Implementierung automatisierter Systeme in der medizinischen Fertigung

Von Brad Goldbeck, technischer Leiter, Trelleborg | 16. August 2023

Eine Kombination aus fortschreitender Technologie, Fachkräftemangel und der Notwendigkeit, die verfügbaren Mitarbeiter effektiv zu nutzen, treibt die Automatisierung in der medizinischen Fertigung voran. Laut einem Artikel von The Hartman Team gibt es in der US-amerikanischen Fertigung heute über zwei Millionen unbesetzte Arbeitsplätze, und Arbeitgeber, die jetzt nicht handeln, werden in Zukunft mit größeren Problemen konfrontiert sein. Allerdings sind automatisierte Systeme komplex und die Entscheidung, wo und wie sie eingesetzt werden sollen, erfordert ein umfassendes Verständnis der Feinheiten bei der Geräteentwicklung und -qualifizierung.

Auf verbreitete Missverständnisse eingehen

Die vorherrschende Auffassung ist, dass durch Automatisierung Arbeitsplätze vernichtet werden. Die Automatisierung zielt jedoch darauf ab, Aufgaben zu unterstützen oder die Verlagerung menschlicher Arbeitskraft in andere Bereiche zu ermöglichen. Anstelle einfacher, sich wiederholender Aufgaben können sich die Mitarbeiter auf Aufgaben konzentrieren, die kritisches Denken und Liebe zum Detail erfordern, wie beispielsweise die Qualitätsprüfung. Durch die Automatisierung übernehmen Arbeiter Aufgaben, die sicherer, interessanter und körperlich weniger anstrengend sind.

Zu den Vorteilen der Automatisierung gehören kürzere Produktionszeiten und eine höhere Produktivität in einer Welt, in der Kunden schnelle Durchlaufzeiten erwarten. Außerdem kann die Produktion vereinfacht und einheitlich gehalten werden, was eine genauere Quantifizierung der Ausrüstung ermöglicht.

Die Automatisierung sorgt außerdem für Konsistenz, indem sie das Risiko menschlicher Fehler und Verletzungen eliminiert. Beispielsweise erfordert das Umspritzen Kraft, um den ersten Schuss richtig zu platzieren, was mit der Zeit zu einer Belastung und Unbehagen für den Bediener führt. Mit Personalwechseln nimmt die Variabilität zu, da die Bediener möglicherweise dieselbe Aufgabe unterschiedlich ausführen. Wenn sich ein Bediener aufgrund der Wiederholung der Aufgabe weniger auf die richtigen Techniken und Sicherheitsmaßnahmen konzentriert, steigt außerdem das Risiko menschlicher Fehler, die zu Verletzungen und Qualitätsproblemen führen.

Bei richtiger Konstruktion und Programmierung sind Maschinen im Wesentlichen perfekt, da sie frei von menschlichen Fehlern und Inkonsistenzen sind. Die Automatisierung hilft bei der Bewältigung großer und unerwarteter Spitzen der Kundennachfrage und schafft einen stabilen Basisbetrieb, der skalierbar genug ist, um Nachfragespitzen zu überstehen.

Identifizieren von Möglichkeiten zur Automatisierung

Die Bewertung der Kapitalrendite hilft Unternehmen bei der Entscheidung, wo und wann Automatisierung eingesetzt werden soll. Ein Automatisierungsingenieur analysiert die an der Produktion beteiligten Teile und Abläufe. Die anhand von CAD-Zeichnungen bewertete Geometrie eines Teils ist ein vorrangiger Gesichtspunkt. Später im Prozess können 3D-gedruckte Modelle den Ingenieuren zeigen, wie sich ein Teil durch den Produktionsprozess bewegt und welche Art von Qualitätsprüfungen erforderlich sind. Auch das Produktionsvolumen, einschließlich der Anzahl der geplanten Teile und deren Bedarf, ist zu berücksichtigen. Programme mit großen Volumina über mehrere Produktlinien hinweg generieren schneller Renditen.

Verarbeitungsanforderungen sind ein weiterer wichtiger Aspekt. Manche Teile gehen direkt nach der Produktion in die Weiterverarbeitung, andere müssen an einem anderen Standort verpackt werden. Um all diese grundlegenden Überlegungen und ihre Auswirkungen erfolgreich bewerten zu können, müssen Fertigungsingenieure von Anfang an mit den Designteams der Kunden zusammenarbeiten.

Die Investition tätigen

Das Hauptziel eines Anbieters automatisierter Systeme sollte darin bestehen, Ergebnisse zu liefern, die genau den Kundenerwartungen entsprechen. Gemeinsam mit dem Kunden muss festgelegt werden, wie viel Geld in die Automatisierung investiert werden sollte, um den Gesamtteilpreis möglichst niedrig zu halten.

Bei hochindividuellen automatisierten Anwendungen muss sich der Kunde in der Regel an den Entwicklungsinvestitionen beteiligen oder diese sogar vollständig übernehmen. Die Entwicklungskosten automatisierter Prozesse für allgemeinere Aufgaben, die für mehrere Programme und Teile gelten und/oder für mehrere Kunden verwendet werden, werden vom Lieferanten eher mit hohen Investitionen verbunden sein.

