Spitzenleistungen dank Minitab

Supelco, Teil der Sigma-Aldrich Corporation

Supelco ist ein Hersteller von Chromatographieprodukten, u. a. von Säulen für die Verwendung in der Pharmaindustrie. Eines der Produkte von Supelco ist die Discovery-Reihe hochleistungsfähiger Flüssigchromatographiesäulen (High Performance Liquid Chromatography Columns, HPLC). Mit diesen Säulen will das Unternehmen alle anderen Produkte auf dem Markt übertreffen. Um dieses Ziel zu erreichen, investiert das Unternehmen erhebliche Ressourcen in die Qualitätssicherung. Wenn Probleme erkannt werden, setzen die Wissenschaftler des Unternehmens Minitab und Methoden zur kontinuierlichen Verbesserung ein, um Lösungen zu finden, mit denen die Qualität der Produkte sichergestellt werden kann.

Die Herausforderung

Mit HPLC analysieren die Wissenschaftler Substanzen, indem Sie diese in die einzelnen Bestandteile separieren. In diesem Prozess werden eine Säule mit chromatographischem Packungsmaterial, eine Pumpe, die die zu testende Substanz durch die Säule bewegt, sowie ein Detektor verwendet, der die Retentionszeiten der unterschiedlichen Moleküle in der Substanz zeigt. Da die Leistung der Discovery-Säulen für die Gültigkeit der Analysen von entscheidender Bedeutung ist, werden sie von Supelco unter strikten Bedingungen nach ISO-Norm 9001 produziert und getestet, um sicherzustellen, dass die Spezifikationen erfüllt sind.

Supelco, mit Firmensitz in Bellefonte, Pennsylvania, ist weltweiter Anbieter von HPLC-Säulen und anderen Chromatographieprodukten

Als die Erfolgsquote der Leistungstests für eine der Säulen mit 80 Prozent deutlich unter den Sollwert von 95 Prozent fiel, begannen Produktionsmanager John Rumbaugh und ein Team von Wissenschaftlern und Qualitätsexperten mit der Optimierung des Produktionsprozesses, um die Erfolgsquote auf 95 Prozent zu steigern und die Kosten für die fehlerhaften Säulen (40 bis 85 US-Dollar pro Säule) zu senken.

Zunächst entwickelten sie ein Ursache-Wirkungs-Diagramm, um mögliche Ursachen für die Fehler der Säulen in vier Bereichen zu ermitteln: Säulenherstellung, Befüllung, Tests und abschließende Produktverpackung.

Es wurden mehrere entscheidende Variablen ermittelt, die sich auf den Produktionsdurchsatz auswirkten. Die erste war der Typ des zum Testen der Säulen verwendeten Qualitätssicherungsinstruments. Supelco verwendete zwei Typen von Teststationen: Mehrfachtester für die gleichzeitige Untersuchung von sechs Säulen und eine Teststation für einzelne Säulen.

Eine weitere Variable war der Slurry, d. h. das Gemisch von Lösungsmitteln, das zum Füllen der Säulen mit Siliciumdioxid verwendet wird. Bei der Nassbefüllung wird das Siliciumdioxid in Lösungsmitteln suspendiert und unter hohem Druck in die Säulen gepumpt. Supelco verwendete dabei ein Aceton-Methanol-Gemisch im Verhältnis von 90:10. Das Projektteam verglich dieses Gemisch mit einem Toluol-Azeton-Gemisch im Verhältnis 50:50, um zu ermitteln, ob eine Änderung dieses Verhältnisses zu einer Steigerung der Erfolgsquote führen würde.

Eine dritte Variable war der Druck beim Befüllen der Säulen. Die letzte getestete Variable war der Füllmechanismus. Das Team versuchte zu ermitteln, ob automatische oder manuelle Mechanismen zum Befüllen der Säulen zu zuverlässigeren Produkten führen würden.

Die abhängigen Variablen waren der Wirkungsgrad mit einer Spezifikation über 3700 und die Peakasymmetrie mit einer Spezifikation zwischen 0,80 und 1,30. Die Asymmetrie beschreibt die Form eines chromatographischen Peaks. Dieser sollte symmetrisch sein. Werte über 1,0 weisen auf einen Peak mit Tailing hin, Werte unter 1,0 auf einen Peak mit Fronting.

