CASE STUDY | Tăng cường độ chính xác và linh hoạt trong sản xuất kim tiêm

Thách thức

• Tăng cường sản xuất kim tiêm
• Uốn kim tiêm với độ chính xác cao
• Khắc phục sự biến động độ cứng của vật liệu mà không cần thiết lập máy móc tốn thời gian

Giải pháp

• Bộ điều khiển lập trình
• Động cơ và servo drives
• Nút bấm & thiết bị tín hiệu
• Rơ le an toàn
• Nguồn điện
• Công tắc và cảm biến
• Bảo vệ mạch & tải
• Biến tần
• HMI (Giao diện người-máy)

Kết quả

• Tăng sản lượng hàng ngày
• Cải thiện chất lượng
• Thay đổi lô hàng liền mạch
• Diện tích nhỏ

Nhu cầu sản xuất phức tạp của các thiết bị truyền thuốc wearable

Các thiết bị truyền thuốc wearable đã thay đổi cuộc sống của vô số bệnh nhân trên toàn thế giới, giúp họ thoát khỏi gánh nặng của việc tiêm hàng ngày và tuân thủ lịch trình liều lượng nghiêm ngặt. Thiết kế để đeo trên cơ thể, những nền tảng nhỏ này tích hợp các tính năng thông minh như hệ thống kín và cảm biến để giám sát và phản hồi liên tục. Không ngạc nhiên khi độ chính xác trong sản xuất là rất quan trọng, đặc biệt khi sản xuất kim tiêm.

“Phần lớn các ống thông khá đơn giản để sản xuất—chúng là những kim thẳng được dán vào các bộ phận bằng nhựa. Nhưng các thiết bị truyền thuốc wearable thường yêu cầu kim uốn cong, và mỗi thiết bị cần một kim với hình dạng khác nhau,” Eric Peterson, Phó Chủ tịch điều hành của Concepts & Solutions tại Invio Automation, một nhà sản xuất giải pháp tự động hóa toàn diện và là thành viên cấp vàng của chương trình Rockwell Automation® PartnerNetwork™, cho biết.

Hơn nữa, góc uốn của mỗi kim phải chính xác. Những sai lệch nhỏ ở những kim tiêm đơn giản thường không ảnh hưởng đến hiệu suất. Nhưng đối với các thiết bị truyền thuốc wearable, kim tiêm của chúng, có không gian rất nhỏ với các bộ phận như cần gạt, bánh răng và bể chứa dịch, phải được cắm vào da với độ sâu chính xác để đạt được lưu lượng thích hợp và tránh tắc nghẽn. Đây là một phức tạp thêm mà các nhà sản xuất thiết bị y tế phải giải quyết.

Khi một khách hàng lâu năm yêu cầu Peterson tư vấn về một thiết bị mà họ muốn mua để sản xuất hàng loạt kim tiêm uốn cong, ông đã bày tỏ sự lo ngại. “Thiết bị này lớn và đắt tiền, và yêu cầu một trạm riêng cho mỗi lần uốn. Họ sẽ không biết liệu họ có sản phẩm tốt hay không cho đến khi thực hiện lần uốn cuối cùng.”

Sự thiếu khả năng giám sát chất lượng ở mỗi giai đoạn sản xuất tạo ra rủi ro đáng kể cho quy trình sản xuất. Peterson đã quyết định giúp khách hàng xác định một giải pháp khả thi hơn để đạt được mục tiêu giảm chi phí sản xuất mỗi đơn vị và cung cấp chất lượng, hiệu suất đồng nhất. Ông đã tìm thấy nguồn cảm hứng từ một nơi không ngờ.

Thách thức

Tăng cường khả năng uốn và lắp ráp kim tiêm

Khách hàng đã tiếp cận Invio là một công ty thiết bị y tế đoạt giải thưởng, chuyên phát triển và sản xuất hệ thống quản lý insulin wearable cho người mắc tiểu đường. Sản phẩm chính của họ gắn vào cơ thể và cung cấp insulin liên tục dựa trên cài đặt cá nhân của người dùng.

Kim bên trong thiết bị wearable có hình dạng phức tạp với ít nhất 14 lần uốn. Nó cũng yêu cầu độ chính xác ±0.005 inch cho lần uốn đầu tiên và cuối cùng, trong khi tổng dung sai của vật liệu kim là ±0.015 inch. Việc sản xuất những kim này cực kỳ thách thức.

