Die gezielte Integration von Industrierobotern ist für Automatisierungsspezialisten in der Pharmabranche ein echter Lösungsbeschleuniger – von der Arzneimittelherstellung bis zur Apothekenautomatisierung.
Die pharmazeutische Produktion ist hochgradig automatisiert, um praktische und finanzielle Zielsetzungen zu realisieren. Um eine gute Rentabilität sicherzustellen, muss der Durchsatz hoch und die Fehlerquote niedrig sein. Darüber hinaus können durch den Wegfall menschlicher Eingriffe Verunreinigungen vermieden werden, was eine hohe Qualität und Verbrauchersicherheit sicherstellt.
Die Prozessabfolge und das Layout der Produktionslinie können komplex sein und die gesamte Fertigungsanlage kann eine große Bodenfläche beanspruchen. Dies kann eine große Herausforderung für die Konzeptionierung darstellen und die resultierende Anlage kann bei herkömmlicher, kundenspezifischer Fabrikautomation sehr teuer werden.
Roboter in der Arzneimittelproduktion
Eine gängige Vorgehensweise ist der Einsatz von Industrierobotern, die bestimmte Vorgänge innerhalb der Prozessabfolge übernehmen – vor allem, wenn Objekte einzeln bewegt oder positioniert werden müssen. Ein Systemintegrator kann die Vorteile der Robotertechnologie als einsatzbereite Lösung nutzen, die zugleich benutzerfreundlich und kosteneffektiv ist. Der Konstrukteur programmiert den Roboter durch Einlernen oder mithilfe einer Simulation mittels einer grafischen Software. Häufig ist ein handelsüblicher, vom Roboterhersteller oder einem Drittanbieter gelieferter Greifer für die jeweilige Aufgabe geeignet. Andernfalls kann ein kundenspezifisch entwickelter Greifer die Lösung sein.
Die selektive Integration von Robotern ermöglicht eine kompakte und kurzfristig lieferbare Produktionslinie und erspart die individuelle Auslegung mit Hilfe klassischer Automatisierungstechniken. Sie werden häufig dort verwendet, wo Transportieren und Palettieren benötigt wird. Zu den typischen Aufgaben gehören die Handhabung und Sortierung von Tabletten, Kapseln, Ampullen und anderen Materialien sowie das Aufnehmen, Platzieren und Ausrichten von Produkten wie Flaschen, Kartons und Trays. Sie werden auch zum Befüllen und Verschließen von Behältern, zum Einlegen von Tabletten, Kapseln und Ampullen in Blisterverpackungen, zum Anbringen von Etiketten an Behältern und zum Verpacken fertiger Produkte in versandfertige Kartons verwendet. Weitere ideale Aufgaben für Roboter sind die Auswahl und der Zusammenbau von Bauteilen, aus denen z. B. Tablettendosen und Spritzen hergestellt werden.
Roboter eignen sich auch für Prozesse, bei denen sie Inhaltsstoffe für Arzneimittelformulierungen mischen und dosieren. Außerdem kann ein SCARA-Roboter, wenn Artikel in Großpackungen vom Lieferanten angeliefert werden, solche Artikel, wie z. B. leere Flaschen, gezielt einzeln von einem Palettenstapel aufnehmen. Ein intelligenter Sortierer verbessert die Kommissionierung von Artikeln, indem er sie zwischen den Entnahmevorgängen neu ausrichtet. Der Artikel kann dann bei Bedarf korrekt orientiert und ausgerichtet und anschließend zum Befüllen, Etikettieren und Verschließen auf ein Förderband oder eine Palette abgelegt werden.
Roboter erweitern Optionen
Für Pick&Place-, Sortier-, Verpackungs- und Montageprozesse können unterschiedliche Robotertypen eingesetzt werden. SCARA-Maschinen werden häufig aufgrund der Verbindung von hoher Geschwindigkeit und Wendigkeit mit großer Reichweite und Tragfähigkeit gewählt. Deckenmontierte Roboter wie die Serie YK-TW Orbit-SCARA von Yamaha ( Bild 1) bieten einen geringeren Platzbedarf, indem sie Gegenstände an beliebiger Stelle im Bereich unter dem Roboter aufnehmen und platzieren können. Außerdem haben sie eine geringere Bauhöhe im Vergleich zu Alternativen wie Delta-Roboter. Die Kameraintegration, die mit speziellen Robot-Vision-Befehlen der RCXiVY2+ Steuerung betrieben wird, ermöglicht die Hochgeschwindigkeitsausrichtung und -inspektion von Gegenständen wie Flaschenverschlüssen und Etiketten.
