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PIA Automation Flexibles Prozessmodul vereinfacht die Fertigung medizintechnischer Geräte

| Redakteur: Alexander Stark

PIA Automation hat ein neues flexibles Prozessmodul entwickelt, um die Montage- und Prüfungsanforderungen von medizinischen und pharmazeutischen Produkten zu vereinfachen. Im Gegensatz zu Sonderlösungen lassen sich die Einzelkomponenten schnell für spezifische Aufgaben konfigurieren.

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Das Meditec-Prozessmodul von PIA Automation übernimmt vielfältige Prüfungs- und Montageaufgaben.
Das Meditec-Prozessmodul von PIA Automation übernimmt vielfältige Prüfungs- und Montageaufgaben.
(Bild: PIA Automation)
  • Komplexe medizinische und pharmazeutische Produkte erfordern eine Industrie-4.0-fähige Fertigung
  • Die neue Meditec-Plattform von PIA Automation ist bietet eine Gesamtlösung, die sich für unterschiedliche Aufgaben konfigurieren lässt
  • Flexibles Prozessmodul vereinfacht Montage- und Prüfung von Produkten

Die Herausforderungen in der Fertigung medizintechnischer Geräte steigen: Diese werden immer smarter, vernetzter und kleiner, was die Herstellung zunehmend komplexer werden lässt. Außerdem sind hohe Hürden bei der Zulassung und Qualitätssicherung zu überwinden. Gefragt sind moderne Konzepte, in denen Industrie-4.0-fähige Anwendungen eine entscheidende Rolle spielen. Umfangreiche Datenerhebungen und -analysen erleichtern den Prüfnachweis, automatisierte und standardisierte Konzepte und Module ermöglichen die Realisierung von hohen Stückzahlen in kürzerer Zeit. Das neue flexible Prozessmodul von PIA Automation ist speziell für die Montage und die Prüfanforderungen anspruchsvoller medizintechnischer und pharmazeutischer Produkte konzipiert, zum Beispiel Inhalationssysteme, Diagnostiksysteme, Autoinjektoren.

Die dafür gebildete Meditec-Plattform beinhaltet Komponenten, Baugruppen und Systeme der PIA Gruppe, die speziell für den Einsatz zur Fertigung medizintechnischer Produkte entwickelt wurden. Lothar Mehren, Head of Medical Division bei PIA Automation, erläutert die Hintergründe: „Zuvor gab es für den Medizinbereich häufig Sonderlösungen, die für jede Anwendung neu angepasst wurden. Mit der Weiterentwicklung von Meditec haben wir nun verschiedene Einzelkomponenten so aufeinander abgestimmt, dass sie eine stimmige Rundum-Lösung für die Fertigung in der Medizintechnik ergeben und kurzfristig für die jeweilige Aufgabe konfiguriert werden können.“ Die Produkte der Plattform erfüllen die international relevanten Richtlinien wie cGMP, FDA und CE für die Herstellung von Medizinprodukten unter Reinraumanforderungen.

Robust und absolut flexibel

Alle Zellen sind unabhängig vom Innenleben besonders robust, präzise und flexibel. Der stabile Aufbau eignet sich dank eines massiven Stahlschweißgestells als Basis für hochdynamische Anwendungen. Die Zellen lassen sich durch ihren Modulcharakter jederzeit erweitern oder zu Fertigungslinien verbinden. Neben verschiedenen Rasterabstufungen umfasst das Portfolio Handarbeitsplätze, semi-automatische Zellen mit einem beigefügten Handarbeitsplatz und vollautomatische Zellen. Diese können je nach Anforderung passend umgesetzt werden.

Einsetzbar in Reinräumen

Herunterklappbare Brüstungsverkleidungen sorgen für eine sehr gute Zugänglichkeit zu den verschiedenen Prozessen. Das Design wurde so gewählt, dass sich keine Schmutzkanten ergeben, Totraum vermieden wird und alles leicht zu reinigen ist. Die Produkte der Plattform erreichen aufgrund ihrer Materialien und Konstruktionsweise die Reinraumklasse 7 und können auch in Laminar-Flow-Umgebungen eingesetzt oder gar selbst mit einem dieser Systeme ausgerüstet werden.

GMP-gerechtes Handling

Im Hinblick auf die GMP-Regularien wurde ein Pick-and-place-Handling konzipiert, mit dem direkte Bewegungen oberhalb des Bauteils weitgehend ausgeschlossen werden. Somit ist das Produkt bestens gegen Partikel und Verschmutzung durch Aktoren wie Greifer oder lineare Bewegungen geschützt. Die Antriebe für das Pick-and-place-Handling sitzen unterhalb der Tischplatte und veranlassen zum einen die Drehbewegung, die seitlich vom Bauteil wegführt, als auch die Vertikalbewegung des Handlings. Es handelt sich um ein rein elektrisches Umsetzhandling, gesteuert durch Servomotoren, was wiederum eine flexible Positionierung erlaubt.

Präzises Pick-and-place-Handling: Das rein elektrische Umsetzhandling, gesteuert durch Servomotoren, erlaubt eine sehr flexible Positionierung der Produkte.
Präzises Pick-and-place-Handling: Das rein elektrische Umsetzhandling, gesteuert durch Servomotoren, erlaubt eine sehr flexible Positionierung der Produkte.
(Bild: PIA Automation)

Magnetbasiertes Transportsystem Super Trak

Als Transportsystem wurde Super Trak von B&R in die Plattform integriert. Das B&R-Track-System basiert auf Langstator-Linearmotortechnologie und ermöglicht eine flexible und wirtschaftliche Produktion jeder Losgröße. Eine beliebige Anzahl von Shuttles, die mit Permanentmagneten ausgerüstet sind, kann entlang des Tracks bewegt werden. Jedes Shuttle ist dabei individuell steuerbar. Start- und Endposition einer Bewegung, Transportgeschwindigkeit und Beschleunigungsrampen lassen sich produktindividuell per Software konfigurieren. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht sich und steigert so die Produktivität der Anlage.

