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Vollautomatisierte Prozesse in der Lebensmittelanalytik

Roboter gehen auf Spurensuche
Vollautomatisierte Laborprozesse für die Lebensmittelanalytik

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In der Lebensmittelanalytik werden Laborprozesse im Rahmen von Qualitäts-kontrollen meist noch von Hand durchgeführt. Eine Automatisierung dieser Prozesse kann die Kapazitäten im Labor erhöhen, Bearbeitungszeiten reduzieren und die Qualität steigern. Das auf Spurenanalytik spezialisierte Labor Eurofins Wej Contaminants hat durch den Einsatz einer Roboterlinie eine vollautomatische, 24 Stunden am Tag verfügbare Prüflinie geschaffen.

Die Eurofins-Gruppe ist ein internationaler Dienstleister für Lebensmittelanalytik mit mehr als 650 Laboren in 45 Ländern. Als Teil der Unternehmensgruppe analysiert die Eurofins Wej Contaminants GmbH in Hamburg mit mehr als 200 Mitarbeitern Biotoxine, organische und anorganische Kontaminanten sowie Tierarzneimittelrückstände in Lebens- und Futtermitteln. Für diese anspruchsvolle Spurenanalytik sind die Qualitätsansprüche besonders hoch, gleichzeitig müssen Bearbeitungszeiten und Kosten gesenkt werden. Um Aufträge flexibler abarbeiten zu können, Kapazitäten für Krisenfälle frei zu haben und 24-Stunden-Schichten fahren zu können, entschied sich Eurofins Wej Contaminants daher, mehrere Linien für Laborprozesse im Bereich Biotoxine, Tierarzneimittelrückstände und organische Kontaminanten mit einer Lösung von ABB zu automatisieren.

Vollautomatisierte Lösung gesucht

Das Unternehmen nutzte die Erfahrung und Kompetenz von Elbatron, einem Sondermaschinenbauer und ABB-Authorized-Value-Provider. Die Herausforderung für das Unternehmen lag darin, die manuellen Methoden und Prozessschritte aus dem Labor auf eine Roboterlinie zu übertragen und eine Gesamtlösung für die Lebensmittelanalytik zu schaffen. Gefordert war zudem eine hohe Flexibilität der Roboterlinie, da nicht nur verschiedene Substanzen und Substanzklassen, sondern auch feste, flüssige oder pastöse Lebensmittelproben jeglicher Art untersucht werden sollten. Da die Maschine mit Gefahrstoffen arbeitet, galt es darüber hinaus, ein entsprechendes Sicherheitskonzept zu erarbeiten.

Eurofins hatte bis zu diesem Zeitpunkt zwar bereits Schritte in Richtung Automatisierung unternommen, bisher jedoch nur einzelne Insellösungen installiert. Damit die Roboterlinie so programmiert werden konnte, dass sie die vorgegebenen Prüfmethoden abarbeiten kann, mussten die einzelnen Prozessschritte genauestens aufgenommen werden. „Wir haben uns die Abläufe bei Eurofins genau angesehen und ermittelt, wie wir diese automatisieren können“, erläutert Rainer Herrmann, Geschäftsführer der Elbatron GmbH. „Allein das hat ein Dreivierteljahr gedauert, da wir zunächst lernen mussten, die Sprache der jeweils anderen Branche zu verstehen.“

