OPTI-MED - Development of heuristic methods for electroplating program optimization taking into account the restrictions on medical products

 

Overview

Abbildung 2: Optimiertes galvanotechnisches Behandlungsprogramm für elf Warenträger mit vier unterschiedlichen Prozessvorgaben. Die berechneten Behandlungszeiten (Auslastung der Positionen) sind blau und die Transportvorgänge (Auslastung des Transporters) sind rot dargestellt. Dieses Programm zur Steuerung der Galvanikanlage umfasst einen Zeitraum von knapp 100 Minuten. Textmarken in der Abbildung bezeichnen die Waren-ID und die effektive Behandlungsdauer pro Prozessschritt (ID:Dauer).
Abbildung 1: Illustration einer Galvanikanlage mit 15 Behandlungspositionen und jeweils zwei Be- und Entladepositionen. Die Waren besitzen individuelle Prozessvorgaben, welche die geforderten Behandlungsschritte beschreiben. Für jeden Prozess gib es eine oder mehrere entsprechende Anlagenpositionen. Ein Transportwagen übernimmt die Umsetzvorgänge innerhalb der Galvanikanlage.

Die galvanische Behandlung von Oberflächen durch Metallauftrag oder anodische Oxidation ist bei der Herstellung vieler invasiv genutzter Medizinprodukte ein entscheidender Verfahrensschritt. Implantate müssen häufig mit biokompatiblen Oberflächen in mehrstufigen Prozessen versehen werden. Für die galvanische Bearbeitung von Medizinprodukten bestehen dabei besondere Anforderungen bezüglich einer strikten Einhaltung der vorgegebenen minimalen und maximalen Prozesszeiten sowie einer lückenlosen Dokumentation der Bearbeitungsschritte. Abbildung 1 zeigt beispielhaft das Schema einer Galvanikanlage.

Im Fokus dieses Projekts steht die Entwicklung von Optimierungsmethoden für die automatische Berechnung galvanischer Behandlungsprogramme, die für eine vorgegebene Menge an Waren mit individuellen Prozessvorgaben die Behandlungspositionen,  Behandlungszeiten, Transportvorgänge und Transportzeiten beschreiben. In die Optimierung werden unter anderem die Prozessvorgaben für die Waren, die Prozessparameter der Positionen, die Parameter der Transporter und die bereits laufende Behandlungsprogramme mit einbezogen.

Im hier betrachteten Anwendungsfall erfolgt die Berechnung der Programme erst kurz vor Behandlungsbeginn wenn die Waren zur Verfügung stehen und deren individuelle Prozessvorgaben bekannt sind. Da die Zeit für die Optimierung durch den Verfahrensablauf in der Anlage technologisch beschränkt ist, muss innerhalb relativ kurzer Zeit ein Behandlungsprogramm zur Verfügung stehen, das alle Vorgaben und Restriktionen erfüllt und dabei eine möglichst geringe Gesamtbehandlungszeit und geringe Kosten für die entsprechenden Waren aufweist. Für diese Optimierung werden im Projekt mehrstufige Verfahren entwickelt, welche für eine effiziente Berechnung probabilistische kombinatorische Verfahren mit deterministischen Ansätzen kombinieren. Abbildung 2 zeigt als Beispiel ein optimiertes Behandlungsprogramm für elf Warenträger.

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