Pakowanie elastycznych worków infuzyjnych z ochroną robotyczn�

Trudne obsługiwanie

Zabiegi infuzyjne są lekką i stabilną alternatywą dla roztworów infuzyjnych w szklanych butelkach. Elastyczność takich toreb wymaga jednak podczas pakowania znacznej wiedzy technicznej – szczególnie przy wysokich przepustowościach. Fresenius Kabi ma w użyciu specjalnie dostosowaną linię pakującą do tego problemu. Wykorzystanie robotów i systemów wizji zapewnia najwyższą wydajność. Fresenius Kabi Deutschland GmbH, Friedberg, jest spółką zależną grupy Fresenius-Kabi. W lokalizacji Friedberg firma produkuje roztwory infuzyjne w różnych opakowaniach, np. szklanych butelkach lub torbach. Wielką szansę widzi firma w swoim torbie Freeflex do roztworów infuzyjnych, wolnej od PVC i elastycznej w obsłudze. Niedawno ukończona, w pełni automatyczna linia ma w przyszłości produkować kilka tysięcy tych toreb na godzinę. Linia składa się z produkcji pustych toreb, napełniania, sterylizacji i konfekcjonowania. Proces zaczyna się od zgrzewania dwuwarstwowej folii w torbę. Następują stanowiska do napełniania, gazowania i podłączania torby. Konnektory służą do pobierania roztworu infuzyjnego lub dodawania leków do torby. Po tym torby są wstawiane w kolejnej stacji do folii w celu ich zgrzewania w dodatkową warstwę folii.

Następnie trafiają na taśmowy system do sterylizacji. Po wyjęciu z autoklawu, znów przez taśmowy system, trafiają do konfekcjonowania. Na początku konfekcjonowania nad taśmą zamontowana jest linijka kamery do rozpoznawania toreb. Pojedyncza kamera rozpoznaje wszystkie torby i za pomocą oprogramowania logistycznego rozdziela je na roboty – Adept-Scaras typu Cobra s800. „Rozpoznanie przezroczystej torby było wyzwaniem”, mówi Dipl.-Ing. Michael Frieß, główny inżynier projektu w firmie Erhardt + Abt Automatisierungstechnik GmbH, Kuchen, która również odpowiadała za instalację robotów i oprogramowania. „Rozwiązaliśmy to, wykrywając konnektory na torbach.” Ponieważ jeden z konnektorów jest biały, początkowo występowały problemy z jego rozpoznaniem. Kolejnym problemem było to, że torby nie leżały dokładnie na taśmie. System musi więc nie tylko rozpoznawać torby, ale także wyznaczać dla robotów optymalny punkt chwytu.

Szybkie roboty – krótkie czasy sygnałów

Roboty Adept-Scaras odkładają kolejno określoną liczbę toreb do kartonu. Nie przypisują im od razu wszystkich toreb przed chwytaniem, lecz każdy robot, gdy tylko jest wolny, wysyła żądanie do systemu wizji, który następnie przesyła dane o pozycjach do robota. Takie postępowanie wymaga krótkich czasów reakcji. Cała linia jest połączona siecią Profibus i Ethernet, a głównym sterownikiem jest sterownik Siemens S-7.

Jeśli jeden z robotów ulegnie awarii, torebki trafiają do pozostałych trzech robotów, a czwarty może być serwisowany. Roboty są wyposażone w odseparowane obwody ochronne. „Jeśli pracujemy tylko na trzech robotach, pozostałe urządzenia nadal obsługują od 95 do 97 procent toreb. Reszta jest pakowana ręcznie”, mówi Dipl.-Ing. Axel Kretschmann, odpowiedzialny za konfekcjonowanie w całej linii.