Bis zu 400 Proben pro Tag

Heue übernehmen drei Scara-Roboter von ABB in einer vollautomatisierten Linie die Probenaufbereitung bis zum messfertigen Probenextrakt im Labor von Eurofins Wej Contaminants. Die Scara-Roboter sind ideal geeignet für Aufgaben, die schnell und zuverlässig ausgeführt werden müssen und ein wiederholgenaues Aufnehmen und Ablegen verlangen. Zudem garantieren sie kürzere Zykluszeiten und eine höhere Präzision und Verfügbarkeit. Sie übernehmen die in speziellen Kunststoffröhrchen exakt eingewogenen, homogenisierten Lebensmittelproben und führen diese an die entsprechenden Prozessstationen im System heran. Die einzelnen Prozessschritte wurden von den Laborexperten für die jeweils zu untersuchenden Substanzen bzw. Substanzgruppen bis ins Detail optimiert und variieren in Abhängigkeit von der vorgesehenen Prüfmethode und dem zu untersuchenden Lebensmittel. Wesentliche Prozessschritte sind die exakte Dosierung sogenannter Standardlösungen, die später für die Quantifizierung der Substanzen benötigt werden, eine Dosierstation für die Zugabe von Lösemittelgemischen, die Extraktion der Proben sowie eine Zentrifuge. Zudem können die Probenextrakte bei Bedarf aufgereinigt, filtriert oder mit Salz versetzt werden. Über Barcodes auf den jeweiligen Kunststoffröhrchen ist definiert, welche individuelle Methode für die betreffende Probe durchzuführen ist und zu welcher Station sie gebracht werden soll, nachdem ein Prozessschritt abgearbeitet wurde. Die Roboterlinie kann bis zu 400 Proben am Tag bearbeiten. Um eine Kreuzkontamination belasteter und unbelasteter Proben untereinander auszuschließen, ist jede Prozessstation, die in direktem Probenkontakt steht, mit einem vollautomatischen Reinigungsmechanismus ausgestattet.

Sehr gute Simulationsmöglichkeiten

Ein wesentlicher Grund dafür, dass sich Eurofins in Abstimmung mit Elbatron für die ABB-Roboter entschied, waren die sehr guten Simulationsmöglichkeiten der Simulations- und Offline-Programmiersoftware ABB-Robotstudio. Sie basiert auf dem Virtual-Controller, einer exakten Kopie der Originalsoftware, die den Roboter steuert. Damit sind realistische Simulationen möglich, denn der Virtual-Controller verwendet Daten und Konfigurationen aus der realen Produktion. „Diese Möglichkeit zur Anlagensimulation, auch dass wir mit der Virtual-Realitay-Brille in die Anwendung hineingehen können, ist für Sondermaschinenbauer ausgesprochen von Vorteil“, so Herrmann. Die Anlage wurde erst in 3D geplant und dann in Robotstudio geladen, bevor dort die Roboterprogrammierung erfolgte. „Das ist ein großer Pluspunkt, denn wenn wir in der Simulation Anpassungen vornehmen, werden diese auch direkt auf den Roboter übertragen“, ergänzt Herrmann.

Roboterlinie wählt Workflow selbst

„Eine besondere Herausforderung bei diesem Projekt war, die Komplexität der Methoden und der geforderten Abläufe zu erfassen. Es läuft ja nicht nur jeweils eine Probe durch, sondern viele, für die verschiedene Methoden angewendet werden“, berichtet Herrmann. So sei etwa eine Anforderung von Eurofins gewesen, eine Filtration vorzusehen. „Zu Beginn ging man davon aus, dass höchstens 10 % der Proben gefiltert werden. Heute ist es dagegen so, dass der größte Anteil der Proben filtriert wird.“ Dies ist möglich, weil die Anlage auf größtmögliche Flexibilität ausgelegt ist. Die Programmieroberfläche ist so angepasst, dass Eurofins seine Methoden nach Bedarf zusammenstellen und die nötigen Programmschritte programmieren kann. Dieser Workflow ersetzt die bisher übliche ausgedruckte Prozessanweisung, nach der Laboranten vorgehen. Ein weiterer Vorteil ist, dass dieser Workflow automatisiert von der Roboterlinie ausgewählt wird. Somit können auch ungeschulte Mitarbeiter die Anlage mit Proben bestücken und Fehler sind praktisch ausgeschlossen.

Eurofins profitiert zudem davon, dass die Anlage ihre Aufgaben vollautomatisch verrichtet und über Nacht sowie am Wochenende und an Feiertagen die Proben fertigstellen kann. Die Wiederholpräzision ist ausgesprochen gut und die Proben werden zuverlässig und den Qualitätsanforderungen entsprechend bearbeitet. Die Einzigartigkeit der Anlage hat Eurofins dazu bewogen, diese als „Future Lab“ zu bezeichnen.

ABB Automation GmbH, Mannheim


Autor: Jörg Reger

Geschäftsführer,

ABB Automation GmbH

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