Tabletten gehen neue Wege

Die Digitalisierung stellt die pharmazeutische Industrie vor neue Herausforderungen. Als einer der führenden chinesischen Maschinenhersteller hat SMA eine neue Tablettenpresse entwickelt, die Konnektivität und Transparenz mit funktionalem Design und Bedienkomfort vereint. Um den Spagat zwischen rechtlichen Rahmenbedingungen, Performance und Benutzerfreundlichkeit zu schaffen, setzt SMA auf den Automatisierungsspezialisten B&R.

In der Pharmaproduktion stehen strenge Anforderungen und Rahmenbedingungen an der Tagesordnung. Zudem werden die technischen Herausforderungen und die daraus resultierenden Lösungen komplexer, da Pharmaproduzenten ihre Prozesse zunehmend digitalisieren und vernetzen. Das Unternehmen SMA hat sich daher bei seiner neuen Tablettenpresse hohe Ziele gesetzt – nicht nur bei den üblichen Leistungskennzahlen, sondern auch in Bezug auf ein funktionales, bedienerfreundliches Design.

Bei der Auswahl der Automatisierungstechnik für die neue Maschine legte SMA Wert auf die Gesamtbetriebskosten und die Wiederverwendbarkeit der Software. Auch die Verfügbarkeit von Remote-Lösungen für Inbetriebnahme, Service und Diagnose waren ein wichtiger Punkt. Nach Gesprächen mit B&R über die Anforderungen und die funktionale Umsetzung des Projekts war für SMA schnell klar, dass das österreichische Unternehmen der ideale Partner für die Arbeit an der neuen Tablettenpresse war.

Qualität steht in der Pharmaproduktion an erster Stelle und ist auch das Kriterium Nummer eins, nach dem pharmazeutische Maschinen beurteilt werden. Für eine Tablettenpresse bedeutet Qualität, Tabletten mit präzisem und konstantem Gewicht und der richtigen Dicke zu produzieren. Diese Eigenschaften werden zum Großteil durch den Druck bestimmt, der von Ober- und Unterstempel ausgeübt wird. Die schnelle und präzise Messung dieses Drucks ist entscheidend, da sich dadurch die Servoachsen der Stempel, die oberen und unteren Vorpresswalzen und die Füllstation dynamisch anpassen lassen und sich so die Maschinenleistung erhöht.

In der Tablettenpresse von SMA sorgt ein analoges X20-Eingangsmodul von B&R für eine hohe Messleistung und ermöglicht eine Abtastrate von 5 kHz bei 16 Bit Auflösung. Noch höhere Geschwindigkeiten lassen sich mit einem FPGA-basierten Hochgeschwindigkeits-Verarbeitungsmodul und der reACTION Technology von B&R umsetzen. So werden Zykluszeiten von bis zu 1 μs erreicht. Das reACTION-Technology-Modul unterstützt auch die IEC61131-3-Programmierung und macht teure Hochgeschwindigkeitssteuerungen überflüssig.

Als Automatisierungsplattform dient ein Panel PC 3100 von B&R mit Intel Core-i-Prozessor, der Windows und Echtzeitaufgaben gleichzeitig ausführen kann. Zwei ACOPOS-P3-Servoverstärker von B&R sind über das Echtzeit-Ethernet POWERLINK verbunden und steuern sechs Achsen präzise an. Bisher waren für diese Anwendung sechs Einzelachsantriebe nötig. Die Größe des Schaltschranks lässt sich nun mit den B&R-Servoverstärkern um zwei Drittel reduzieren.

Neben der Rechenleistung und einer präzisen Steuerung sind moderne Maschinen auch auf Datenkonnektivität angewiesen. Je intelligenter die Fabrik, desto mehr Geräte müssen mit MES/ERP-Systemen für Aufgaben wie Finanzbuchhaltung, Auftragsplanung und Qualitätskontrolle verbunden werden. Das X20-Steuerungs- und I/O-System von B&R und das MES-System verfügen über integrierte OPC-UA-Server und kommunizieren über PackML. Dadurch lässt sich die Maschine einfach konfigurieren und warten. Zudem kann jederzeit auf sämtliche Produktionsdaten, den Audit Trail und Daten zur Produktqualität zugegriffen werden.

Mit OPC UA können Geräte jedoch nicht nur innerhalb von Fabriken vernetzt werden. Steuerungen lassen sich auch als Edge-Geräte verwenden, die Daten aggregieren und an die Cloud senden. Dort können sie mithilfe von Algorithmen für maschinelles Lernen weiterverarbeitet werden. Die Echtzeit-OEE-Daten werden lokal gemessen und dann an das Produktionsmanagementsystem oder an die Cloud gesendet. B&R bietet eine gebrauchsfertige Softwarefunktion an, mit der sich Alarme direkt auf das Smartphone des Servicetechnikers senden lassen.

Für die erforderliche FDA/GAMP-Zertifizierung für Pharmamaschinen setzt SMA auf mapp Technology von B&R. Die Softwarelösung beinhaltet modulare, vorkonfigurierte Softwarekomponenten, die die nötigen Schlüsselfunktionen zur Verfügung stellen. Mit mapp Audit lassen sich zum Beispiel die Anforderungen von 21 CFR Part 11 an die elektronische Signaturzertifizierung und die fälschungssichere Dokumentation leicht erfüllen, während mapp User die Benutzerrechte und den Zugriff verwaltet.

Diese und weitere mapp-Funktionen, wie Rezepturverwaltung oder Business Intelligence Reporting, sind einfach zu implementieren und haben den Entwicklungsprozess für SMA entscheidend beschleunigt. Mit mapp View erhielten die SMA-Entwickler leistungsfähige Werkzeuge an die Hand, um eine webbasierte Visualisierung zu erstellen, die große Mengen an Daten übersichtlich und intuitiv abbildet. Diese Daten können mithilfe von OPC UA auf jedem PC oder Smartphone, das JavaScript und HTML unterstützt, angezeigt werden.

Mit der Automatisierungslösung von B&R erreicht die neue Tablettenpresse einen sehr hohen Durchsatz. Zudem profitieren Anwender von den digitalen Möglichkeiten und der intuitiven Benutzeroberfläche. „Wir haben die Messlatte für diese neue Maschine sehr hoch angesetzt. Das Team aus B&R- und SMA-Ingenieuren war der Herausforderung jedoch mehr als gewachsen“, sagt Yin Wenping, Vorstandsvorsitzender und Geschäftsführer von SMA. „Nun sind wir gespannt auf zukünftige Projekte, bei denen wir uns den Herausforderungen der intelligenten Pharmaproduktion stellen werden.“