Warum Bedienfelder bei Becher-Füll- und Versiegelungsmaschinen digital geworden sind
Cup-Füll- und Versiegelungsmaschinen verfügen mittlerweile über digitale Bedienfelder statt mechanischer Drehknöpfe und Schalter. Während mechanische Steuerungen eine gewisse Flexibilität und Konformität bieten, ermöglichen digital gesteuerte Bedienfelder eine deutlich höhere Flexibilität, Konformität und Kontrolle. Mit digitalen Bedienfeldern (auch Human-Machine-Interfaces genannt) können Anwender mehrere Produktrezepte speichern, Prozesse überwachen und steuern sowie Kontrollmechanismen einrichten, um Fehler zu minimieren oder ganz zu vermeiden. Diese Funktionen sind der entscheidende Treiber für die zunehmende Verwendung digitaler Bedienfelder an Maschinen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Kunden dieser Branchen werden durch den Bedarf an Qualität und Rückverfolgbarkeit von Produktchargen motiviert.
Genauigkeit und Konsistenz: Die Rolle der digitalen Steuerungstechnologie bei der Erreichung einer Füllgenauigkeit von ±0,5 ml
Mit der Einführung digitaler Servosteuerungen ist es nicht mehr erforderlich, bei jedem Füllzyklus manuell nachzustellen. Dadurch werden äußerst enge Fülltoleranzen von etwa ±0,5 Milliliter erreicht – ein entscheidender Faktor beim Abfüllen viskoser Produkte wie Joghurt, Saucen und Gelees, da bereits eine geringfügige Überfüllung zu erheblichen Gewinneinbußen führen kann. Die digitalen Steuerungen verfügen über ein geschlossenes Regelkreis-Feedbacksystem, das automatisch für unterschiedliche Produktviskositäten kompensiert. Der „Packaging Efficiency Benchmark Data“-Bericht aus dem Jahr 2023 schätzt, dass dieses System den Materialabfall um 8 bis 12 Prozent reduziert. Das bedeutet, dass jede einzelne Abfüllung präzise erfolgt – selbst nach Tausenden von Abfüllvorgängen pro Schicht. Da die Bediener Anpassungen zudem direkt über ein Touchscreen am Gerät vornehmen können, entfällt das Stoppen der Produktionslinie für Justierungen – was Zeit und Kosten spart.
Nachweisbare Einhaltung mittels auditierbarer HMI-Protokolle für die FDA und GMP
Digitale HMIs sind in manipulationssichere Audit-Trails integriert, die Chargenparameter, Bedieneraktionen und Warnungen bei Abweichungen außerhalb der Spezifikationen verfolgen. Diese Art von Audit-Trail erfüllt die Mindestanforderungen der FDA 21 CFR Part 11 und der Good Manufacturing Practices (GMP). Die digitalisierten, zeitgestempelten und leicht zugänglichen Protokolle ersetzen die herkömmlichen Papierprotokolle, die bekanntermaßen häufig Opfer menschlicher Fehler werden. Im Falle von Nichtkonformitäten hilft die Datenbasis Unternehmen dabei, die Ursache der Nichtkonformität schnell zu identifizieren, und ermöglicht eine umfassende Rückverfolgbarkeit der Daten im Fall von Produkt-Rückrufen. Dies ist entscheidend für die Herstellung von Babynahrung, Probiotika und Impfstoffen. Digitale Systeme bieten rollenbasierte Zugriffskontrolle, um zu verhindern, dass Benutzer Systemparameter ändern. Die Fachzeitschrift „Hygiene Compliance Review“ veröffentlichte letztes Jahr eine Studie, laut der Unternehmen, die auf diese Systeme migrieren, überraschende Regulierungsaudits durch Aufsichtsbehörden durchschnittlich 40 % schneller bestehen.
Softwareentwicklung mit Fokus auf den Anwender für Becher-Füll- und Versiegelungsmaschinen
Touchscreen-Funktionen: Einfache Bedienung und Unterstützung des Bedieners in mehreren Sprachen
Becherfüll- und Versiegelungsmaschinen verfügen über Touchscreen-Oberflächen für eine einfache und effiziente Bedienung. Benutzer können das Füllvolumen ändern und Versiegelungsmechanismen per Touch überprüfen oder Fehler beheben. Laut dem vorherigen Jahrgang des Packaging Digest ist die Schulungszeit in zahlreichen Lebensmittelverarbeitungs- und Pharmafabriken um 40 % gesunken. Zudem ermöglicht die Mehrsprachigkeit – Spanisch, Mandarin, Französisch und Portugiesisch – eine effizientere Kommunikation unter mehrsprachigen Fabrikmitarbeitern. Außerdem können Führungskräfte den Zugriff auf kritische Maschineneinstellungen steuern.