“Các kỹ thuật viên đang thực hiện tất cả các điều chỉnh cho các lần uốn trên dụng cụ cứng,” Peterson nói. “Họ phải di chuyển giữa các thiết bị khác nhau và tốn nhiều thời gian để điều chỉnh mô-đun uốn mỗi khi họ thay đổi lô kim. Chỉ một sự khác biệt một độ về độ đàn hồi của vật liệu cũng yêu cầu phải hiệu chuẩn lại tất cả các trạm uốn.”

Thời điểm quan trọng đến khi nhà sản xuất quyết định tăng cường sản xuất. Jonathan Poole, Phó Chủ tịch công nghệ tự động hóa và tiêu chuẩn tại Invio Automation, giải thích: “Các kỹ thuật uốn kim thủ công và bán tự động không thể mở rộng đến mức sản xuất hàng loạt vì chúng không thể hình thành một hoặc nhiều lần uốn một cách chính xác và hiệu quả.”

Để đạt được các mục tiêu chiến lược của mình, khách hàng cần một máy uốn và lắp ráp linh hoạt có khả năng tự động điều chỉnh kim tiêm thành nhiều hình dạng khác nhau, bất kể độ cứng của vật liệu. Một giải pháp hoàn toàn mới là điều cần thiết.

Giải pháp

Một máy linh hoạt, có thể lập trình để tạo hình nhiều góc cong

Ý tưởng tự động hóa quá trình bẻ cong bằng một hệ thống lập trình đến với Peterson từ một nguồn không ngờ tới. “Tôi đang ở nhà xem chương trình ‘Cách nó được làm’ và thấy một công ty sử dụng máy bẻ cong để làm giỏ từ dây công nghiệp. Đó là một khoảnh khắc chợt lóe lên trong đầu tôi,” ông cho biết. “Tóm lại, chúng tôi đã trình bày ý tưởng và một mẫu thử cho khách hàng, người đã rất ngạc nhiên và đặt hàng ngay tại chỗ.”

Mẫu thử đó cuối cùng đã trở thành Máy Bẻ Cong và Lắp Ráp Kim Tiêm được cấp bằng sáng chế của Invio, một giải pháp độc đáo trên thị trường. Thiết bị này có thể lập trình, cho phép tạo hình một hoặc nhiều góc cong trên kim tiêm theo nhiều hướng và góc độ khác nhau. Sự linh hoạt này là một lợi thế quan trọng, vì nó cho phép người vận hành tạo ra các góc cong khác nhau mà người dùng chọn qua giao diện chẩn đoán và chỉ cần thay đổi công cụ rất ít hoặc không cần thay đổi. Điều này làm tăng hiệu quả và khả năng thích ứng của quy trình sản xuất.

“Khách hàng của chúng tôi rất phấn khởi về sự linh hoạt và khả năng lập trình của máy này,” Peterson nói. “Các lô kim tiêm khác nhau có đặc tính độ cứng khác nhau, vì vậy máy của chúng tôi sử dụng một camera kiểm tra để đo các kích thước quan trọng. Sau đó, nó sử dụng phản hồi hình ảnh để tự động điều chỉnh các thông số bẻ cong trong các mô-đun bẻ cong. Điều này giữ cho hình dạng kim tiêm nằm chính xác trên các mục tiêu kích thước. Hơn nữa, nó không chiếm nhiều không gian; thiết bị chỉ có kích thước 3×6 feet.” Như bất kỳ khách hàng nào sử dụng không gian phòng sạch cũng có thể xác nhận, thiết bị có kích thước nhỏ hơn mang lại lợi thế lớn về chi phí.

Hiệu chuẩn tự động đạt được chất lượng kim tiêm đồng nhất

Quy trình điều hướng bằng hình ảnh và xử lý các bộ phận chính xác của máy này là những đổi mới vì các góc cong ở cả hai đầu kim tiêm phải rất chính xác để thiết bị đeo được hoạt động. Một camera gắn trong mô-đun bẻ cong tìm các đầu của mỗi kim tiêm, và một trượt được điều khiển bằng servo định vị kim tiêm chính xác nơi cần thiết để bẻ cong.

