Design von medizinischen Geräten für die automatisierte Montage
Aufgrund dieser besonderen Anforderungen beziehen die Hersteller im Sinne des Human-centered Designs zunehmend die Anwender in den Produktentwicklungsprozess ein. Was im Produktentwicklungsprozess bisher aber nur wenig Beachtung findet, ist die Frage, wie die entworfenen Produkte automatisiert montiert und hergestellt werden können.
Traditionell fertigen die Hersteller von Medizinprodukten Prototypen manuell oder eher selten halbautomatisch. Sobald das Produkt die Marktzulassung erhält und die Hersteller die Stückzahlen erhöhen möchten, stößt die manuelle oder halbautomatische Fertigung jedoch schnell an ihre Kapazitätsgrenzen. Die Lösung liegt auf der Hand: eine automatisierte Fertigung der Medizinprodukte oder aber eine teil-automatisierte Fertigung, um zumindest spezielle kritische Prozesse mit der notwendigen Genauigkeit, Qualität und Menge zu produzieren.
Das Produktdesign stellt die Automatisierung vor unangenehme Herausforderungen
Doch wenn es an die Umsetzung geht, stellen die Hersteller oft fest, dass das definierte Produktdesign der automatisierten Montage im Wege steht. Michel Milionis, Senior Sales Manager Life Science Technology bei der ASYS Group weiß aus der täglichen Praxis: „Hersteller von medizinischen Geräten erleben oft unangenehme Überraschungen, wenn sie ihre Produktion automatisieren wollen." Dieses Problem entsteht dadurch, dass ausgewählte Einzelteile und deren Zusammenspiel im Produktentwicklungsprozess nicht im Hinblick auf eine automatisierte Produktion bewertet und getestet werden und somit kritische Komponenten und Prozessschritte nicht erkannt werden.
Dies führt dazu, dass bei einer Automatisierung der Produktion erhebliche Änderungen und Anpassungen am Produktdesign vorgenommen werden müssen, was wiederum in der Regel mindestens eine Requalifizierung des Produkts bedeutet. Kurzum, es kommt zu erheblichen Verzögerungen und unerwarteten Kostensteigerungen.
Erweiterung des Human-centered Design Ansatzes um den Aspekt der Automatisierbarkeit
Michel Milionis empfiehlt daher, Experten für Fertigungsautomation frühzeitig in den Produktentwicklungsprozess einzubeziehen. "Natürlich steht bei medizinischen Geräten der Mensch im Mittelpunkt der Designaufgabe", betont er. "Wird das Human-centered Design jedoch durch Know-how in der Fertigungsautomatisation ergänzt, können kritische Bauteile oder Prozessschritte frühzeitig im Designprozess identifiziert und durch Alternativen ersetzt oder angepasst werden, die sich besser für die automatisierte Fertigung eignen. Durch unsere zahlreichen Projekte und Installationen weltweit in der Medizintechnik, können wir diese Erfahrung und Kompetenz mit unseren Kunden teilen und einbringen." So wird die Prozessstabilität verbessert, was wiederum die Produktivität erhöht und die Kosten senkt.
Beispiele für automatisierungstaugliche Komponenten & Prozesse
Automatisierungsfreundliche Produktgestaltung beginnt bei der Analyse von einzelnen Bauteilen und Komponenten und reicht bis zur Auswahl geeigneter Verifikationsprozesse. Als ASYS Group unterstützen wir Hersteller von Medizinprodukten bei der Produktgestaltung und empfehlen zum Beispiel, flexible Teile zu vermeiden oder zu minimieren.
Flexible Teile wie Schläuche oder Dichtungen lassen sich von Menschenhand leicht montieren, aber Greifroboter haben Schwierigkeiten, diese Bauteile zu fassen. Das kann zu Fehlern im Prozess führen. In Diagnostikkartusche werden zum Beispiel Schläuche als Flüssigkeitskanäle eingebaut. Als Alternative können lasergravierte Folien mit Flüssigkeitskanälen oder spritzgegossene starre Kanäle verwendet werden. Bei flexiblen Dichtungen sind O-Ringe, das Auftragen von Dichtungsmasse oder der 2-Komponenten-Spritzguss mit integrierter Dichtung im Bauteil die automatisierungsfreundlichere Wahl.
Auch die Montagerichtung und die Anzahl der Seiten, von denen die Montage erfolgt, sollten frühzeitig im Entwicklungsprozess berücksichtigt werden. Im Hinblick auf die Automatisierung sind eine lineare Montagerichtung und eine einseitige Montage deutlich empfehlenswerter, da die Komplexität reduziert und damit die Kosten gesenkt werden können.
Förderung der Zusammenarbeit in interdisziplinären Teams
"In der Praxis findet oft zu wenig Austausch zwischen Produktentwicklung und Produktionsplanung statt. Dies führt zu einem Mangel an Kommunikation über die Herausforderungen, die mit bestimmten Teilen oder Prozessschritten verbunden sind", bemerkt Michel Milionis. "Produkte können aber nur dann automatisierungstauglich gestaltet werden, wenn das Know-how verschiedener Bereiche in den Entwicklungsprozess einfließt." Dazu gehören Produktverantwortliche und Ingenieure, aber auch Teilelieferanten sowie Fertigungs- und Automatisierungsexperten. Es ist diese Interdisziplinarität, die ein Produktdesign ermöglicht, welches den Bedürfnissen des Anwenders entspricht und gleichzeitig für die automatisierte Montage optimiert ist.
Hier sehen Sie beispielhaft, wie – dank der automatisierungsfreundlichen Konstruktion – 20 Einzelteile in einer Taktzeit von weniger als 20 Sekunden zu einer funktionsfähigen POC-Kartusche zusammengesetzt, montiert und lasergeschweißt werden. Natürlich sind auch andere Varianten möglich.
Das hier gezeigte Beispiel ist eine vollautomatische Life-Science-Montagelinie, die für die Herstellung von Diagnostik-Kartuschen (Point-of-Care) eingesetzt wird. Die ASYS Group bietet eine nahezu grenzenlose Vielfalt an Prozesskombinationen: ob Roboter, Achssysteme, Füge-, Dosier- oder Nutzentrennverfahren, Lasertechnik oder Bildverarbeitungssysteme. Optional erhältlich: ein Zusatzmodul zur Konditionierung des Innenraums unserer Anlagen hinsichtlich Reinraumklassen (ISO 5-8), Temperatur und Feuchtigkeit.
Sie haben Fragen? Wir helfen Ihnen gerne weiter.
Michel Milionis
Senior Sales Manager Life Science Technology