre de PVC y es flexible de manejar. Una línea completamente automática, recientemente finalizada, debe producir en el futuro varias miles de unidades de estas bolsas por hora. La línea consta de la fabricación de bolsas vacías, llenado, esterilización y envasado. El proceso comienza con la soldadura de una película de doble capa para formar una bolsa. Luego siguen estaciones para rellenar, gasificar y conectar la bolsa. Los conectores sirven para extraer la solución de infusión o para añadir medicamentos a la bolsa. Posteriormente, las bolsas se sellan en una estación de reembalaje en otra capa de película.

Luego, pasan por un sistema de bandas hacia la zona de esterilización. Tras su extracción de un autoclave, vuelven a pasar por un sistema de bandas hacia el envasado. Para la detección de las bolsas, al inicio del envasado se monta una cámara lineal sobre la cinta. Una sola cámara detecta todas las bolsas y las distribuye mediante un software logístico a los robots, tipo Cobra s800 de Adept-Scara. "Reconocer la bolsa transparente fue un desafío", dice el ingeniero diplomado Michael Frieß, ingeniero jefe de proyectos en la empresa instaladora, Erhardt + Abt Automatisierungstechnik GmbH, Kuchen, quien también fue responsable de la instalación de la tecnología robótica y del software. "Resolvimos la tarea detectando los conectores en las bolsas". Como uno de los conectores es blanco, inicialmente hubo problemas con su detección. Otro problema surgió porque las bolsas no estaban colocadas exactamente en la posición en la cinta. El sistema debe no solo reconocer las bolsas, sino también determinar el punto de agarre ideal para los robots.

Robots rápidos – tiempos de señalización cortos

Los robots Adept-Scara colocan una cantidad determinada de bolsas en una caja. No se asignan todas las bolsas antes del proceso de agarre, sino que cada robot, en el momento en que está libre, realiza una solicitud para un nuevo comando de agarre al sistema de procesamiento de imágenes, que envía a continuación los datos de posición al robot. Este procedimiento requiere tiempos de señalización cortos. Toda la línea está conectada mediante Profibus y Ethernet, y un PLC Siemens S-7 actúa como maestro.

Si un robot falla, las bolsas entrantes se distribuyen entre los otros tres, y el cuarto robot puede ser mantenido. Los robots están equipados con circuitos de protección separados entre sí. "Si trabajamos solo con tres robots, los dispositivos restantes aún capturan entre el 95 y el 97 por ciento de las bolsas. El resto se embala manualmente", explica el ingeniero Axel Kretschmann, responsable del área de envasado en la línea completa.

Sin embargo, apagar un robot exige que los otros tres Scaras trabajen casi al límite de su capacidad. Antes de ajustar finamente, ya ocurrió que un robot se detuvo por sobrecarga. Cada caja está en una balanza que indica al robot, en función de un peso determinado, que no debe seguir cargando la caja. "Elegimos esta solución porque producimos bolsas de diferentes pesos. Disponemos de nueve programas diferentes para ello", informa Kretschmann. Las cajas se entregan como piezas troqueladas y se colocan en una estación especial. El llenado y pesaje subsecuentes se realiza en paralelo. Las cajas llenas se conducen a una línea, se imprimen en sus lados y en sus extremos, se etiquetan en los extremos y se les coloca un prospecto. La cámara en los extremos verifica la impresión, la etiquetadora y el prospecto mediante un lector de códigos de barras. Tras sellarlas, las cajas se llevan a la paletización.

Desafío en la técnica de agarre

Además de la detección de las bolsas y la determinación del punto de agarre ideal mediante el software logístico, el desarrollo de un sistema de agarre adecuado fue un desafío. "Nos llevó mucho tiempo de desarrollo hasta tener un sistema de agarre que realmente tomara la bolsa", dice Kretschmann. Un empleado trabajó medio año solo en la construcción del aspirador. "Teníamos varios fabricantes de sistemas de agarre en nuestra empresa, que llevaban las bolsas para pruebas a sus instalaciones", recuerda Kretschmann. Un proveedor casi logró desarrollar un agarre funcional. "Primero, usamos este sistema en producción. Con el tiempo, el agarre se volvió cada vez menos confiable, y el comportamiento de corte también empeoró a medida que aumentaba la temperatura de las bolsas. Finalmente, tuvimos que recurrir a nuestro propio conocimiento". Otra gran dificultad fue la correcta disposición de los aspiradores y el control de los agarres. "Contamos con un aire comprimido de alta calidad en la planta. Normalmente, trabajamos con bombas de vacío. Pero en nuestra aplicación con muchos aspiradores, esto genera una masa en movimiento elevada en la cabeza de agarre. Debido a los cortos ciclos, esto afecta la fuerza de retención. Finalmente, optamos por una solución con boquillas Venturi", resume Kretschmann. "Al principio, también probamos sistemas de agarre mecánicos, pero dañaban las bolsas. Según la ley de medicamentos, debemos asegurarnos de que el sistema de agarre no dañe la bolsa". La construcción de los aspiradores también fue complicada. Se buscaba un aspirador que pudiera agarrar estas bolsas flexibles, de modo que la conexión entre el aspirador y la bolsa no se rompiera incluso con altas fuerzas transversales durante la aceleración. Además, la flexibilidad de la bolsa aumenta con la temperatura. "Tras la esterilización, la bolsa alcanza temperaturas de 50 a 70 °C, lo que dificulta aún más el proceso de agarre", explica Kretschmann. Para un agarre seguro, cada aspirador – y en total catorce aspiradores por sistema de agarre – cuenta con su propio suministro de vacío. Incluso si varios aspiradores no logran establecer conexión, los demás continúan trabajando sin problemas.