Trong khi độ chính xác yêu cầu là ±0.005 inch, máy có thể tạo ra các góc cong với độ chính xác là ±0.002 inch, hoàn toàn bù đắp cho độ chính xác lớn của kim tiêm với mỗi kim tiêm. Mức độ chính xác này đảm bảo chất lượng và hiệu suất đồng nhất, tiết kiệm thời gian và công sức cho người vận hành, đồng thời mang lại sự yên tâm cho bộ phận kiểm soát chất lượng.

“Người vận hành thậm chí không nhận ra rằng máy đang tự động hiệu chuẩn mỗi khi họ đưa vào một lô nguyên liệu mới,” Peterson tiếp tục. “Quá trình này là vô hình. Giờ đây, họ có thể sản xuất một kim tiêm mỗi chín giây. Họ rất nhanh chóng. Và khi công ty muốn tăng sản xuất, tất cả những gì cần làm là thêm nhiều mô-đun hơn.”

Kiểm soát máy được xây dựng dựa trên Bộ điều khiển Lập trình CompactLogix® của Rockwell Automation. Máy được cung cấp bởi các Động cơ và Bộ truyền động Servo Kinetix® và Bộ truyền động AC PowerFlex® 525.

Các Bộ nguồn chuyển mạch, Bộ giữ cầu chì, Bộ ngắt & Contactors và Bộ chuyển mạch Stratix® cung cấp luồng điện mượt mà, và Cảm biến Quang điện được sử dụng để phát hiện chuyển động của sản phẩm khi di chuyển qua máy. Người vận hành tương tác với máy qua Các thiết bị Đồ họa PanelView™ và Các nút nhấn & thiết bị báo hiệu Allen‑Bradley®.

“Chúng tôi đã biết ngay từ đầu rằng chúng tôi sẽ nhận được mọi thứ chúng tôi cần từ Rockwell Automation nhờ vào khoản đầu tư mà chúng tôi đã đặt vào Quan hệ đối tác,” Poole nói.

Kết quả

Nâng cao hiệu quả sản xuất và sử dụng không gian phòng sạch

Khi Invio lắp đặt máy bẻ cong và lắp ráp liên quan trong phòng sạch của khách hàng, các người vận hành được cung cấp một tài liệu hướng dẫn và một số đào tạo thực hành. Chỉ trong vài giờ, họ đã có thể sử dụng máy một cách độc lập. “Đó là một lợi ích thực sự cho các nhà sản xuất,” Poole nói. “Họ không cần những kỹ thuật viên có tay nghề cao để thực hiện điều chỉnh vì máy tự động thực hiện tất cả các điều chỉnh. Họ chỉ cần người vận hành.”

Kể từ khi lắp đặt, công ty thiết bị y tế đã thấy một số kết quả ấn tượng. Họ đã tránh được việc phải mua một máy quá đắt với rất nhiều thiết bị hỗ trợ như hộp, băng tải, khuôn, chất bôi trơn và khay. Thay vào đó, họ có một hệ thống băng chuyền mô-đun nhỏ gọn chiếm khoảng ba lần ít không gian phòng sạch hơn và yêu cầu bảo trì ít hơn nhiều.

Nó cũng có sự linh hoạt cần thiết để xử lý biến đổi lô hàng và tăng cường sản xuất với độ chính xác ±0.005 inch mà các thiết bị đeo của họ yêu cầu. Nhóm sản xuất giờ đây có thể theo kịp các mục tiêu doanh số ngày càng tăng và những thay đổi trong mục tiêu kinh doanh.

Giúp các nhà sản xuất thiết bị y tế đưa ra quyết định tốt

Chuyên môn của Invio trong quy trình điều hướng bằng hình ảnh, xử lý các bộ phận chính xác và kỹ thuật điều khiển, cùng với mối quan hệ đối tác với Rockwell Automation, đã cho phép thiết kế một máy độc đáo hoàn hảo cho các nhà sản xuất hệ thống phân phối thuốc đang tìm cách tăng cường sản xuất, giảm chi phí vận hành và tăng cường khả năng phục hồi của doanh nghiệp.

“Chúng tôi thích giúp khách hàng của mình hiểu rõ hơn về những thách thức và đưa ra những quyết định tốt,” Peterson cho biết. “Nhờ vào sự giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa, chúng tôi không ngần ngại đề xuất các giải pháp thay thế nếu chúng tôi nghĩ rằng có một cách tốt hơn để làm điều gì đó.”