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Automatisierte Herstellung von Testkartuschen

Autonomes Transportsystem übernimmt die Handhabung
Automatisierte Herstellung von Testkartuschen

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Ein Hersteller von Testkartuschen für die Diagnostik von syndromischen Infektionskrankheiten suchte sich Unterstützung bei der Modernisierung seiner Produktion. Ziel war es, den Kartuschenherstellungsprozess vollständig zu automatisieren und gleichzeitig Verunreinigungen zu reduzieren. Die automatische Handhabung der Kartuschen basiert nun auf der autonomen Magnemotion-Förderwagentechnologie.

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. 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. Dabei ist es von größter Bedeutung, dass bei der Handhabung der Patientenproben ausgeschlossen wird, dass die Proben verunreinigt werden, verderben oder verloren gehen.

Automatisierter Herstellungsprozess

Ein Marktführer im Bereich Diagnostik und SIDT verließ sich bei der Herstellung seiner Einwegtestkartuschen bislang 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 besteht die Möglichkeit, dass es zu Verunreinigungen kommt. Manuelle Prozesse können außerdem die Fertigungsqualität, Wiederholbarkeit und den Ertrag beeinflussen. Das Ziel des Testkartuschenherstellers war es daher, den Herstellungspungsprozess vollständig zu automatisieren und gleichzeitig Verunreinigungen auf ein absolutes Minimum zu reduzieren.

Die Schweizer Rychiger AG wurde für die die Konzeption und Herstellung der Testkartuschenlösung ausgewählt. „Die Lösung sollte die Handhabung der Kartuschen vollständig automatisieren, um die Prozessdurchgängigkeit sicherzustellen, potenzielle Verunreinigungen zu reduzieren und die Produktionskapazität zu erhöhen“, erklärt Bruno Lauener, Key Account Manager, Healthcare Sales bei Rychiger. Der Endkunde hatte bereits Erfahrung mit Automatisierungslösungen von Rockwell Automation, ebenso wie die Rychiger AG. Auch mit der autonomen Förderwagentechnologie Magnemotion kannte sich der Kunde aus, da er zuvor ein System mit dieser Technologie im eigenen Haus entwickelt hatte.

Beide Unternehmen waren sich einig, dass die neue Maschine auf der Magnemotion-Förderwagentechnologie aufbauen sollte, da sie die notwendige Flexibilität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit für einen anspruchsvollen, mehrstufigen Fertigungsprozess wie diesen bietet. Gefragt war eine Lösung für die Beförderung leichter Lasten wie die Kartuschenkomponenten, die darüber hinaus vollständige Track-and-Trace-Fähigkeiten und schnellere Zykluszeiten bieten sollte. Eine präzisere Steuerung und intelligente Bewegungsabläufe können gleichzeitig dazu beitragen, Störungen zu vermeiden. Mit weniger beweglichen Teilen als bei herkömmlichen Systemen kann Magnemotion Wartungs- und Ausfallzeiten reduzieren und die Handhabung der Kartuschen vereinfachen, um die Gesamtproduktivität zu erhöhen und Prozesse besser wiederholbar zu machen.

Das Magnemotion-System verwendet Präzisionsschienen. Die verschiedenen unabhängigen Mover im System führen zu einem abstandslosen Förderband, dessen Gesamtgeschwindigkeit nicht durch den langsamsten Prozess bestimmt wird. Die Technologie kann sowohl skaliert als auch angepasst bzw. aufgerüstet werden. Das Magnemotion-System basiert auf der Independent Cart Technology (ICT). Durch ein spezielles Steuersystem lassen sich dezentrale, skalierbare Architekturen verwirklichen. Im Gegensatz zu traditionellen Systemen, die auf Förderbändern basieren, wird bei der ICT mit einer Kombination aus Sensoren, Steuerungssoftware und auf Magneten basierenden Antrieben eine voneinander unabhängige Bewegung einzelner Förderwagen in einer mehrdimensionalen Produktionsumgebung erreicht.

„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. Für die Wartung kann eine Station offline genommen werden und der Maschinenbetrieb ohne größere Beeinträchtigung der Produktion aufrechterhalten bleiben.

Zentrale Datenverwaltung

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 verwaltet, die Informationen und Daten zentralisiert sowie Fern-/Mobilzugriff bietet. 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 auch bei der Konzeption und Entwicklung der Interaktivitäts- und Steuerungssysteme geholfen.

Die gesamte Steuerung der Maschine, einschließlich der Integration von Stäubli-Robotern von Drittanbietern, wird von einer programmierbaren Automatisierungssteuerung (PAC) Controllogix L8 übernommen, wobei eine PAC Guardlogix L7S die erforderliche Sicherheitsfunktionalität bietet. Die gesamte primäre Kommunikation erfolgt über EtherNet/IP unter Verwendung von Stratix 5400– und 5700-Switches. Der Hauptgrund für den Einsatz der Stratix-Managed-Ethernet-Switches war, dass die Maschine aus Gründen der Sicherheit und Compliance eng in das Unternehmensnetzwerk integriert werden konnte. So konnte der Wunsch des Kunden nach Converged Plantwide Ethernet erfüllt werden.

Vermeidung von Verunreinigungen

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.

„Von Projektbeginn an entwickelte sich die Zusammenarbeit sehr gut. 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“, erklärt Lauener.

Rockwell Automation GmbH, Karlsruhe


Autor: Christoph Bank

Global Strategic Account Manager OEM,

Rockwell Automation



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