EL MARKETPLACE INDUSTRIAL
para empresas y profesionales

Un oxigenador sustituye al pulmón en las operaciones a corazón abierto


 

Las enfermedades pueden tocarle a cualquiera. La medicina moderna, sin embargo, ofrece hoy muchas posibilidades terapéuticas también en casos que antes se consideraban perdidos. Así, hoy en día es estándar una operación a corazón abierto con los equipos conocidos corrientemente como corazón-pulmón artificial. Uno de los componentes principales es el llamado oxigenador, que se hace cargo del intercambio de gas, oxigenando la sangre y eliminando el dióxido de carbono de la misma. La fabricación en condiciones de sala blanca de componentes tan complejos, con más de cien piezas diferentes, no resulta nada sencilla. Una producción con ayuda de robots ofrece claras ventajas. Los precisos robots industriales que pueden programarse con toda libertad garantizan también en el campo de la medicina la exigida reproducibilidad de la calidad de los productos, y todo ello a un bajo costo.

Para la avanzada tecnología medica de nuestros días, es una absoluta necesidad el recurrir a componentes técnicos de alta calidad. La empresa MAQUET Cardiopulmonary AG ofrece una amplia gama de tales productos, así como de servicios relacionados. Por ejemplo, la sección Cardiovascular desarrolla y produce componentes para la circulación sanguínea extracorporal durante operaciones coronarias de bypass, operaciones en las válvulas cardíacas o durante transplantes de corazón. Para ello también se requieren los equipos conocidos como oxigenadores, producidos en la planta de Hechingen. Con un volumen mínimo de llenado de sangre, estos componentes tienen que ofrecer un intercambio máximo de gas para la sangre que circula. Concebidos como productos de un solo uso, aumentan por una parte la seguridad, pero al mismo tiempo su producción no debe resultar demasiado cara. En colaboración con los expertos en robótica de Mitsubishi, el fabricante ha desarrollado una producción basada en robots. Importantes exigencias planteadas eran la flexibilidad de las posibilidades de empleo y la facilidad de realizar cambios de programación con objeto de optimizar las secuencias de trabajo. Una exigencia más era el cumplimiento de las condiciones de sala blanca.

El principio KISS como clave del éxito

Como es natural, a la hora de concebir y diseñar por primera vez una planta de producción para productos especiales con un alto potencial de especialización, no siempre se conocen de antemano las dificultades que van a surgir. Por ello, para las personas responsables de la planificación era importante desde el principio colaborar sólo con socios capaces de ayudar de forma flexible y a corto plazo. Para que la producción ofrezca siempre resultados óptimos, es importante disponer de la posibilidad de optimizar los componentes del sistema también después de la primera puesta en funcionamiento. Gunter Baron, ingeniero de MAQUET en la sección Perfusion Systems, explica la situación: "Para nosotros eran importantes la sencillez de la programación y la uniformidad de la salida de datos. Por ello era necesario que diferentes tipos de robot, como robots SCARA y robots de brazo articulado, funcionaran con componentes de control lo más idénticos posible." Así, pese al empleo de componentes de alta tecnología, la totalidad del sistema tenía que desarrollarse conforme al principio KISS ("Keep It Simple, Stupid" - Mantenlo simple, estúpido). Esto significa en esta situación que los programadores tienen que entender los requerimientos de los ingenieros, y los ingenieros los de los programadores. Sólo así era posible llevar a cabo un diseño estructural de la fabricación en cadena capaz de funcionar a largo plazo. El principio KISS resultó fructífero, y sin él apenas habría sido posible conseguir una puesta en funcionamiento dentro de un plazo de sólo cuatro semanas. Además, el procedimiento resultó ventajoso también en relación con los cursos de entrenamiento para el manejo del sistema en las instalaciones del cliente.

Los ingenieros de Hechingen pudieron hacer realidad un sistema acorde con los requerimientos con ayuda de Mitsubishi Electric para la robótica, del integrador Automatisierungstechnik para la programación de los robots, y de Schnier para el control de la instalación. Como gran proveedor de sistemas, Mitsubishi Electric proporcionó todos los componentes de una sola fuente y garantizó también el envío de repuestos dentro de un plazo de 24 horas. Wolfram Zielke (foto 1), Key Account Robot Systems para automatización industrial de Mitsubishi, explica: "Una de las ventajas principales de esta aplicación es que todos los brazos robot utilizados son ya de por sí, hasta un determinado grado, apropiados para el empleo en sala blanca. También nuestro programa de productos tiene una orientación a largo plazo. Por ello, en caso de ampliaciones en los próximos años, queda garantizada la disponibilidad de todos los componentes empleados, y con ello el usuario tiene asegurado también el beneficio que resulta del saber acumulado durante la realización del proyecto."

