Emballage flexible de sacs d'infusion protégé par robot

Manipulation pas simple

Les sacs d'infusion sont une alternative légère et stable aux solutions d'infusion en bouteilles de verre. La flexibilité de ces sacs exige cependant un savoir-faire considérable en technique de processus lors de leur emballage – en particulier à haute cadence. Fresenius Kabi utilise pour cette problématique une installation d'emballage spécialement adaptée. L'utilisation de robots et de vision par image garantit une productivité maximale. La société Fresenius Kabi Deutschland GmbH, Friedberg, est une filiale du groupe Fresenius-Kabi. Sur le site de Friedberg, l'entreprise produit des solutions d'infusion dans différents emballages, par exemple en bouteilles en verre ou en sacs. Une grande opportunité est vue dans son sac Freeflex pour solutions d'infusion, exempt de PVC et facile à manipuler. Une ligne entièrement automatisée, récemment achevée, doit à l'avenir produire plusieurs milliers d'unités de ces sacs par heure. L'installation comprend la fabrication de sacs vides, le remplissage, la stérilisation et la mise en paquet. Le processus commence par la soudure d'une feuille double couche en un sac. S'ensuivent des stations pour le remplissage, la gazéification et la connexion du sac. Les connecteurs servent à prélever la solution d'infusion ou à ajouter des médicaments dans le sac. Ensuite, les sacs sont scellés dans une autre couche de film dans une station de sur-emballage.

Ils passent ensuite via un système de bandes dans la zone de stérilisation. Après leur sortie d'un autoclave, ils transitent à nouveau par un système de bandes vers la mise en paquet. Pour la détection des sacs, une caméra linéaire est montée au début de la ligne au-dessus du tapis. Une seule caméra reconnaît tous les sacs et les répartit à l'aide d'un logiciel logistique vers les robots – des Adept-Scaras du type Cobra s800. « La reconnaissance du sac transparent était un défi », explique Dipl.-Ing. Michael Frieß, ingénieur en chef de projet chez le fabricant de l'installation, Erhardt + Abt Automatisierungstechnik GmbH, Kuchen, qui a également installé la technologie robotique et le logiciel. « Nous avons résolu la tâche en détectant les connecteurs sur les sacs. » Étant donné qu'un des connecteurs est blanc, il y avait au début des problèmes de détection. Un autre problème venait du fait que les sacs n'étaient pas positionnés précisément sur le tapis. Le système doit donc non seulement reconnaître les sacs, mais aussi déterminer le point de préhension idéal pour les robots.

Robots rapides – temps de signalisation courts

Les Adept-Scaras déposent chacun un certain nombre de sacs dans une boîte. Ils ne reçoivent pas tous les sacs avant l'action de préhension, mais chaque robot, lorsqu'il est libre, envoie une demande pour une nouvelle commande de préhension au système de vision, qui lui transmet alors les données de position. Cette méthode nécessite des temps de réponse courts. Toute l'installation est connectée via Profibus et Ethernet, un automate Siemens S7 en assure la gestion principale.

En cas de panne d'un robot, les sacs entrants sont redistribués aux trois autres, et le quatrième robot peut être entretenu. Les robots sont équipés de cercles de protection séparés. « Si nous ne travaillons qu'avec trois robots, les appareils restants captent encore entre 95 et 97 % des sacs. Le reste est emballé manuellement », explique Dipl.-Ing. Axel Kretschmann, responsable du secteur mise en paquet dans l'ensemble de l'installation.

Cependant, en éteignant un robot, les autres trois Scaras sont poussés à leur limite. Il est arrivé que, pour un réglage fin, un robot s'arrête en raison d'une surcharge. Chaque carton repose sur une balance qui indique au robot, à un poids précis, de ne pas continuer à charger. « Nous avons choisi cette solution car nous produisons des sacs de poids différents. Nous disposons de neuf programmes différents », indique Kretschmann. Les cartons, livrés sous forme de pièces découpées, sont mis en position dans une station spéciale. Le remplissage et la pesée qui suivent se font en parallèle. Les cartons remplis sont reliés à une chaîne, imprimés sur leurs côtés longs et courts, étiquetés sur leur face courte et équipés d'une notice. La caméra vérifie l'impression sur la face courte, la lecture du code-barres sur l'étiquette et la notice. Après fermeture, les cartons sont palettisés.

Défi de la technique de préhension

Outre la reconnaissance des sacs et la détermination du point de préhension idéal par le logiciel logistique, le développement d’un système de préhension adapté a été un défi. « Il a fallu beaucoup de temps de développement pour que le système de préhension puisse réellement saisir le sac », explique Kretschmann. Un employé a travaillé un demi-année seul à la conception de l’aspirateur. « Nous avions plusieurs fabricants de systèmes de préhension dans notre société, qui emmenaient les sacs pour essais dans leur entreprise », se souvient Kretschmann. Un fournisseur a presque réussi à développer un préhenseur fonctionnel. « Nous l’avons d’abord utilisé en production. Mais, avec le temps, le préhenseur est devenu de moins en moins fiable, et son comportement de déchirure s’est dégradé avec la température croissante des sacs. Finalement, nous avons dû revenir à notre propre savoir-faire. » Un grand défi était aussi la disposition correcte des aspirateurs et la commande des préhenseurs. « Nous disposons dans l’usine d’une air comprimée de haute qualité. Normalement, nous utilisons des pompes à vide. Mais, pour notre application avec beaucoup d’aspirateurs, cela entraîne une masse mobile importante au niveau de la tête de préhension. En raison des cycles courts, cela pose problème pour la force de maintien. Finalement, nous avons opté pour une solution avec des buses Venturi », résume Kretschmann. « Au début, nous avons aussi essayé des systèmes de préhension mécaniques, mais cela endommageait le sac. Selon la loi sur les médicaments, nous devons garantir que le préhenseur ne déchire pas le sac. » La conception des aspirateurs n’était pas non plus simple. Il fallait trouver un aspirateur capable de saisir ces sacs flexibles, de façon que la connexion entre l’aspirateur et le sac ne se rompe pas, même sous de fortes forces transversales lors de l’accélération. La flexibilité du sac augmente aussi avec la température. « Après stérilisation, le sac atteint 50 à 70 °C, ce qui complique encore la préhension », explique Kretschmann. Pour une préhension fiable, chaque aspirateur – et il y en a quatorze au total par préhenseur – dispose d’une alimentation en vide propre. Même si plusieurs aspirateurs ne parviennent pas à établir la connexion, les autres continuent de fonctionner sans interruption.

