Robot által támogatott csomagolás rugalmas infúziós tasakokhoz

Egyszerű kezelhetőség hiánya

Az infúziós zsákok könnyű és stabil alternatívát jelentenek az üvegpalackos infúziós oldatokkal szemben. Az ilyen zsákok rugalmassága azonban a csomagolás során jelentős folyamattechnikai szakértelmet igényel – különösen magas átfolyások esetén. A Fresenius Kabi erre a problémára kifejezetten testreszabott csomagológépet alkalmaz. A robotok és a képalkotó technológia használata biztosítja a legmagasabb termelékenységet. A Fresenius Kabi Deutschland GmbH, Friedberg, a Fresenius-Kabi csoport leányvállalata. A Friedberg-i telephelyen a vállalat különböző csomagolóanyagokban, például üvegpalackokban vagy zsákokban gyárt infúziós oldatokat. A cég nagy lehetőséget lát az ingyenes Freeflex zsákjaiban az infúziós oldatokhoz, amelyek PVC-mentesek és rugalmasak a kezelés során. Egy nemrég befejezett, teljesen automata vonalnak köszönhetően a jövőben több ezer ilyen zsákot fognak óránként gyártani. A berendezés magában foglalja az üres zsákok gyártását, töltést, sterilizálást és konfekcionálást. A folyamat a két rétegű fóliából készült zsákok hegesztésével kezdődik. Ezután következnek a töltő-, gáztalanító- és csatlakoztató állomások. A csatlakozók a zsákból történő kivételhez vagy gyógyszerek hozzáadásához szolgálnak. Ezután a zsákokat egy újrafelhasználási állomáson egy további fóliarétegre hegesztik.

Ezt követően egy szalagrendszeren keresztül kerülnek a sterilizációs területre. A sterilizálás autoklávból való kivétel után ismét egy szalagrendszeren keresztül kerülnek a konfekcionálási részlegbe. A zsákok felismeréséhez a konfekcionálás elején egy soros kamerát szereltek fel a szalagra. Egyetlen kamera felismeri az összes zsákot, és logisztikai szoftver segítségével osztja szét azokat a robotokra – például Adept-Scaras Cobra s800 típusú robotokra. „A transzparens zsák felismerése kihívás volt” – mondja Dipl.-Ing. Michael Frieß, a berendezés telepítőjének vezető projektmérnöke, az Erhardt + Abt Automatisierungstechnik GmbH-tól, Kuchen, aki a robottechnika telepítéséért és a szoftverért is felelős. „A feladat megoldásához az volt a módszerünk, hogy a zsákokon lévő csatlakozókat detektáljuk.” Mivel az egyik csatlakozó fehér, eleinte problémák adódtak az észlehetőségében. Egy másik probléma az volt, hogy a zsákok nem pontosan helyezkedtek el a szalagon. A rendszernek nemcsak felismernie kell a zsákokat, hanem a robotok számára az ideális fogási pontot is meg kell határoznia.

Gyors robotok – rövid jelátviteli idők

A Adept-Scaras robotok egy adott számú zsákot helyeznek el egy kartonban. Nem azelőtt kapják meg a zsákokat, mielőtt a fogási művelet megtörténne, hanem minden robot, amikor szabad, kérésként küldi el a képalkotó rendszernek az új fogási parancsot, amely ezután elküldi a pozíciós adatokat a robotnak. Ez a módszer rövid jelátviteli időket igényel. Az egész berendezést Profibus és Ethernet hálózat köti össze, a Siemens S7-PLC pedig a fő vezérlőként működik.

Ha valamelyik robot meghibásodik, a beérkező zsákokat a többi háromra osztják szét, és a negyedik robot karbantartásra kerülhet. A robotokat külön védőkörökkel látták el. „Ha csak három robot dolgozik, a maradék eszközök még mindig a zsákok 95-97 százalékát kezelik. A többit manuálisan csomagoljuk” – mondja Dipl.-Ing. Axel Kretschmann, aki a konfekcionálási részlegért felelős a teljes rendszerben.