También los programadores han contribuido con su flexibilidad al buen resultado del proyecto. Lo que hacía falta era una aplicación rápida de los cambios y ajustes que resultaban necesarios dentro del marco de la puesta en funcionamiento. Acerca de ello informa Andreas Gröbe, Plant Manager Oxygenators en MAQUET: "La experiencia práctica nos ha mostrado que la comunicación entre los controles de las máquinas y los de los robots ha sido solucionada de forma tan libre de fallos como el enlace de la interfaz gráfica de usuario por medio de terminales táctiles. La comunicación funciona perfectamente. Los ingenieros responsables de los controladores trabajan realmente mano a mano con los programadores de robots. Cualquier consulta durante la fase de preparación fue respondida a muy corto plazo."

Estructura y práctica

La producción se lleva a cabo ahora dentro de una sala blanca de 1500 m² de la clase ISO 7-8, y satisface todos los requerimientos planteados por la legislación relativa a medicamentos y productos sanitarios. Para el montaje de los oxigenadores, en primer lugar los robots SCARA colocan las membranas cambiadoras para los oxigenadores QUADROX dentro del elemento de la carcasa. Estas finas membranas son muy sensibles y muy difíciles de manejar. Por ejemplo sólo pueden moverse mediante tracción. En la misma célula de producción se lleva a cabo un control óptico de cada uno de los componentes, con el que se comprueba si se dispone realmente de la identificación de autorización del control previo (foto 2). Para absolver en un tiempo breve las complejas secuencias de trabajo, después de las primeras experiencias prácticas, los ingenieros de Hechingen reelaboraron las pinzas de los robots que habían desarrollado ellos mismos. Los robots RH-6SH empleados resolvieron las tareas asignadas perfectamente tanto en lo relativo a la precisión como al dinamismo (foto 3). Debido a la inercia de los brazos con pinzas complejas (foto 4) y a las vibraciones que se producen, al aumentar a modo de prueba los tiempos de ciclo no resultó posible aprovechar al máximo la totalidad del potencial de rendimiento debido a la exactitud requerida para el posicionamiento de las esteras. Los robustos robots emplean engranajes sin juego y servomotores libres de mantenimiento. Con ello están predestinados para secuencias de movimientos altamente dinámicas  (hasta más de 11.000 mm/s) y para tareas de posicionamiento de alta precisión (+/- 0,02 mm). El encapsulamiento liso de todos los componentes es de gran ayuda para el empleo en condiciones de sala blanca. Para el montaje de las membranas, en la producción se emplean en estos momentos ocho unidades SCARA en trabajo de tres turnos, y ello con una disponibilidad del 100%.

Una vez montadas las membranas, para ensamblar los oxigenadores en unidades listas para el empleo, en el siguiente paso de trabajo el fabricante se sirve de dos células de fabricación, cada una de ellas con dos robots de brazo articulado. Los robots toman las partes de las paletas de alimentación, y las colocan en un dispositivo de soldadura (foto 5). Los componentes de policarbonato de la carcasa son calentados en los bordes hasta que se reblandecen, son oprimidos entre sí, y enfriados luego bajo presión. El resultado es una unión fija y absolutamente hermética. El brazo articulado toma los oxigenadores ya listos de los soportes, y los deposita en la paleta de transporte (foto 6). Hasta el momento, también aquí se ha logrado una disponibilidad del 100%. Dentro del marco del control anual, para la totalidad de los 12 brazos robot empleados sólo ha hecho falta recambiar una única correa dentada.

Todos los robots son controlados por medio de controladores multitarea idénticos. La posibilidad de enlazar un sistema cualquiera de procesamiento de imágenes, la opción de controlar hasta 8 ejes adicionales, la rápida conexión a través de Ethernet y la detección de colisiones sin sensores permiten (como se requiere en esta aplicación concreta) un encadenamiento sin problemas de componentes en el entorno de automatización sin necesidad de tener que renunciar a funciones adicionales tales como la optimización de tiempos de ciclo.

La aplicación descrita es muestra de que con los sistemas robóticos modernos es posible hacer realidad conceptos de fabricación singulares y poco frecuentes que plantean altas exigencias a todos los componentes y a todas las secuencias de trabajo. Para ello es importante poder contar con un proveedor con una amplia gama de productos y con una larga experiencia. Así queda asegurado a largo plazo el suministro de componentes. También es posible servirse de la experiencia ganada reduciendo costos a la hora de realizar ampliaciones o de construir nuevas instalaciones.