可穿戴药物输送设备的复杂制造需求
可穿戴药物输送设备改变了全球无数患者的生活，让他们摆脱了每天注射的负担，并帮助他们遵守严格的给药计划。这些设计为佩戴在身体上的小型平台，集成了闭环系统和传感器等智能功能，用于持续监测和反馈。毫不奇怪，制造精度至关重要，尤其是在生产注射针时。
Invio Automation 是一家综合自动化解决方案生产商，也是 罗克韦尔自动化® PartnerNetwork™ 计划的金级成员。其概念与解决方案执行副总裁 Eric Peterson 解释说：“大多数套管针的生产过程相当简单——它们是直针，粘合到塑料部件上。但可穿戴药物设备通常需要弯针，每种设备需要不同形状的针头。”
此外，每根针头的弯曲角度必须准确。简单注射器针头的轻微变化通常不会影响性能，但可穿戴药物设备的针头则不同。它们与旋转杆、齿轮轮和液体储存器等物体共用一个狭小的空间，必须以正确的深度插入皮下，以实现适当的流速并避免堵塞。这是医疗设备制造商必须解决的一个额外复杂性问题。
因此，当一位老客户询问 Peterson 对于购买一台用于大规模生产弯曲注射针的设备的看法时，他表达了担忧。“这台设备体积庞大，价格昂贵，每个弯曲都需要一个独立的工作站。他们直到最后一个弯曲才知道自己有一款好产品。”
无法在生产的每个阶段监控质量，这给生产过程带来了重大风险。Peterson 决定帮助客户确定一种更可行的解决方案，以实现降低单位生产成本并提供一致的质量和性能的目标。他从一个不寻常的地方获得了灵感。
挑战
扩大皮下注射针的弯曲和组装规模
接洽 Invio 的客户是一家屡获殊荣的医疗设备公司，专门为糖尿病患者开发和制造可穿戴胰岛素管理系统。其旗舰产品可贴附在身体上，根据佩戴者的个人设置持续输送胰岛素。
可穿戴设备内的针头形状复杂，至少涉及 14 次弯曲。第一和最后一次弯曲的精度要求为 ±0.005 英寸，而针材的总公差为 ±0.015 英寸。制造这些针头极具挑战性。
“技术人员在硬质工具上进行所有这些弯曲调整，”Peterson 说。“他们在不同的设备之间移动，每次更换针批时都要花费大量时间调整弯曲模块。材料反弹的 1 度差异就需要重新校准所有弯曲站。”
当制造商决定扩大生产规模时，紧迫感油然而生。Invio Automation 自动化技术与标准副总裁 Jonathan Poole 解释说：“手动和半自动针头弯曲技术无法扩大到大规模生产水平，因为它们无法重复或高效地精确形成一个或多个弯曲。”
为了实现战略目标，客户需要一台灵活的弯曲和组装机器，无论材料硬度如何，都能自动将皮下注射针改造成各种形状。需要一种全新的解决方案。
解决方案
一台灵活的可编程机器，可形成多种弯曲
使用可编程系统自动化弯曲过程的想法来自 Peterson 的一个意外发现。“我当时在家里看《制造的奥秘》节目，”他说，“我看到一家公司使用弯曲机从工业钢丝中制作篮子。那一刻，我灵光一现。长话短说，我们向客户展示了这个想法和一个原型，客户感到非常惊讶，并当场下了订单。”
该原型最终发展成为 Invio 的专利针头弯曲和组装机，这是市场上独一无二的解决方案。该设备可编程，允许在注射针上以各种方向和多个角度形成一个或多个弯曲。这种灵活性是一个关键优势，因为它允许操作员通过诊断界面形成不同的用户可选弯曲，几乎无需更换工具。这种灵活性大大提高了制造过程的效率和适应性。
Peterson 表示：“我们的客户对这台机器的灵活性和可编程性非常满意。不同针头批次的硬度属性不同，因此我们的机器使用检查摄像头来测量关键尺寸。然后，它使用视觉反馈自动调整弯曲模块中的弯曲参数。这使得针头形状保持在尺寸目标的中心。此外，它不占用太多空间。该单元的尺寸仅为 3x6 英尺。”任何使用无尘室空间的客户都可以证明，具有较小占地面积的设备提供了巨大的成本优势。
自动校准，实现一致的针头质量
这台机器的视觉引导过程和精密零件处理方面具有创新性，因为针的两端的弯曲必须非常准确，才能使可穿戴设备正常工作。安装在弯曲模块中的摄像头会找到每根针的末端，伺服驱动滑轨会将针准确地定位到需要弯曲的位置。
虽然所需的公差为 ±0.005 英寸，但机器可以在 ±0.002 英寸的公差范围内形成弯曲，完全补偿每根针的大针材公差。这样的精度水平可提供一致的质量和性能，节省操作员的时间和精力，并让质量控制更加安心。
Peterson 继续说道：“操作员甚至都没有意识到，每次放入一批新材料时，机器都会自动校准。这个过程是看不见的。现在，他们每九秒钟就能生产出一支针头。他们可以轻松应对这个过程。当公司想要扩大生产规模时，只需添加更多模块即可。”
机器控制基于罗克韦尔自动化的 CompactLogix® 可编程控制器。机器由 Kinetix® 伺服驱动器和电机 以及 PowerFlex® 525 交流变频器 提供动力。
开关模式电源、熔断器座、断开和接触器 和 Stratix® 交换机 提供平稳的电流流动，光电传感器 用于检测产品在机器中的运动。操作员使用 PanelView™ 图形终端 和 Allen-Bradley® 按钮和信号设备 与机器进行交互。
Poole 表示：“我们从一开始就知道，我们会从 Rockwell Automation 获得我们所需的一切，这要归功于我们已经在合作伙伴关系上投入的资金。”
结果
提高生产效率和洁净室空间利用率
Invio 在客户的洁净室中安装了弯曲和相关装配机器后，向操作员提供了手册和一些动手培训。在几个小时内，他们就能独立使用机器。Poole 说：“这对制造商来说是一个真正的好处。他们不需要熟练的技术人员来进行调整，因为机器会自行进行所有调整。他们只需要操作员。”
自安装以来，这家医疗设备公司取得了一些令人印象深刻的成果。它避免了购买过于昂贵的机器以及大量支持设备（如盒子、皮带、模具、润滑剂和托盘）的需要。相反，它拥有一个紧凑的模块化传送系统，占用的洁净室空间大约少三倍，维护需求也大大减少。
它还具有处理批次变化和扩大生产规模的灵活性，满足其可穿戴设备要求的 ±0.005 英寸精度。生产团队现在可以跟上不断增长的销售目标和不断变化的业务目标。
帮助医疗设备制造商做出明智的决策
Invio 在视觉引导处理、精密零件处理和控制工程方面的专业知识，加上与罗克韦尔自动化的合作伙伴关系，使其能够设计出一种独特的机器，非常适合希望扩大生产规模、降低运营成本和提高业务弹性的药物输送系统制造商。
Peterson 说：“我们很乐意帮助我们的客户更好地了解他们的挑战并做出明智的决策。由于我们在自动化方面拥有丰富的经验，如果我们认为有更好的方法，我们不怕提供替代解决方案。”
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发布时间 2024年9月12日