Azonban, ha egy robot kikapcsol, a többi három Scaras a terhelés határáig van terhelve. Addig, amíg a finomhangolás megtörténik, előfordult, hogy egy robot túlterhelés miatt leállt. Minden karton egy mérlegen áll, amely egy adott súly esetén jelzi a robotnak, hogy ne töltse tovább a kartont. „Ezt a megoldást választottuk, mert különböző súlyú zsákokat gyártunk. Kilenc különböző program közül lehet választani” – mondja Kretschmann. A kartonokat présszel gyártják, és egy speciális állomáson állítják fel. A töltés és a mérés kétirányú folyamatként zajlik. A megtöltött kartonokat egy futószalagra helyezik, ahol oldal- és végnyomtatással, címkézéssel és betegtájékoztatóval látják el. A végnyomtatást egy kamera ellenőrzi, amely a címkéket és a betegtájékoztatót vonalkód olvasóval ellenőrzi. A lezárás után a kartonokat palettára helyezik.

Fogási technika kihívásai

A zsákok felismerése és az ideális fogási pont meghatározása mellett a megfelelő fogórendszer fejlesztése is kihívás volt. „Hosszú fejlesztési idő kellett ahhoz, hogy egy olyan fogórendszert készítsünk, amely valóban megfogja a zsákot” – mondja Kretschmann. Egy munkatárs fél évet dolgozott kizárólag a szívófej kialakításán. „Néhány gyártó fogórendszert próbáltunk ki nálunk, akik a zsákokat próbára vették” – emlékszik Kretschmann. Egy beszállító majdnem sikerült, hogy működő fogót fejlesszen ki. „Ezt kezdetben a gyártásban is használtuk. Az idő múlásával azonban a fogó egyre kevésbé volt megbízható, és a levágási viselkedése a zsákok hőmérsékletének növekedésével egyre rosszabb lett. Végül saját szakértelmünkre kellett támaszkodnunk.” Egy nagy kihívás volt a szívófejek helyes elrendezése és a fogók vezérlése is. „A gyárunkban magas a sűrített levegő minősége. Általában vákuumpumpákkal dolgozunk. Az alkalmazásunknál, ahol sok szívófejet használunk, azonban nagy a mozgó tömeg a fogófejen. A rövid ciklusidők miatt problémát okoz a tartás ereje. Végül egy Venturi-csővel szerelt megoldást választottunk” – összegzi Kretschmann. „Kezdetben mechanikus fogórendszerekkel is kísérleteztünk, de ezek károsították a zsákokat. A gyógyszertörvény szerint biztosítanunk kell, hogy a fogó ne sértse meg a zsákot.” A szívófejek helyes elrendezése sem volt egyszerű. Olyan szívófejet kellett találni, amely képes megragadni ezeket a rugalmas zsákokat, oly módon, hogy a kapcsolat a szívófej és a zsák között magas oldalirányú erő esetén se szakadjon el. Tovább nehezítette a feladatot, hogy a zsák rugalmassága növekszik a hőmérséklet emelkedésével. „A sterilizálás után a zsák hőmérséklete 50-70 °C, ami tovább nehezíti a fogást” – mondja Kretschmann. Minden fogó – összesen négy fogó van egy fogónál – saját vákuumellátással van felszerelve a biztonságos fogás érdekében. Még akkor is, ha több szívófej nem kapcsolódik egymáshoz, a többi tovább dolgozik zavartalanul.

