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Ausgangslage
Genaue und rechtzeitige Testergebnisse können im Umgang mit Infektionskrankheiten den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen.
Tatsächlich gehört zu den wichtigsten Fortschritten in der modernen Medizin die schnelle Diagnose, häufig über Diagnostika.
Auch wenn manche Menschen beim Anblick eines Arztes mit einem Tablett voller Spritzen vielleicht in Panik geraten, liefern diese Tests mit der richtigen Technologie wichtige Anhaltspunkte für die Diagnose und Behandlung – und können damit Leben retten.
Dank moderner Reagenzien und automatisierter Analysetechnik konnten in den letzten Jahrzehnten bedeutende Fortschritte bei der Diagnostik und den Syndrom-Infektiologie-Tests (SIDT) erzielt werden, sodass aufgrund von Laborergebnissen Krankheiten schnell erkannt werden und lebensrettende Behandlungen früher beginnen können.
Die Medizinindustrie ist stark reguliert und qualitätsorientiert, da wie bei jedem wissenschaftlichen Verfahren die Prozesskette nur so stark wie ihr schwächstes Glied ist. Bei Infektionskrankheiten kommt es auf schnelle und genaue Ergebnisse an. Dabei ist es von grösster Bedeutung, dass bei der Handhabung der Patientenproben ausgeschlossen wird, dass die Proben verunreinigt werden, verderben oder verloren gehen. Entscheidend ist, dass alles, womit die Probe des Patienten in Kontakt kommt, frei von Verunreinigungen ist.
Ein Marktführer im Bereich Diagnostik und SIDT verliess sich bei der Herstellung seiner Einwegtestkartuschen vorwiegend auf manuelle Verfahren. Bei den Kartuschen handelte es sich um abgeschlossene Einwegmodule, die alle Chemikalien für die Isolierung, Verstärkung und den Nachweis von Nukleinsäure aus einer Patientenprobe für einen In-vitro-Diagnostikum (IVD) -Test enthalten.
Bei jedem manuellen Herstellungsprozess – besonders, wenn er wie in diesem Fall stark von den Mitarbeitern abhängt – besteht die Möglichkeit, dass es zu Verunreinigungen kommt. Manuelle Prozesse können ausserdem die Fertigungsqualität, Wiederholbarkeit und den Ertrag beeinflussen.
Qualitätsverbesserung, Durchsatzsteigerung und Verlustminimierung, genau darum ging es der schweizerischen Rychiger AG, die sich auf die Konzeption, Entwicklung und Herstellung von kundenspezifischen Lösungen für Verpackungsmaschinen in der Gesundheits-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie spezialisiert hat.
«Wir helfen Gesundheitsdienstleistern, die Patientenversorgung und -zufriedenheit durch schnellere und bessere Ergebnisse zu erhöhen», erklärt ein Vertreter des Endkunden. «Unsere Testkartuschenlösung ist der Standard für die Diagnostik von syndromischen Infektionskrankheiten. Patienten und Ärzte verlassen sich darauf, dass wir Ihnen schnell genaue Ergebnisse liefern. Wir schätzen Partnerschaften, die es uns ermöglichen, unsere Prozesse und die Gesundheitsversorgung von Menschen, die Antworten benötigen, ständig zu verbessern.»
Umsetzung
«Das Ziel unseres Kunden war es, den Kartuschenherstellungsprozess vollständig zu automatisieren und gleichzeitig Verunreinigungen auf ein absolutes Minimum zu reduzieren», erklärt Bruno Lauener, Key Account Manager, Healthcare Sales bei Rychiger. «Die Lösung sollte die Handhabung der Kartuschen vollständig automatisieren, um die Prozessdurchgängigkeit sicherzustellen, potenzielle Verunreinigungen zu reduzieren und die Produktionskapazität zu erhöhen.»