Concepto de operación sencillo

Para operar la línea, hay un interruptor de inicio y otro de parada. Si durante el arranque o en funcionamiento se producen errores, el operador puede reconocerlos y cancelarlos con el botón de inicio. Por ejemplo, si un operador realiza tareas de mantenimiento en el robot y lo desplaza de su posición, se activa la supervisión de posición. Cuando el operador inicia la línea, primero debe volver a pulsar el botón de inicio para cancelar ese error, y la línea funciona sin problemas. El 99 por ciento de los errores se pueden resolver de esta manera. Si surgen errores de prioridad tan alta que no pueden cancelarse con estos botones, también puede ayudar encender o apagar el sistema. Si el operador no logra resolverlo, generalmente se puede localizar el error mediante la telemantenimiento del sistema. "Se ha instalado un sistema de telemantenimiento en la línea, que también funciona", dice Kretschmann. "Eso no se puede decir de todas las líneas". La telemantenimiento permite mantener todos los componentes del sistema: PLC, cada robot, sistema de procesamiento de imágenes y pantallas de control. Para ello, se integra un enrutador ISDN en el armario de control. Cada componente tiene una conexión Ethernet con el enrutador ISDN y puede ser mantenido desde la oficina del instalador, que se conecta al enrutador. Frieß, como supervisor de la línea, también puede realizar configuraciones, por ejemplo, cambiar posiciones de agarre y colocación. Para ello, utiliza el software de línea Explorob, que muestra todos los componentes de la línea en su totalidad. Todos los parámetros de los cuatro robots Adept-Scara, como velocidades, alturas de desplazamiento y puntos de goteo, se pueden ajustar con este software. También se pueden consultar en detalle los mensajes de error y funcionamiento. El software no está diseñado específicamente para un usuario, sino que puede adaptarse a diferentes tipos de robots y controles mediante una interfaz de usuario.

Programación variable

"Tuvimos robots de diferentes fabricantes en prueba. Las propiedades de los dispositivos Adept – durabilidad y rapidez, seguimiento de cinta y sistema de cámaras – nos convencieron finalmente", dice Kretschmann. Otra ventaja de las máquinas es que toda la alimentación de energía para el sistema de agarre está integrada en el robot. No hay cables ni mangueras en el brazo del robot. La controladora Adept tiene la gran ventaja de que los programadores tienen todas las posibilidades. No hay un código fijo en el control, sino un software parametrizable de forma flexible. Esto significa, por ejemplo, para el seguimiento de la cinta, que el robot puede ser fácilmente supervisado para verificar si aún se encuentra en la ventana de operación. El programador pudo crear un programa sin problemas usando módulos, que funciona en los cuatro robots. Como ya existe una línea de este tipo en Fresenius Kabi, en la fase de concepto y en la instalación no hubo grandes problemas. La mayor parte de los desafíos fue logístico, relacionado con la distribución de las bolsas entre los robots. "Distribuir varias miles de bolsas por hora fue difícil de simular de antemano", dice Frieß. "Se requirió coordinación hasta que logramos controlar el problema".

Un desafío fue alcanzar una alta disponibilidad superior al 99,8 por ciento. "El 95 por ciento se logra rápidamente", dice Frieß. "Pasar del 95 al 99,8 por ciento es un gran paso, que solo es posible con pruebas exhaustivas y mucha experiencia". "El 99 por ciento de disponibilidad sigue siendo un buen valor en teoría", añade Kretschmann. "Pero en nuestra aplicación, con varias miles de bolsas por hora, todavía habría algunas que no se agarrarían al final". Sobre el tema de rechazos, Kretschmann comenta: "Si los robots no agarran una bolsa, los operarios la embalan a mano. En ese caso, no hay rechazo. Solo ocurre si un robot agarra la bolsa y no la embala correctamente. Aquí, la tasa es inferior al 0,1 por ciento". Para amortizar la inversión, Kretschmann explica que no hace falta realizar cálculos complejos: "Operamos la zona de esterilización y envasado con dos empleados. Sin la automatización, sería necesaria una cantidad significativamente mayor de personal en un turno de tres turnos".