Concept de commande simple

Pour piloter l’installation, il y a un bouton de démarrage et un bouton d’arrêt. En cas d’erreur lors du démarrage ou pendant le fonctionnement, l’opérateur peut la reconnaître et la confirmer avec le bouton de démarrage. Par exemple, si un opérateur a effectué des travaux de maintenance sur le robot et l’a déplacé de sa position, la surveillance de position intervient. Lors du redémarrage, l’opérateur doit confirmer cette erreur en appuyant à nouveau sur le bouton de démarrage, et l’installation redémarre sans erreur. 99 % de toutes les erreurs peuvent ainsi être corrigées. En cas d’erreurs de priorité élevée qui ne peuvent pas être confirmées avec ces boutons, l’allumage et l’extinction du système peuvent encore aider. Si l’opérateur ne parvient pas à résoudre le problème, celui-ci peut souvent être localisé via la télémaintenance du système. « La télémaintenance est intégrée à l’installation et fonctionne également », indique Kretschmann. « Ce n’est pas le cas de toutes les installations. » La télémaintenance permet de maintenir tous les composants du système : l’automate programmable, chaque robot, le système de vision et l’interface utilisateur. Un routeur ISDN est intégré dans le coffret électrique pour la télémaintenance. Chaque composant est connecté via Ethernet au routeur ISDN, permettant de le maintenir à distance depuis le bureau de l’installateur, qui se connecte au routeur. Frieß, en tant que superviseur de l’installation, peut aussi effectuer des paramétrages, par exemple modifier les positions de préhension et de dépose. Il utilise pour cela le logiciel d’installation Explorob, qui représente tous les éléments de l’installation. Tous les paramètres des quatre Adept-Scaras, comme vitesses, hauteurs de déplacement et points d’échange, peuvent être configurés avec ce logiciel. Il est aussi possible de consulter en détail les messages d’erreur et de fonctionnement. Le logiciel n’est pas conçu spécifiquement pour un utilisateur, mais peut être adapté à différents types de robots et commandes via une interface utilisateur.

Programmation variable

« Nous avions testé des robots de différents fabricants. Les caractéristiques des appareils Adept – durabilité, rapidité, suivi de bande et système de caméras – nous ont finalement convaincus », explique Kretschmann. Un autre avantage des machines est que toute l’alimentation électrique du préhenseur est intégrée dans le robot. Il n’y a plus de câbles ou de tuyaux sur le bras robotique. La commande Adept offre l’avantage considérable que les programmeurs disposent de toutes les possibilités. Il n’y a pas de code fixe dans la commande, mais un logiciel paramétrable de façon flexible. Par exemple, pour le suivi de bande, cela signifie que le robot peut simplement être surveillé pour vérifier s’il reste dans la fenêtre de fonctionnement. Le programmeur a pu, à l’aide de modules, écrire sans problème un programme fonctionnant sur les quatre robots. Étant donné qu’une installation de ce type existe déjà chez Fresenius Kabi, il n’y a pas eu de gros problèmes lors de la conception et de l’installation. La majorité des défis étaient d’ordre logistique, notamment la répartition des sacs entre les différents robots. « La distribution de plusieurs milliers de sacs par heure ne pouvait être simulée qu’avec difficulté en amont », explique Frieß. « Il a fallu faire plusieurs ajustements avant d’avoir maîtrisé le problème. »

Un défi était d’atteindre une disponibilité élevée de plus de 99,8 %. « 95 %, c’est vite atteint », indique Frieß. « Passer de 95 % à 99,8 %, c’est une étape énorme, qui ne peut être réalisée qu’avec des tests approfondis et beaucoup d’expérience. » « 99 % de disponibilité restent une bonne valeur en théorie », ajoute Kretschmann. « Mais, avec plusieurs milliers de sacs par heure, il en resterait encore quelques-uns qui ne seraient pas saisis à la fin. » Kretschmann, à propos du rejet : « Si les robots ne saisissent pas un sac, les opérateurs le mettent à la main. Dans ce cas, il n’y a pas de rejet. Cela ne se produit que si un robot saisit un sac et ne l’emballe pas correctement. Nous sommes alors en dessous de 0,1 %. » Pour amortir l’installation, pas besoin de calculs complexes, précise Kretschmann : « Nous gérons la zone de stérilisation et de mise en paquet avec deux employés. Sans l’automatisation, un nombre de personnel nettement plus élevé serait nécessaire en trois équipes. »