Der Endkunde hatte bereits Erfahrung mit Automatisierungslösungen von Rockwell Automation, ebenso wie die Rychiger AG. Auch mit der autonomen Förderwagen-Technologie MagneMotion® kannte sich der Kunde aus, da er zuvor ein System mit dieser Technologie im eigenen Haus entwickelt hatte. Deshalb waren sich beide Unternehmen einig, dass die neue Maschine auf der autonomen MagneMotion-Förderwagen-Technologie aufbauen sollte, da sie die notwendige Flexibilität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit für einen anspruchsvollen, mehrstufigen Fertigungsprozess wie diesen bietet.
Der Kunde von Rychiger benötigte eine Lösung für die Beförderung leichter Lasten, wie z. B. der Kartuschenkomponenten, die darüber hinaus vollständige Track-and-Trace-Fähigkeiten und schnellere Zykluszeiten bieten sollte. Eine präzisere Steuerung und intelligente Bewegungsabläufe könnten die Fertigungseffizienz und -geschwindigkeit optimieren und gleichzeitig dazu beitragen, Störungen zu vermeiden. Mit weniger beweglichen Teilen als bei herkömmlichen Systemen könnte MagneMotion Wartungs- und Ausfallzeiten reduzieren, die Handhabung der Kartuschen vereinfachen, um die Gesamtproduktivität zu erhöhen, und Prozesse bei höherer Qualität besser wiederholbar machen.
Das MagneMotion-System, das Präzisionsschienen verwendet, bietet hervorragende Genauigkeit und Flexibilität in Automatisierungsumgebungen, die eine höhere Geschwindigkeit und geringere Ausfallzeiten erfordern. Die verschiedenen unabhängigen Mover führen zu einem «abstandslosen» Förderband, dessen Gesamtgeschwindigkeit nicht durch den langsamsten Prozess bestimmt wird.
«Diese Lösung optimiert den gesamten Förderfluss durch die Verdoppelung – oder in diesem Fall Verdreifachung – des langsamsten Prozesses, was bedeutet, dass das System nicht mehr durch den langsamsten Prozessschritt bei der Kartuschenfertigung aufgehalten wird», erklärt Lauener. «Bei MagneMotion führen alle diese Faktoren zu einer erheblichen Steigerung der Geschwindigkeit, sodass lebensrettende Produkte schnell und fehlerfrei in den Laboren ankommen.»
Christian Sigrist, Senior Automation Engineer bei Rychiger, stellt fest: «Wenn wir Maschinen entwerfen und bauen, steht für uns im Vordergrund, dass die Technologie sowohl skaliert als auch angepasst bzw. aufgerüstet werden kann. Der Einsatz eines integrierten servobasierten Systems, zu dem auch die MagneMotion-Independent Cart Technology (ICT)-Lösung gehört, erleichtert dies ungemein. Ein solches System wirkt sich auch positiv auf die Wartung aus, da wir eine Station offline nehmen und den Maschinenbetrieb ohne grössere Beeinträchtigung der Produktion aufrechterhalten können».
Zusätzlich zum MagneMotion-System verfügt die von Rychiger entwickelte MC 1400-Maschine über mehrere Servoachsen, die alle über Allen-Bradley®-Kinetix®-Servoantriebe, zwei Allen-Bradley-VersaView® 5200-Thin Clients und die SCADA-Software FactoryTalk® View SE betrieben werden. Alle stationsspezifischen Bedienerschnittstellen werden über die ThinManager®-Software von Rockwell Automation verwaltet, die Informationen und Daten zentralisiert sowie Fern-/Mobilzugriff bietet.
Sigrist fügt hinzu: «ThinManager hilft Kunden bei der Maschinenwartung, da alle Parameter an einem zentralen Ort angezeigt und abgerufen werden können. Das ist besonders nützlich, wenn mehrere Bedienerschnittstellen beteiligt sind. Die Verwendung eines zentralisierten Bedienerschnittstellenservers hat uns auch bei der Konzeption und Entwicklung der Interaktivitäts- und Steuerungssysteme geholfen.»