Intelligente Systemvoreinstellungen: Mit nur einem Tastendruck zwischen Bechergrößen, Viskositäten und Versiegelungsprofilen wechseln
Die bereits vorprogrammierten digitalen Voreinstellungen ermöglichen einen sofortigen Wechsel zwischen verschiedenen Formaten – ideal für Co-Packer und Unternehmen mit einem breiten Sortiment an SKUs, von Joghurtbechern über kosmetische Gele bis hin zu medizinischen Abstrichsets. Wenn die Bediener das Produkt wechseln müssen, können sie bequem auf gespeicherte Einstellungen für Viskosität, Behälterprofil und Versiegelungsprofil zugreifen. Im Durchschnitt dauert ein Produktwechsel 90 Sekunden oder weniger. Dadurch entfällt die Frustration manueller Justierungen, die laut Process Automation Journal 2022 zu einer Stunde Ausfallzeit alle sechs Stunden führen. Zudem gewährleistet die intelligente Technologie eine Füllgenauigkeit innerhalb eines halben Prozentbereichs des Sollwerts – unabhängig von der Viskosität des abgefüllten Produkts.
Automatisierungsstufe und Kompatibilität mit digitalen Steuerungssystemen
Automatisierte Systeme und digitale Steuerungen funktionieren am besten, wenn sie für denselben Automatisierungsgrad konzipiert sind. Einfache Steuerungen, die das Befüllen und Versiegeln von Bechern in Chargen sowie Produktwechsel ermöglichen, werden bei halbautomatischen Anlagen bevorzugt. Vollautomatische Linien mit höheren Geschwindigkeiten hingegen erfordern fortschrittliche Steuerungssysteme – darunter Echtzeit-Cloud-Analytik, OEE-Monitoring und -Steuerung sowie die Integration von MES- und ERP-Systemen über APIs. Bei halb- und vollautomatischen Linien führen Steuerungen und Systeme, die für höhere Geschwindigkeiten ausgelegt sind, häufig zu ungenutzter Kapazität oder zu übermäßigem Systemausfall. Viele mittelständische Hybridlinien beginnen mit einfachen HMI-Aufrüstungen; sobald jedoch Volumen und Komplexität der hergestellten Produkte zunehmen, werden ergänzende Steuerungsfunktionen eingeführt, die frühzeitig vor ungenutzter Systemkapazität warnen. Branchenstudien zeigen, dass eine fehlerhafte Konzeption des Steuerungssystems und eine mangelnde Kompatibilität zum gewählten Automatisierungsgrad zu einer ungenutzten Kapazität von 17 % in einer Verpackungslinie führen können. Daher ist eine betrieblich zielgerichtete und wirksame Technologieinvestition entscheidend.
Auswahl Ihres Automatisierungsgrads – Auswirkungen auf die Funktionen:
- Halbautomatisch – Rezepturvorgaben und manuelle Überschreibungen ermöglichen einen schnellen Produktwechsel für Kleinserien- und Pilotlinienproduktion
- Hybrid – Grundlegende OEE- und Alarmhistorie-Funktionen liefern Erkenntnisse für die mittelvolumige Produktion mit gemischten Artikeln (SKUs)
- Vollautomatisch – Integration von MES/ERP sowie Fern-Diagnosefunktionen für prädiktive Analysen und Reduzierung ungeplanter Ausfallzeiten.
Auswahl der richtigen Becher-Füll- und Versiegelmaschine mit digitaler Steuerung für Ihre Produktionsanforderungen
Kapazität versus Komplexität: Bewertung der Rentabilität (ROI) halbautomatischer gegenüber vollautomatischer Modelle.