Egyszerű kezelői koncepció

A berendezés kezeléséhez egy indító- és egy leállítókapcsoló áll rendelkezésre. Ha indításkor vagy működés közben hiba lép fel, a kezelő ezeket a Start gombbal tudja jóváhagyni. Például, ha egy kezelő karbantartási munkát végzett a roboton, és elmozdította a pozícióját, a pozíciófigyelés jelzi ezt. Ha a kezelő elindítja a berendezést, először újra meg kell nyomnia a Start gombot a hiba jóváhagyásához, és a rendszer hibamentesen elindul. Ezáltal a hibák 99 százalékát lehet orvosolni. Ha olyan hibák lépnek fel, amelyek prioritás szerint nem hagyják jóvá ezeket a gombokat, a rendszer bekapcsolása és kikapcsolása is segíthet. Ha a kezelő itt sem tud megoldást találni, a rendszer távoli karbantartásával általában megtalálható a hiba. „A rendszerbe beépített távoli karbantartás is működik” – mondja Kretschmann. „Ezt nem minden berendezésről lehet elmondani.” A távoli karbantartás lehetővé teszi az összes rendszeralkatrész – PLC, minden egyes robot, képalkotó rendszer és kezelőfelület – karbantartását. A távoli hozzáféréshez egy ISDN-router van beépítve a kapcsolószekrénybe. Minden résztvevő Ethernet-kapcsolattal csatlakozik az ISDN-routerhez, így a berendezés telepítőjének irodájából is karbantartható, aki a routerhez csatlakozik. Frieß a rendszer felügyelőjeként konfigurációkat is végezhet, például a fogási és lerakási pozíciók módosítását. Ehhez az Explorob szoftvert használja, amely teljes mértékben ábrázolja az összes rendszerkomponenst. Az összes paraméter, például a sebességek, a mozgási magasságok és a megadott pontok, ezen szoftverrel állíthatók be. Emellett a hibajelzéseket és üzemeltetési értesítéseket részletesen meg lehet tekinteni. A szoftver nem felhasználóspecifikus, hanem különböző robottípusok és vezérlések számára testreszabható egy felhasználói felületen keresztül.

Változatos programozhatóság

„Különböző gyártók robotjait próbáltuk ki. Az Adept-eszközök tulajdonságai – tartósság és sebesség, szalagkövetés, valamint a kamerarendszer – végül meggyőztek minket” – mondja Kretschmann. Egy másik előnye, hogy a fogórendszer teljes energiaellátása a robotban van integrálva. Nincs többé kábel vagy tömlő a robotkaron. Az Adept-vezérlés nagy előnye, hogy a programozók számára minden lehetőség nyitva áll. Nem fix kód van a vezérlésben, hanem egy rugalmasan paraméterezhető szoftver. Ez például a szalagkövetésnél annyit jelent, hogy a robot könnyen ellenőrizheti, hogy még a működési tartományon belül van-e. A programozó modulok segítségével problémamentesen írhat olyan programokat, amelyek mind a négy roboton futnak. Mivel már van egy ilyen rendszer a Fresenius Kabi-nál, a koncepció és a telepítés során nem merültek fel nagy problémák. A kihívás főként logisztikai természetű volt, vagyis a zsákok elosztása a robotok között. „A több ezer zsák óránkénti szétosztása nehezen szimulálható előre” – mondja Frieß. „Néhány egyeztetési munka szükséges volt, amíg megoldottuk a problémát.”

Az egyik kihívás az volt, hogy elérjük a 99,8 százalék feletti rendelkezésre állást. „95 százalékot gyorsan el lehet érni” – mondja Frieß. „Azonban 95 százalékról 99,8 százalékra jutni hatalmas lépés, amit csak kifinomult tesztekkel és sok tapasztalattal lehet elérni.” „A 99 százalékos rendelkezésre állás elméletileg még mindig jó érték” – egészíti ki Kretschmann. „Azonban több ezer zsák óránkénti gyártás esetén ez a szám még mindig néhány zsákot jelent, amit végül nem sikerül megfogni.” Kretschmann a selejtről szólva: „Ha a robot nem fog meg egy zsákot, a kezelők kézi módszerrel csomagolják. Ilyenkor nem keletkezik selejt. Ez csak akkor fordul elő, ha a robot nem megfelelően csomagol, és a zsákot nem fogja meg. Ebben az esetben az arányunk 0,1 százalék alatt van.” A berendezés megtérüléséhez nem szükséges nagy számításokat végezni, mondja Kretschmann: „A sterilizációs és konfekcionáló részleget két munkatárssal üzemeltetjük. Automatikázás nélkül jelentősen több munkatársra lenne szükség három műszakban.”