Jakość i zgodność z normami ramię w ramię z cyfryzacją i designem

Konstruktorzy projektujący przyszłe inteligentne wytwórnie farmaceutyków stają przed nowymi wymaganiami związanymi z cyfrową transformacją. Firma SMA – jeden z czołowych chińskich producentów urządzeń dla przemysłu farmaceutycznego, opracowała nową tabletkarkę, która spełnia te wymagania, łącząc wyjątkowe możliwości komunikacji z innymi urządzeniami z funkcjonalnością i wygodą operatora. Aby zapewnić odpowiednią wydajność i walory użytkowe swoich maszyn – a przy tym spełnić wymogi obowiązujących przepisów i norm – firma SMA postawiła na partnerską współpracę z B&R w zakresie automatyzacji.

Przemysł farmaceutyczny od zawsze podlegał surowym wymogom zewnętrznym, a obowiązujące w tej branży przepisy i standardy należą do najściślej egzekwowanych. Jednak w miarę jak konstruktorzy z branży farmaceutycznej budują fabryki coraz bardziej nasycone technologią cyfrową i skomunikowane wewnętrznie, rośnie złożoność problemów technicznych i powstających dla nich rozwiązań. W tym kontekście nowa tabletkarka firmy SMA miała zgodnie z życzeniem kierownictwa spełniać wysokie wymagania – nie tylko w odniesieniu do typowych wskaźników wydajności, ale również w aspekcie funkcjonalności i łatwości obsługi.

Dokonując oceny technologii automatyzacji wybranej nowej maszyny, firma brała pod uwagę przede wszystkim całkowity koszt eksploatacji, w tym takie czynniki jak możliwość ponownego wykorzystania oprogramowania oraz dostępność zdalnych rozwiązań do uruchamiania, serwisowania i diagnostyki maszyny. Po kilku rozmowach z zespołem B&R na temat wymagań projektowych i praktycznej realizacji, firma zyskała pewność, że B&R i jej system automatyzacji z łatwością sprostają zadaniu – stąd decyzja o podjęciu współpracy z B&R przy konstrukcji nowej tabletkarki.

W branży farmaceutycznej jakość jest zawsze priorytetem numer jeden – pierwszym kryterium oceny maszyn farmaceutycznych. W przypadku tabletkarki jakość oznacza możliwość wytwarzania tabletek o dokładnej i stałej wadze i grubości. Zależy to w dużej mierze od nacisku wywieranego przez matrycę górną i dolną. Uzyskanie szybkich, precyzyjnych pomiarów tego ciśnienia ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji wydajności maszyny poprzez dynamiczną regulację osi serwomechanizmów matryc, górnych i dolnych walców wstępnego prasowania oraz stacji napełniania.

W tabletkarce SMA taką precyzję pomiaru uzyskano dzięki zastosowaniu analogowego modułu wejściowego X20 firmy B&R, który umożliwia próbkowanie z szybkością 5 kHz / 16 bitów z buforem. Jeszcze większe prędkości można osiągnąć, stosując szybki moduł przetwarzania oparty na układzie FPGA z technologią reACTION firmy B&R, która umożliwia uzyskanie czasów cyklu rzędu 1 μs. Moduł technologii reACTION obsługuje również programowanie IEC 61131-3 i eliminuje potrzebę stosowania drogich, szybkich sterowników.

Jako platforma automatyzacji służy montowany na wysięgniku B&R Panel PC 3100 z procesorem Intel Core-i, który może jednocześnie obsługiwać system Windows i zadania czasu rzeczywistego. Dwa serwonapędy B&R ACOPOS P3, połączone za pośrednictwem szybkiego Ethernetu czasu rzeczywistego POWERLINK, zapewniają precyzyjne sterowanie sześcioma osiami, zajmując przy tym jedną trzecią tej przestrzeni szafy, która byłaby wymagana w przypadku konwencjonalnych napędów jednoosiowych.

Oprócz mocy obliczeniowej i precyzji sterowania, podstawową cechą nowoczesnych maszyn jest możliwość przesyłania dużych ilości danych. Właściwością inteligentnej fabryki jest rosnąca liczba urządzeń na hali produkcyjnej podłączonych do systemów MES/ERP w celu realizacji takich zadań, jak księgowość finansowa, planowanie zamówień i kontrola jakości. System sterowania i obsługi I/O X20 firmy B&R, wspomagany przez zintegrowane serwery OPC UA i obsługę komunikacji PackML, umożliwia systemowi MES łatwą konfigurację maszyny i dostęp do niej w celu pozyskiwania danych o operacjach produkcyjnych, ścieżce audytu, jakości i konserwacji.

Protokół OPC UA pozwala łączyć nie tylko sprzęt w ramach fabryk – sterowniki B&R mogą być również wykorzystywane jako urządzenia typu egde, które agregują dane i wysyłają je do chmury, gdzie można zastosować zaawansowane algorytmy uczenia maszynowego. Ogólna efektywność wyposażenia jest mierzona lokalnie w czasie rzeczywistym, a wyniki pomiaru przesyłane do systemu zarządzania produkcją lub do chmury, na potrzeby monitorowania. B&R oferuje nawet gotową funkcję oprogramowania, która ułatwia wysyłanie alarmów bezpośrednio do techników serwisowych na ich smartfony.

W uzyskaniu przez firmę SMA certyfikatu FDA/GAMP, wymaganego w przypadku wszystkich maszyn farmaceutycznych, pomocna okazała się technologia mapp B&R. Technologia ta pozwala zawrzeć kluczowe funkcje w modułowych, wstępnie zaprogramowanych komponentach oprogramowania. Komponent mapp Audit ułatwił spełnienie wymagań regulacji 21 CFR Part 11 w zakresie certyfikacji podpisu elektronicznego i dokumentacji odpornej na manipulacje, natomiast komponent mapp User umożliwia zarządzanie uprawnieniami i dostępem użytkowników.

Dzięki pełnej konfiguracji, bez konieczności programowania, te i inne funkcje mapp – w tym zarządzanie recepturami, raportowanie danych biznesowych i wiele innych – okazały się łatwe do wdrożenia i znacznie przyspieszyły proces rozwoju SMA. Pakiet mapp View dał również programistom firmy SMA potężne narzędzia do projektowania interfejsów HMI. Udało im się stworzyć internetową aplikację HMI, która w przejrzysty i intuicyjny sposób wyświetla duże ilości pomocnych danych. Z zastosowaniem protokołu OPC UA można je przeglądać na dowolnym komputerze lub smartfonie obsługującym JavaScript i HTML.

Dzięki rozwiązaniu automatyzacji firmy B&R, nowa maszyna SMA pracuje z bardzo wysoką prędkością, a użytkownicy mogą z powodzeniem korzystać z jej cyfrowych możliwości oraz atrakcyjnego i intuicyjnego interfejsu. „Mimo, że poprzeczkę wymagań dla nowej maszyny ustawiliśmy naprawdę wysoko, zespół inżynierów B&R i SMA bez problemów sprostał zadaniu” – zapewnia prezes i dyrektor generalny SMA, Yin Wenping. „Dlatego z entuzjazmem myślimy o przyszłych projektach, w których podejmiemy się jeszcze trudniejszych zadań w zakresie inteligentnej produkcji farmaceutycznej.”