Die Wahl zwischen einer halbautomatischen und einer vollautomatischen Becher-Füll- und Versiegelmaschine hängt davon ab, welches Volumen Sie verarbeiten möchten und wie viel Kontrolle Sie über den Prozess haben wollen. Vollautomatische Systeme dominieren den Markt mit einem Anteil von rund 42 % und erzielen eine Leistung von mehr als 1500 Bechern pro Stunde. Sie erfordern zudem nur geringen Eingriff durch das Bedienpersonal. Vollautomatische Systeme können die Personalkosten um 30 % senken. Allerdings sind sie mit höheren Anschaffungskosten und einem aufwendigeren, spezialisierteren Wartungsaufwand verbunden. Halbautomatische Systeme bedienen etwa 38 % des Marktes und eignen sich ideal für weniger als 500 Becher pro Stunde. Sie bieten dem Bedienpersonal maximale Kontrolle und sind besonders geeignet für Pilotläufe, Verpackungsunternehmen mit mehreren Kunden sowie saisonale Produktionsläufe.
Durchsatzanforderungen: Automatische Systeme sind bei großen, stabilen Serienläufen überlegen, während halbautomatische Systeme besser für kleine, variabel gestaltete Serienläufe geeignet sind.
Personalstrategie: Eine zunehmende Automatisierung führt zu einem geringeren Personalbedarf, erfordert jedoch gleichzeitig spezialisierte technische Kompetenzen.
Einstellintervall: Halbautomatische Systeme können an verschiedene Becherformen oder unterschiedliche Flüssigkeitsviskositäten angepasst werden, ohne dass Programmierung oder Validierung neuer Software erforderlich ist.
Vorausschau: Cloud-basierte HMIs werden in der Lage sein, vorausschauende Wartung fernzuüberwachen.
Die neueste Generation digitaler Steuerpaneele verändert die Art und Weise, wie wir unsere Anlagen warten. Sie ermöglicht es uns, unser Denken von der reaktiven Wartung hin zur prädiktiven Wartung zu verschieben. Diese fortschrittlichen, cloudbasierten HMIs können miteinander vernetzt werden, um digitale Daten auszutauschen und eine Vielzahl von Kenngrößen zu überwachen – darunter Füllgenauigkeit (üblicherweise innerhalb einer Toleranz von ±0,5 mL), Versiegelungsintegrität, Motorlast sowie Temperaturschwankungen während eines Produktionslaufs. Diese Systeme nutzen fortschrittliche statistische Algorithmen, um den Verschleifpunkt kritischer Komponenten (Pumpen, Heizungen und Servomotoren) vor einem katastrophalen Ausfall vorherzusagen und so eine Reduzierung der ungeplanten Produktionsausfallzeiten um 45 % zu ermöglichen. Der Einsatz dieser Systeme führt zudem zu einer Senkung der Wartungskosten um rund 25 %, da zertifizierte Techniker Softwareprobleme ferngesteuert beheben, Sensoren neu kalibrieren und Software aktualisieren können. Zukunftssicher und erweiterbar? Jede neue Anlage sollte OPC-UA-fähig sein, um eine nahtlose Integration in das IIoT sowie umfassende Fertigungsdatenanalyse für die gesamte Produktionshalle zu gewährleisten.
FQ
Warum werden digitale Bedienfelder gegenüber mechanischen Drehknöpfen bei neuen Maschinen bevorzugt?
Aus einer Reihe von Gründen, darunter höhere Genauigkeit, verbesserte Flexibilität und bessere Einhaltung kritischer Vorschriften.
Auf welche Weise verbessern digitale Systeme die Präzision beim Befüllen und Versiegeln von Bechern?
Digitale Steuerungen integrieren Servosysteme, die die Genauigkeit innerhalb von ±0,5 ml halten und sich automatisch an Produktvariationen anpassen.
Welche regulatorischen Vorteile bieten digitale HMIs?
Digitale HMIs erzeugen Audit-Trails, die den FDA- und GMP-Richtlinien entsprechen. Dadurch verringern sich zudem die mit der Einhaltung regulatorischer Anforderungen verbundenen Risiken.
Welche Faktoren müssen bei der Entscheidung zwischen halbautomatischen und vollautomatischen Maschinen berücksichtigt werden?
Faktoren wie Produktionsvolumen, Arbeitskosten und die Häufigkeit von Produktänderungen müssen berücksichtigt werden. Vollautomatische Systeme sind für größere und stabilere Produktionsläufe konzipiert, während halbautomatische Systeme besser für kleinere und flexiblere Produktionsläufe geeignet sind.