Einsatz von Minitab

Nun musste das Team eine Versuchsanordnung entwickeln, um die Effekte dieser Variablen zu testen und die Faktoren zu ermitteln, die zu einer Steigerung der Säulenqualität führen würden. Wenn das Team ermitteln könnte, wie stark jede Variable die Erfolgsquote der Säulen beeinflusst, könnte es die Einstellungen präzisieren, um eine optimale Qualität und Leistung zu erzielen.

Das Capability Sixpack von Minitab zeigt die Werte von Cpk und Ppk, den Kennzahlen dafür, wie gut ein Prozess die Spezifikationen erfüllt. Bei Supelco wurde der Cpk-Wert für die Asymmetrie, eine entscheidende Kennzahl der Säulenleistung, von -0,01 auf 1,74 verbessert. Damit wurde der Cpk-Sollwert 1,2 überschritten.

Mit den Funktionen für die Versuchsplanung (DOE) in Minitab konnte Supelco ein Faktor-Screening durchführen und rasch die wichtigsten Faktoren – die am wahrscheinlichsten zu Verbesserungen führen würden – ermitteln. Für zwei der entscheidenden Variablen wurden signifikante Auswirkungen nachgewiesen: der Druck und der Typ des zum Testen der Säulen verwendeten Qualitätssicherungsinstruments. Mit Minitab konnte das Team zudem optimale Bedingungen für diese beiden Variablen ermitteln. Eine Erhöhung des zur Befüllung der Säulen beaufschlagten Drucks führte zu einer geringeren Streuung, während der Wechsel von einem normalen Testinstrument zu einem für kürzere Säulen optimierten in einem exakteren Messsystem resultierte. Das Team wiederholte den Test unter den vorgeschlagenen Bedingungen mit 12 weiteren Säulen, um zu bestätigen, dass die Erfolgsquote ansteigt, wenn die Ergebnisse des Experiments in der Produktion genutzt werden. Es fand heraus, dass sich der Cpk-Wert von -0,01 auf 1,74 verbesserte. Diese deutliche Steigerung der Erfolgsquote der Säulen auf über 99 Prozent äußerte sich in Kosteneinsparungen bei Material und Arbeitsstunden. Zudem besitzen die mit dem neuen Prozess erzeugten Chromatogramme einen wesentlich optimaler geformten Peak, der näher am Sollwert 1,0 liegt.

Ergebnisse

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse arbeitete Supelco die neuen Befüllungsbedingungen in seine Dokumentation ein. Die Säule wird nun bei 7.000 psi (gut 480 bar) befüllt und mit einem optimierten Messsystem getestet. Alle anderen Faktoren blieben nach dem Experiment unverändert. Die Erfolgsquoten für die Säulen haben den Sollwert von 95 Prozent überstiegen. „Ohne Minitab hätten wir wahrscheinlich nacheinander einzelne Faktoren geändert, und der gesamte Prozess hätte wesentlich länger gedauert“, merkt Rumbaugh an. Supelco erwartet, durch die Erhöhung des Durchsatzes bei der Säulenherstellung Umsatz und Gewinn steigern zu können. Derzeit analysiert das Unternehmen weitere Möglichkeiten für die Entwicklung und Einführung neuer Produkte sowie für die Verbesserung bereits vorhandener Produkte. Minitab bildet dabei einen Teil der Supelco-Strategie zur Entwicklung von Produktionsmethoden, die hohe Erfolgsquoten sicherstellen.

Supelco ist Teil der Sigma-Aldrich Corporation, zu der auch Sigma Chemical Co., Aldrich Chemical Co., die Fluka Chemie AG, Riedel-de Haen und Genosys gehören. Das Unternehmen besitzt Niederlassungen in 26 Ländern und arbeitet mit mehr als 50 Vertriebspartnern in aller Welt zusammen.

Originaltext: Minitab LLC., Minitab Case Studies: Discovering Peak Performance at Supelco with Minitab