Bild 1: Deckenmontierte SCARA-Roboter verbinden eine kleine Stellfläche mit einer, gegenüber Delta-Robotern, geringeren Höhe
SCARA-Roboter sind auch in staubdichten/tropfwassergeschützten und reinraumtauglichen Ausführungen erhältlich ( Bild 2), die speziell für die Schutzart IP65 entwickelt wurden und deren bewegliche Teile direkt angetrieben werden, um Verschmutzungen durch den Verschleiß von Antriebsriemen zu vermeiden. Solche Roboter sind mit Armlängen zwischen 180 mm und 1000 mm und einer maximalen Nutzlast zwischen 1 kg und 20 kg verfügbar, was für den typischen Einsatz in pharmazeutischen Produktionslinien völlig ausreichend ist.
Bild 2: Reinraumroboter der Schutzart IP65 mit vertikalen Faltenbälgen schützen die Produktionsumgebung
Kompakte, anwendungsorientierte 2-Achs-, 3-Achs- und 4-Achs-Pick&Place-Roboter wie die Serie YP-X von Yamaha sind eine weitere Option für Konstrukteure. Sie zeichnen sich durch spezielle Eigenschaften wie z. B. eine geringe Breite für den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen aus.
Automatisierungsunternehmen können durch die Integration robotergestützter Technologien an anderen Stellen ihrer Produktionslinie einen zusätzlichen Nutzen schaffen. Das gilt insbesondere für den Transport von Gegenständen von einem Prozessschritt zum nächsten. Dies geschieht in der Regel mit speziell für diese Aufgabe entwickelten Transportsystemen. Dem Linien-Aufbau müssen umfangreiche Vermessungs- und Planungsarbeiten vorausgehen, um das Risiko von Fehlern zu minimieren, die die Projektabwicklung verzögern und Budgetüberschreitungen verursachen können. Programmierbare lineare Transportmodule wie das LCMR200 (Bild 3) ermöglichen einen alternativen Ansatz. Das Konzept bietet die Flexibilität, nahezu jedes Layout zu konfigurieren und Geschwindigkeit, Richtung, Start-/Stopp-Positionen sowie Beschleunigung/Verzögerung für jedes Modul individuell zu programmieren. Das Layout und die Einstellungen können mit minimalen Auswirkungen auf die Projektkosten oder den Zeitplan umgeplant oder nachjustiert werden. Zu den weiteren Vorteilen gehört die Möglichkeit, den Transport anzupassen und zu skalieren, wenn sich die Produktionsanforderungen in Zukunft ändern sollten.
Bild 3: Der Lineartransport erweitert den ‚Werkzeugkasten‘ des Systemintegrators
Mit LCMR200-Transfermodulen für horizontale und vertikale Achsen und dem neuesten Crossover-Modul lassen sich flexible, gitterartige Transportstrukturen in zwei und drei Dimensionen realisieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transportsystemen werden die Module auf die gleiche Art und Weise programmiert wie die anderen Roboter in der Produktionslinie – mit den gleichen Werkzeugen und der gleichen Methodik. Durch den Anschluss aller Einheiten an einen einzigen Controller können Linien mit einer Länge von bis zu 25,5 Metern konfiguriert werden, wobei bis zu 64 unabhängige Transportschlitten gleichzeitig ansteuerbar sind. Durch die direkte Positionierung der Schlitten können Prozesse wie die Platzierung von Bauteilen oder deren Montage durchgeführt werden, ohne dass das Bauteil aus dem Transportmodul entfernt werden muss, was eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis bedeutet.