Jednak przy wyłączeniu jednego robota, pozostałe trzy Scaras są obciążone do granic możliwości. Do momentu dopracowania ustawień zdarzało się, że robot wyłączał się z powodu przeciążenia. Każdy karton stoi na wadze, która informuje robota, gdy osiągnie określoną masę, aby nie przekraczał limitu. „Wybraliśmy to rozwiązanie, ponieważ produkujemy torby o różnej wadze. Mamy do dyspozycji dziewięć różnych programów”, relacjonuje Kretschmann. Kartony są dostarczane jako elementy wycinane z blachy i ustawiane w specjalnej stacji. Następnie napełnianie i ważenie odbywa się dwutorowo. Napełnione kartony są łączone w taśmę, drukowane na długości i końcach, etykietowane na końcach i zaopatrzone w ulotkę. Druk na końcach sprawdza kamera, która odczytuje etykiety i ulotki za pomocą czytnika kodów kreskowych. Po zamknięciu kartony trafiają do paletyzacji.

Wyzwanie techniki chwytaków

Poza rozpoznaniem toreb i wyznaczeniem optymalnego punktu chwytu przez system logistyczny, opracowanie odpowiedniego systemu chwytaków stanowiło wyzwanie. „Zajęło nam dużo czasu, aż opracowaliśmy system chwytaków, który naprawdę chwyta torbę”, mówi Kretschmann. Jeden pracownik spędził pół roku wyłącznie na konstrukcji ssaka. „Mieliśmy w firmie kilku producentów systemów chwytaków, którzy brali torby na próbę do swoich zakładów”, wspomina Kretschmann. Jeden z dostawców prawie udało się opracować działający chwytak. „Pierwotnie używaliśmy go nawet w produkcji. Z czasem jednak chwytak stawał się coraz mniej niezawodny, a zachowanie odrzutu pogarszało się wraz ze wzrostem temperatury toreb. Ostatecznie musieliśmy wrócić do własnej wiedzy”, dodaje Kretschmann. Dużym wyzwaniem było również właściwe rozmieszczenie ssaków i sterowanie chwytakami. „W zakładzie mamy wysokiej jakości sprężone powietrze. Zwykle pracujemy z pompami próżniowymi, ale przy tak dużej liczbie ssaków, co powoduje dużą masę ruchomą na głowicy chwytaka, pojawia się problem siły trzymania ze względu na krótkie cykle. Ostatecznie zdecydowaliśmy się na rozwiązanie z dyszami Venturi”, podsumowuje Kretschmann. „Na początku testowaliśmy również mechaniczne systemy chwytaków, które jednak uszkadzały torby. Zgodnie z przepisami prawa farmaceutycznego musimy zapewnić, że chwytak nie uszkodzi torby.” Konstrukcja ssaków również nie była prosta. Trzeba było znaleźć ssak, który poradzi sobie z elastycznymi torbami, tak aby połączenie ssaka z torbą nie odłączało się przy wysokich siłach poprzecznych, które pojawiają się podczas przyspieszania. Dodatkowo, elastyczność torby wzrasta wraz z temperaturą. „Po sterylizacji torba ma temperaturę od 50 do 70°C, co jeszcze utrudnia chwytanie”, mówi Kretschmann. Aby zapewnić bezpieczne chwytanie, każdy ssak – a jest ich łącznie czternaście na chwytak – ma własne źródło zasilania próżniowego. Nawet jeśli niektóre ssaki nie nawiążą połączenia, pozostałe pracują bez zakłóceń.