Super Trak wurde speziell für den 24/7-Betrieb entwickelt und arbeitet sowohl zuverlässig als auch sicher. Segmente und Shuttles lassen sich ganz einfach einzeln tauschen – der Track muss dafür nicht zerlegt werden. Stillstände aufgrund von mechanischer Umstellung entfallen ganz oder weitgehend.

Saubere, reinraumgeeignete Produktionstechnik

Aufgrund der konstruktiven Eigenschaften der Linearmotortechnik von Super Trak, die die Anzahl der bewegten Teile auf ein absolutes Minimum reduziert, wird Schmutz durch mechanischen Abrieb, wie er an Transportbändern und -ketten entsteht, signifikant reduziert. Verschmutzungen und Kontaminationen von sensiblen Produkten werden so weitgehend vermieden und Reinigungsarbeiten eingespart. „Super Trak ist daher die optimale Transportlösung für unsere Plattform“, sagt Lothar Mehren.

Prozessablauf innerhalb des Moduls

Ein beispielhafter Produktionszyklus mit dem flexiblen Prozessmodul läuft folgendermaßen ab: Einzelne Bauteile werden über Zuführeinheiten oder einen Palettierer in die Maschine gebracht. Im Anschluss werden sie montiert, geprüft, beschriftet und zum Beispiel als Schüttgut oder in eine Umverpackung ausgegeben. Bei PIA sind Qualitätsprüfungen Teil des Prozesses: dazu zählen 100-Prozent-Kontrollen, Kameraprüfungen, Funktionskontrollen, Prozessüberwachung der einzelnen Teilprozesse. „Bei PIA Automation erfolgt außerdem nach jedem Montageschritt ein Prüfschritt “, so Lothar Mehren. „Dies ist wiederum den hohen Produktanforderungen in der Medizin- und Pharmatechnik geschuldet, um sicherzustellen, dass der Prozess erfolgreich war und ein nicht gut durchgeführter Prozess gleich erkannt wird. Schlechtteile werden nicht weiterbearbeitet, sondern ausgeschleust.“

Intuitive Bedienung

Bestandteil der Meditec-Plattform ist auch eine moderne und intuitive HMI/Scada-Bedienoberfläche, die auf der Programmierumgebung Zenon von Copa-Data basiert, ein in der Medizin- und Pharmabranche sehr bekanntes und häufig genutztes System, das für den medizinischen Bereich zertifiziert ist.

Neben technisch ausgereiften Montageprozessen ist eine intelligente, vernetzte und datenbasierte Produktion entscheidend für moderne Fertigungsanlagen. Die Bestandteile der Plattform sind Industrie-4.0-ready, sie stellen sämtliche Schnittstellen bereit, um an verschiedene Digitalisierungsanwendungen angebunden zu werden. Dabei sind zahlreiche Sensoren und Aktoren im Einsatz, die über IO-Link kommunizieren und zusammen mit der Steuerung und dem Super Trak von B&R eine Fülle an Daten erheben. Diese Daten können zum Beispiel mit einer App aus der PIA-App-Suite ausgewertet werden. Mithilfe dieser Datenanalysen lassen sich Wirkungsgrad und Effizienz der Anlage nachhaltig überprüfen und steigern.

Für den Datenaustausch setzt PIA bevorzugt auf den neuen Standard OPC UA, der sich als offener Kommunikationsstandard für Industrie 4.0 etabliert hat. Es ist auch möglich, die Zellen an Betriebs- und Produktionsdatenerfassungssysteme (BDE, MES) von Kunden anzuschließen und so eine Vielzahl an Produktionsdaten zu kommunizieren.

Vom Prototypen bis zur High-Volume-Linie

Geeignet ist die Meditec-Zelle aufgrund ihrer flexiblen Konfigurierbarkeit sowohl für die Mikromontage von Kleinstteilen als auch für größere Komponenten bis zu zehn Kilogramm, die die Shuttles maximal befördern können. Damit ist das medizintechnische Produktspektrum, das sich hier produzieren lässt, sehr breit: Inhalations- und Diagnostiksysteme, Autoinjektoren, Insulinpens, Infusions-Sets oder Patch-Pumpen, aber auch viele weitere. Das Praktische: Die Linie kann bei steigenden Stückzahlen von einer Low-Volume-Anlage zu einer High-Volume-Anlage ausgebaut werden. „Auch ein Einsatz für den „Proof of Principle“ im Medizinbereich ist möglich“, betont Lothar Mehren, „so lassen sich kritische und anspruchsvolle Prozesse abbilden, um erste Muster für die Verifizierung herzustellen. Anschließend können diese abgesicherten Prozesse eins zu eins in die Plattform übernommen werden.“

Integration in bestehende Anlagen

Die Zelle ist ein komplett eigenständiges Modul und lässt sich dadurch nicht nur zum Aufbau einer neuen Fertigungsanlage nutzen, sondern gut in bestehende Linien integrieren, auch in PIA-fremde Anlagen. Die Integration erfolgt aufgrund der Modularität der Plattform zügig, da es sich bei jedem Modul um ein abgeschlossenes System handelt, welches über vordefinierte Schnittstellen mit den anderen Anlagenteilen verbunden werden kann. Damit ist auch die Qualifizierung der Systeme deutlich schneller als bei einer kompletten Neuentwicklung.

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