Die gesamte Steuerung der Maschine, einschließlich der Integration von Staubli-Robotern von Drittanbietern, wird von einer programmierbaren Automatisierungssteuerung (PAC) ControlLogix® L8 von Allen-Bradley übernommen, wobei eine PAC GuardLogix® L7S von Allen-Bradley die erforderliche Sicherheitsfunktionalität bietet. Die gesamte primäre Kommunikation erfolgt über EtherNet/IP™ unter Verwendung von Stratix® 5400- und 5700-Switches.
Sigrist erklärt: «Der Hauptgrund für den Einsatz der Stratix-Managed-Ethernet-Switches war, dass wir die Maschine aus Gründen der Sicherheit und Compliance eng in das Netzwerk unseres Kunden integrieren konnten. Wir konnten so auch dem Wunsch des Kunden nach Converged Plantwide Ethernet gerecht werden.»
Nutzen
Um Verschmutzungen zu vermeiden, ist die Maschine vollkommen geschlossen, d. h. die Kartuschen befinden sich ausserhalb der Reichweite des Bedienpersonals. Darüber hinaus sorgt eine moderne Beleuchtungslösung für «Schattenfreiheit», sodass alle Aspekte der Innenelemente zu Reinigungszwecken beleuchtet und gut sichtbar sind. Alle Innenflächen wurden so konzipiert, dass sie leicht abzuwischen sind; es gibt kaum Punkte oder Hohlräume, an denen sich Schmutz ansammeln könnte.
Lauener erläutert weiter: «Von Projektbeginn an entwickelte sich unsere Zusammenarbeit mit diesem Kunden sehr gut. Unsere beiden Ingenieurteams wuchsen bei der gemeinsamen Entwicklungsarbeit schnell zusammen. Vor Ort besichtigten wir die vorhandene manuelle Produktionslinie sowie eine mit MagneMotion ausgestattete Maschine und begannen dann mit der Entwicklung der neuen Maschine, wobei wir vor der Verbesserung, Erweiterung und Vergrösserung des Konzepts Labortests durchführten, bis am Ende die überarbeiteten Entwürfe zu einer finalen Lösung zusammengeführt wurden. Die Entwicklungsarbeit wurde durch den Einsatz der MagneMotion-Lösung unterstützt, da diese in den Simulatormodus wechseln kann. Dadurch konnten wir die Zykluszeiten abschätzen, bevor wir das physische Modell aufbauten, um die verschiedenen Funktionen und die Maschinengeschwindigkeit zu testen.»
Moderne Lösung für moderne Bedürfnisse
Die integrierte Automatisierungs- und Steuerungslösung trägt dazu bei, manuelle Interaktionen zu reduzieren. Es handelt sich um eine sehr flexible, agile und präzise Lösung, die einen deutlich höheren Durchsatz bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität ermöglicht. Die Maschine bietet außerdem umfassende Anpassungsmöglichkeiten, die sich mit weitaus geringerem technischem Aufwand als bei anderen Lösungen auf dem Markt umsetzen lassen. Ingenieure können somit bei der Entwicklungsarbeit wesentlich kreativer sein, da sie wissen, dass es Automatisierungslösungen gibt, die ihre Ideen zum Leben erwecken können.
«Unser Ziel ist nun, die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen», erklärt Lauener abschließend, «und die Antworten und Technologien auf die Prozesse, Maschinen und Lösungen anzuwenden, die wir für diesen und für die anderen Märkte, die wir bedienen, entwickeln.»
Der Kundenvertreter bekräftigt: «Wir wissen die Unterstützung von Rockwell Automation und Rychiger bei der Bereitstellung der schnellen, umfassenden und präzisen Ergebnisse, die unsere Kunden von unserer Testlösung erwarten, zu schätzen.»
