Zalety i wyzwania robotyzacji w przemyśle biotechnologicznym i farmaceutycznym
Współczesny przemysł biotechnologiczny i farmaceutyczny stawia sobie coraz wyższe cele w zakresie produkcji niskonakładowej. Dążenie do tych celów wynika głównie z potrzeby zwiększenia elastyczności i szybkości reakcji na zmieniające się warunki rynkowe oraz zapotrzebowanie na konkretne produkty, takie jak indywidualizowane terapie. Automatyzacja produkcji krótkoseryjnych jest także istotna dla laboratoriów badawczo-rozwojowych, w których nie mają zastosowania typowe maszyny wysokoseryjne, a roboty współpracujące zyskują na popularności.
Automatyzacja procesów za pomocą robotów jest kluczowym narzędziem umożliwiającym osiągnięcie zamierzonych celów. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych technologii, producenci farmaceutyczni mogą skrócić czas produkcji, zmniejszyć ilość odpadów oraz zwiększyć dostępność produktów dla pacjentów.
Wykorzystanie robotów w pomieszczeniach czystych
Poza typowymi dla każdej branży zastosowaniami, takimi jak pakowanie czy paletyzacja oraz wykorzystanie w magazynie, zastosowanie robotów do różnych operacji może zaoszczędzić przestrzeń w powszechnie stosowanych pomieszczeniach czystych. Zastosowanie robotów uniwersalnych staje się coraz częstsze przy operacjach przekładania (pick & place), ale także otwierania, napełniania i zamykania przy produkcji małych wolumenów. Zastosowanie robotów do prac przy użyciu substancji chemicznych i biologicznych niebezpiecznych dla ludzi pozwala zwiększyć bezpieczeństwo pracowników, zredukować ryzyko wystąpienia wypadków i chorób zawodowych, a także oznacza zmniejszone ryzyko zanieczyszczenia strefy przez zmniejszenie potrzebnej ingerencji personelu.
Zachowanie powtarzalności i jakości
Jednym z kluczowych aspektów produkcji farmaceutycznej jest zachowanie powtarzalności i jakości produktów. Zastosowanie robotów w procesach produkcyjnych umożliwia eliminację błędów ludzkich oraz zapewnienie stałej jakości produktów przez precyzyjne i powtarzalne wykonywanie zadań. Operacje wykonane w sposób automatyczny, archiwizowane zgodnie z regulacjami, pozwalają na łatwe odnalezienie przyczyn niezgodności, które mogą zostać wykryte po wprowadzeniu produktów do obrotu. Coraz powszechniejsza integracja z systemami MES i ERP pozwala na szybkie i bezbłędne pobranie informacji o rodzaju produktu i automatyczną zmianę receptury, co umożliwia skrócenie czasu niezbędnego do przezbrojeń maszyny. Zbierane dane jakościowe – informacje o rodzaju odrzutów, poziomie wypełniania, zapisane zdjęcia z analizy itp. – pozwalają na szybkie i celne reagowanie w przypadku pojawienia się problemów związanych z jakością.
Zachowanie standardów sanitarnych
W przemyśle farmaceutycznym, gdzie produkty są przeznaczone do bezpośredniego spożycia lub stosowania przez ludzi, zachowanie najwyższych standardów sanitarnych jest absolutnie kluczowe. Roboty mogą pracować w kontrolowanych warunkach środowiskowych, minimalizując ryzyko zanieczyszczenia produktów przez mikroorganizmy czy inne substancje niepożądane. Producenci udostępniają linie robotów o współczynniku ochrony IP65 i wyższym, czyli pyłoszczelne i odporne na strugi wody. Roboty są konstruowane w taki sposób, by spełniały standardy ISO 14644-1 i FS 209E oraz zapewniały wysoką aseptyczność – np. powłoki robotów są zbudowane z materiałów, które mogą być czyszczone alkoholem izopropylowym. Ramiona zostają poddane serii rygorystycznych testów w celu sprawdzenia zgodności ze standardami w zakresie odporności chemicznej i mikrobiologicznej, możliwości czyszczenia i innych.
Prognoza wartości globalnego rynku robotów farmaceutycznych (w mln dolarów), według zastosowań źródło: Apollo Research Reports
Skalowalność i elastyczność
Zmiany technologii, produktów oraz sposobów pakowania wymagają coraz większej elastyczności ze strony producentów. Dlatego istotną cechą systemów robotycznych, stosowanych w tym sektorze, jest ich elastyczność i skalowalność. Produkcja może być łatwo dostosowana do zmieniających się potrzeb rynku, co pozwala firmom na bardziej elastyczne i efektywne zarządzanie procesami produkcyjnymi.