In einigen Fällen ist die Automatisierung möglicherweise nicht geeignet, beispielsweise wenn das Profil und die Geometrie eines Teils besonders komplex sind und hochgradig angepasste Maschinen erfordern. Auch für einen Hersteller, der Teile in kleinen Stückzahlen herstellen möchte, ist die Automatisierung möglicherweise ungeeignet.

Bereitstellung von Automatisierung mit Trelleborg

Wenn Originalgerätehersteller (OEMs) mit einem Zulieferer zusammenarbeiten, der Automatisierung nutzt, erhalten sie in der Regel Zugang zu mehreren Diensten. Dazu gehören Designprüfungen, 3D-Renderings vorgeschlagener Designs, Automatisierungszellen und interne Werkzeugbaubetriebe, die kundenspezifische Komponenten für die Anwendung bearbeiten. Diese Beziehung zwischen OEMs und Komponentenlieferanten ermöglicht auch den internen Zugriff auf Unternehmen, die sich auf industrielle Steuerungen spezialisiert haben.

Ein Beispiel für eine von Trelleborg eingesetzte kundenspezifische Automatisierungszelle nutzt einen Fanuc LR Mate Robot, um Teile aus der Presse zu entnehmen und komplexe Verarbeitungsvorgänge durchzuführen. Diese Maschine verwendet einen speziellen Endeffektor, um ungeformte Zielfernrohrlinsen durch einen luftbasierten Kühlzyklus zu einem Gerät zu bewegen, das eine Antibeschlagbeschichtung in Sprühform aufträgt.

Nach einer kurzen Ruhezeit wird die Beschichtung mit ultraviolettem Licht ausgehärtet, bevor sie für eine zweite, längere Abkühlphase zur Seite gestellt wird. Abschließend werden die Linsen einer Qualitätsprüfung unterzogen, um sicherzustellen, dass die Beschichtungen ordnungsgemäß aufgetragen wurden. Während die Bediener von dieser sich wiederholenden, manchmal anspruchsvollen Aufgabe entlastet werden, ermöglicht die automatisierte Zelle Präzision, Genauigkeit und Geschwindigkeit, die über die physischen Fähigkeiten des Menschen hinausgehen.

Eine neue Art von Kollegen

Trelleborg Healthcare & Medical ist bestrebt, seinen Kunden die besten Automatisierungslösungen zur Aktualisierung, Rationalisierung und Verbesserung ihrer Produktionsprozesse anzubieten. Eine Technologie, die Trelleborg heute nutzt, ist kollaborative Robotik oder Cobots. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern arbeiten Cobots eng mit Menschen zusammen.

Durch die rasante Entwicklung und zunehmende Akzeptanz wurde die Zusammenarbeit von Cobots mit menschlichen Bedienern durch umfangreiche Sicherheits- und Erkennungsmaßnahmen, einschließlich Statik-, Aufprall- und Überlasterkennung, ermöglicht. Diese Maßnahmen ermöglichen es den Cobots, Menschen bei der gleichen Aufgabe zu unterstützen und sich einen Arbeitsbereich zu teilen, den ein Industrieroboter nicht könnte. Die Cobots sind zudem frei von menschlichen Fehlern, sparen im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern Platz und tragen dazu bei, die Betriebskosten zu senken.

Die Zukunft fühlt sich roboterhaft an

Die vierte industrielle Revolution, die auf der zunehmenden Digitalisierung der Produktion basiert, zeigt, dass sich Robotik und Automatisierung bewährt haben, unterstützt durch die rasante Weiterentwicklung der künstlichen Intelligenz und die zunehmende Einführung von Internet-of-Things-Systemen in industriellen Umgebungen. Trelleborg setzt bereits ein KI-gestütztes High-End-Bildverarbeitungssystem ein, um Teilevariabilität zu erkennen und sicherzustellen, dass Teile die Qualitätsprüfung bestehen. Dies ist ein Paradebeispiel dafür, wie KI-Anwendungen erhebliche Vorteile bei Produktionsabläufen mit hohen Stückzahlen bieten können, da ihre Geschwindigkeit eine höhere Produktivität ermöglicht und es gleichzeitig menschlichen Arbeitskräften ermöglicht, gezieltere Aufgaben zu übernehmen.

Abschluss

Durch die Automatisierung können sich menschliche Bediener auf Aufgaben konzentrieren, die mehr Geschick, Fachwissen und Liebe zum Detail erfordern. Es kann Produktionszeiten verkürzen und die Produktivität steigern, Konsistenz schaffen, Verletzungen vorbeugen und bei der Bewältigung von Nachfragespitzen helfen. Es gibt viele Szenarien in der medizinischen Fertigung, in denen die Automatisierung bereits unbestreitbar ist und der Trend zur Automatisierung noch zunehmen wird. Ein sachkundiger Lieferant, der die Automatisierung effektiv nutzt, kann Kunden dabei helfen, fundierte Entscheidungen über die Automatisierung zu treffen und mit ihnen bei der Implementierung zusammenzuarbeiten.

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