Automatisierung der Apothekendienste
Roboter verändern auch die Perspektiven der Arzneimittel-Versorgung in der unmittelbaren Nähe zum Patienten in Form von automatisierten Apothekensystemen, die die Abgabe von Medikamenten verbessern und beschleunigen.
Die Automatisierung der Arzneimittelversorgung übernimmt das mühsame Mischen, Messen, Zählen und Verschließen, das bislang von Apothekern erledigt wird. Sie kann sogar Rezepte einlösen, wenn die Apotheke geschlossen ist. So können die Apotheker mehr Zeit für die Beratung der Patienten nutzen.
Darüber hinaus kann die Apothekenautomatisierung die effiziente Raumnutzung in den Apotheken verbessern. Sie kann dafür sorgen, dass Medikamente immer unter den richtigen Bedingungen gelagert und zubereitet werden und überwachte Arzneimittel gesichert und verfolgt sowie Medikationsfehler minimiert werden.
Obwohl es sich hier um einen schnell wachsenden Markt handelt, der bis 2027 voraussichtlich 8,2 Milliarden Dollar erreichen wird, können die hohen Einstiegskosten ein Hindernis für die Einführung darstellen. Erschwingliche Roboter wie die kostengünstige und leistungsstarke SCARA-Serie YK400XE von Yamaha können zur Lösung dieses Problems beitragen und für eine schnellere Investitionsrendite sorgen. Sie sind mühelos zu programmieren und können mit Standard- oder kundenspezifischen Greifern kombiniert werden, um Medikamente zu entnehmen, zu mischen und zu verpacken, damit sie für den Patienten zur Verfügung stehen.
Fazit
Als einsatzbereite Lösung für technische Herausforderungen, die präzise gesteuerte High-Speed-Bewegungen erfordern, tragen Industrieroboter dazu bei, dass Automatisierungsprojekte im Zeit- und Kostenrahmen bleiben. Ihre Zykluszeit ist flexibel programmierbar und kann mit der Liniengeschwindigkeit synchronisiert werden, um die gewünschte Produktionsleistung zu erzielen.
Die aktuellen, kostengünstigen SCARA-Roboter und flexiblen Transportmodule bieten Systemintegratoren zusätzliche Optionen, um deren Kunden einen Mehrwert zu verschaffen. Der Einsatz von Robotern steigert nicht nur die Produktivität, sondern verbessert auch die Zugänglichkeit und Sicherheit sowie die Qualität der Dienstleistungen für Patienten – was idealerweise zu besseren Ergebnissen führt.
Über Yamaha FA Section
Yamaha Factory Automation Geschäftsbereich (FA), eine Unterabteilung der Yamaha Motor Robotics Business Unit von Yamaha Motor Corporation, konzentriert sich auf die Lieferung flexibler, hochpräziser Industrieroboter für die Herausforderungen der Präzisionsautomatisierung.
Die Abteilung hat ihre Wurzeln in der Einführung der Robotertechnologie in die Yamaha-Motorradmontage und verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Lösung von Automatisierungsaufgaben von der Montage großer Produkte bis zum Mikrometerbereich. Die Industrieroboter von Yamaha Motor werden heute von weltweit führenden Unternehmen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Halbleiterfertigung und der Montage von Elektronikprodukten, Haushaltsgeräten, Automobilkomponenten und großen Flüssigkristallanzeigen eingesetzt.
Yamaha Motor FA Section bietet eine weite Palette von Lösungen für die Roboter-Montage, darunter Einachsroboter, SCARA-Roboter, kartesische und Knickarmroboter. Innovationen wie das Linearfördermodul LCM200R, ein laufruhiger, platzsparender und vielseitigerer Nachfolger konventioneller Band- und Rollenförderer, bestimmen nach wie vor das Tempo in der Fabrikautomatisierung. Die Kerntechnologien der Robotik sowie Schlüsselkomponenten und komplette Robotersysteme werden im eigenen Haus hergestellt, was eine konstante Qualität und Kontrolle der Lieferzeiten sicherstellt.
Yamaha Europe FA Geschäftsbereich mit Hauptsitz in Neuss, Deutschland bedient Kunden in ganz Europa.
www.yamaha-motor-robotics.eu
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