Zmniejszenie kosztów
Wymienione wcześniej zalety pozwalają na zmniejszenie zaangażowania wyspecjalizowanego personelu w działania związane z produkcją. Automatyzacja przynosi oszczędności dzięki redukcji kosztów związanych z pracą, ograniczeniu ilości odpadów oraz poprawie efektywności procesów produkcyjnych i logistycznych. Ostatecznie prowadzi do zwiększenia konkurencyjności firm farmaceutycznych na rynku.
Roboty współpracujące
Coraz częstszym rozwiązaniem w laboratoriach, w których nie ma miejsca na wydzielenie stanowisk w pełni zautomatyzowanych są roboty współpracujące, które mogą współdzielić swoją przestrzeń z pracownikami laboratoriów. W laboratoriach wykonuje się wiele działań mozolnych i powtarzalnych, takich jak np. pipetowanie, a jednocześnie są to działania podatne na błędy i wymagające dużej precyzji. Roboty mogą precyzyjnie wykonywać powtarzalne operacje, wspierając różne działania w laboratoriach, takie jak liczenie, dozowanie, mieszanie, kontrola jakości i inne. Rosnąca popularność automatyzacji i wymagania użytkowników napędzają tworzenie rozwiązań pozwalających na uczenie robota bez programowania - poprzez obserwację działań użytkownika i/lub sterowanie robota w trybie manualnym.
Wizja maszynowa
Tematem powiązanym z robotami jest wizja maszynowa. Systemy wizyjne, coraz częściej wspomagane przez sztuczną inteligencję, mogą służyć do kontroli jakości wytwarzanych produktów, jak i do pomocy w lokalizacji produktów, które będziemy przetwarzać – np. tacek z fiolkami postawionym na stole. Rozwój sztucznej inteligencji i rozpoznawania obrazów trójwymiarowych pozwala na wykorzystanie robotów w nowych obszarach, np. przy pobieraniu nieuporządkowanych detali z pudła.
Wyzwania
Projektowanie stacji zrobotyzowanych dla środowiska biotechnologicznego lub farmaceutycznego wiąże się z wieloma wyzwaniami. W branżach tych stosowane są zróżnicowane procedury o szczególnych wymaganiach dotyczących otoczenia pracy, które należy uwzględnić podczas projektowania stanowiska. Również produkty występują w rozmaitych formach – płynnych i stałych.
W przypadku produktów płynnych mamy do dyspozycji całą gamę opakowań, od probówek, przez fiolki czy strzykawki, aż po worki o znacznej objętości. Praca z tymi produktami musi przebiegać w sposób, który gwarantuje utrzymanie czystości i jak najniższy procent odrzutów jakościowych ze względu na niejednokrotnie bardzo wysoką wartość użytych substancji.
Wymagania bezpieczeństwa
Stacje zrobotyzowane w przemysłach regulowanych muszą spełniać takie same wymagania bezpieczeństwa, jak wszystkie inne maszyny w Unii Europejskiej. Wymagania te określone są w Dyrektywie Maszynowej. Przy projektowaniu musi zostać wykonana analiza ryzyka, niezależnie od tego, czy stanowisko jest wyposażone w robota współpracującego, czy nie. W zależności od wyników analizy określa się, czy robot może pracować w obecności człowieka, czy musi być wygrodzony, a także ile i jakie produkty i narzędzia procesowe może przenosić.
Współpraca
Firma A4BEE, która działa w sektorach biotechnologicznym i farmaceutycznym, wspiera firmy w projektowaniu i wdrażaniu odpowiednich rozwiązań technologicznych dla produkcji w środowiskach regulowanych. Zróżnicowane standardy w tych branżach oraz mnogość rozwiązań wymuszają współpracę ze specjalistami różnych dziedzin – naukowców, technologów, automatyków, elektryków i innych. Nieodzowna jest współpraca z doświadczonymi konstruktorami, którzy zapewnią, że projektowane stanowiska będą łatwe do czyszczenia, odporne, a stosowane mechanizmy nie będą wprowadzały cząstek stałych do monitorowanego środowiska. Równie istotny nacisk kładziony jest na zbieranie danych, które mogą być wykorzystane do optymalizacji produkcji – przy rosnącej ilości danych i liczbie integracji między stanowiskami zrobotyzowanymi a różnymi systemami, takimi jak MES i LIMS, a także innymi urządzeniami znajdującymi się w danym laboratorium czy parku maszynowym zakładu produkcyjnego.
source: Automatyka 5/2024