Prosty system obsługi

Do obsługi linii służy włącznik startu i stopu. Jeśli podczas uruchamiania lub w trakcie pracy wystąpią błędy, operator może je zatwierdzić przyciskiem start. Na przykład, jeśli operator podczas prac konserwacyjnych przesunął robot z jego pozycji, system monitorowania pozycji to wykryje. Po uruchomieniu linii operator musi ponownie nacisnąć przycisk start, aby zatwierdzić błąd i uruchomić linię bez problemów. 99 procent błędów można w ten sposób wyeliminować. Jeśli pojawią się błędy o wyższej priorytetowości, które nie mogą być zatwierdzone przyciskiem, można jeszcze wyłączyć i ponownie włączyć system. Jeśli to nie rozwiąże problemu, błąd można zazwyczaj zlokalizować zdalnie, korzystając z systemu zdalnego serwisu. „W liniach jest wbudowany system zdalnego serwisu, który działa”, mówi Kretschmann. „Nie można tego powiedzieć o każdej linii.” Dzięki temu systemowi możliwa jest obsługa wszystkich elementów systemu: sterownika PLC, każdego robota, systemu wizji i interfejsów obsługi. Do zdalnego serwisu wbudowany jest router ISDN w szafie sterowniczej. Każdy element ma połączenie Ethernet z routerem ISDN i można go obsługiwać z biura firmy instalacyjnej, która loguje się do routera. Frieß, jako opiekun linii, może również dokonywać ustawień parametrów, np. zmieniać pozycje chwytania i odkładania. Do tego używa oprogramowania systemowego Explorob, które przedstawia wszystkie części linii w pełni. Wszystkie parametry czterech robotów Adept-Scaras, takie jak prędkości, wysokości ruchu i wyznaczone punkty, można ustawiać za pomocą tego oprogramowania. Również można szczegółowo przeglądać komunikaty o błędach i stanie operacyjnym. Oprogramowanie nie jest dostosowane do konkretnego użytkownika, lecz można je konfigurować pod różne typy robotów i sterowniki za pomocą interfejsu użytkownika.

Programowalne w zmienny sposób

„Testowaliśmy roboty różnych producentów. Właściwości urządzeń Adept – trwałość, szybkość, śledzenie taśmy oraz system kamer – przekonały nas ostatecznie”, mówi Kretschmann. Kolejną zaletą maszyn jest to, że cały zasilacz do chwytaka jest zintegrowany z robotem. Nie ma już żadnych kabli ani węży na ramieniu robota. Sterowanie Adept ma dużą przewagę, ponieważ programiści mają pełne możliwości. Nie ma w sterowniku stałego kodu, lecz elastyczne oprogramowanie parametryczne. Na przykład, dla śledzenia taśmy, robot może być łatwo monitorowany, czy nadal znajduje się w zakresie pracy. Programista mógł bez problemu napisać program korzystając z modułów, który działa na wszystkich czterech robotach. Ponieważ w firmie istnieje już linia tego typu, w fazie koncepcji i instalacji nie wystąpiły większe problemy. W dużej mierze wyzwaniem była logistyka, czyli rozdział toreb na poszczególne roboty. „Rozdzielenie kilku tysięcy toreb na godzinę trudno było wcześniej symulować”, mówi Frieß. „Wymagało to kilku uzgodnień, zanim opanowaliśmy problem.”

Wyzwaniem było też osiągnięcie wysokiej dostępności powyżej 99,8 procent. „95 procent to szybko osiąga się”, mówi Frieß. „Przejście od 95 do 99,8 procent to jednak duży krok, który możliwy jest tylko dzięki dopracowanym testom i dużemu doświadczeniu.” „Dostępność 99 procent to wciąż dobry wynik w teorii”, dodaje Kretschmann. „Przy kilku tysiącach toreb na godzinę, w naszej aplikacji, nadal będzie kilka, które nie zostaną poprawnie obsłużone.” Kretschmann na temat odpadów: „Jeśli robot nie chwyci torby, operator ręcznie ją zapakuje. W takim przypadku nie powstaje odpad. Odpad powstaje tylko wtedy, gdy robot chwyci torbę, ale jej nie zapakuje poprawnie. W tym przypadku odsetek jest poniżej 0,1 procent.” Aby zwrócić koszty inwestycji, nie trzeba wykonywać dużych obliczeń, mówi Kretschmann: „Obsługujemy dział sterylizacji i konfekcjonowania we dwie osoby. Bez automatyzacji, przy trzyzmianowym systemie, potrzebowalibyśmy znacznie więcej pracowników.”