Labor 4.0

Die Vorteile des digitalen Labors im modernen Qualitätsmanagement

Der Anspruch an eine lückenlose Dokumentation von Prozessen und zugehörigen Daten im Labor nimmt zu. Das gilt besonders für die begleitende Qualitätskontrolle. Die digitale Transformation kann hier Unterstützung leisten. 

Labor 4.0: Zeitgemäße Fern­überwachung von Geräteparametern. © eppendorf AG

Der Anspruch an eine lückenlose Dokumentation von Prozessen und zugehörigen Daten nimmt im Labor stetig zu. Dies gilt nicht nur für die Dokumentation der Versuchsergebnisse und -protokolle, sondern auch – oder ganz besonders – für die begleitende Qualitätskontrolle. Zur reinen Ablage bzw. Organisation der Informationen sind entsprechende digitale Applikationen bereits erhältlich, die aber i. d. R. nicht das manuelle Erheben der Daten ersetzen. Hier können Systeme zur Vernetzung von Laborgeräten eine hilfreiche Unterstützung darstellen. Durch den zentralen Zugriff auf Daten und die automatische Erhebung und Speicherung benötigter Daten, lassen sich Zeit und somit letztendlich auch Kosten sparen. Gleichzeitig wird eine nahezu lückenlose Dokumentation gewährleistet.

Der zunehmende Zeit- und Kostendruck, gepaart mit gestiegenen Anforderungen an die Dokumentation, erfordern immer häufiger das Etablieren moderner, digitaler Tools für das Labormanagement sowie für die Qualitätskontrolle im Labor. Darüber hinaus gibt es – unabhängig vom Labortyp und den etablierten Anwendungen bzw. Methoden – den Anspruch zur Prozessoptimierung, um eine Effizienzsteigerung bei gleichzeitiger Kostenreduktion zu erzielen und dadurch u. a. auch wettbewerbsfähig zu bleiben. Ganzheitlich betrachtet heißt das, Abläufe im Labor sollten optimiert und effizient gestaltet werden. Die Dokumentation über Proben, Ergebnisse und Gerätedaten sollte möglichst lückenlos und digital erfolgen. Doch wie erreicht man das?

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Helfer oder Zeitfresser? Wie viel Digitalisierung braucht das Labor? 

Um die Themengebiete „Digitale Transformation“ und „Vernetzung“ kommt man in keiner Branche mehr herum. Egal ob in der Welt der Konsumenten, in verschiedenen Industriesegmenten oder im Laborumfeld. Dabei ist es nicht leicht herauszufinden, welche Tools bei der täglichen Arbeit unterstützen können und welche Tools unnötige oder im schlimmsten Fall sogar zusätzliche Zeitfresser sind. Wichtig ist es daher, sich im Vorfeld Gedanken zu machen, wie und wo digitale Tools unterstützen können, wie diese aussehen müssten und wie sie sich bestmöglich in den Laboralltag integrieren lassen. An die Qualitätskontrolle werden dabei häufig ganz besondere Ansprüche gestellt. Die Dokumentation muss den gültigen Normen entsprechen und sollte sicher sein. Freigabeprozesse und Änderungsnachverfolgung der Dokumente sind an eine lückenlose Dokumentation sowie entsprechende Zugriffsrechte gekoppelt.

Doch wie sieht unser Laboralltag heutzutage aus? Ungeordnete Daten und Informationen, häufig noch auf Papier, dominieren die Dokumentation im Labor. Eine zeitgemäße Geräte- und Dokumentverwaltung sieht anders aus. Zwar gibt es digitale Tools wie ELNs (Electronic Lab Notebooks) oder Qualitätsmanagementsysteme, aber diese finden häufig noch keine Anwendung; sei es, weil die Hürden zur Etablierung zu hoch sind oder weil diese Applikationen nicht dem Bedarf entsprechen. Hürden sind hierbei nicht etwa Ängste vor der Anwendung, sondern eher der Aufwand für die initiale Umstellung von Papier auf digitale Tools, Bedenken bezüglich Datensicherheit, die Kompatibilität mit bereits bestehenden Systemen oder schlicht die bestehende Infrastruktur. Es sind viele Beteiligte zu überzeugen, dass sich die Investition und der Aufwand lohnen, bevor die Entscheidung getroffen werden kann. Auf dem Weg dorthin geht leider vielen Projekten die Luft aus.

Immer bedeutender, aber bislang eher zweitrangig betrachtet, wird die Dokumentation und Archivierung von Gerätedaten. Es ist nicht nur wichtig zu dokumentieren, ob ein Gerät regelmäßig gewartet worden ist, auch die lückenlose Dokumentation der Geräteperformance gehört heutzutage zu den Anforderungen an die Qualitätskontrolle im Routinelabor. Was Produktionsanlagen bereits seit langem dokumentieren wird nun auch immer häufiger von Laborprozessen erwartet. Da die Proben mitunter sehr wertvoll sind oder sensitiv auf veränderte Bedingungen reagieren, ist eine Fernüberwachung der Geräte ebenso erforderlich wie die sofortige Verständigung im Falle einer Abweichung. Dies kann, berücksichtigt man IoT (Internet of Things)-Ansätze, vom Gerät selbst vorgenommen werden. Das spart aufwändige, regelmäßige Kontrollen am Gerät vor Ort und somit auch Zeit und Geld.

Was bedeutet Digitalisierung für das Qualitätsmanagement im Labor? 

Digitale Qualitätsmanagementsysteme sind heutzutage schon weit verbreitet. Doch wie gelangen prozessbezogene Daten in diese Systeme? Die Dokumentation von Prozessen und Parametern kann schnell viel Zeit in Anspruch nehmen, vor allem wenn ein Status oder gewisse Parameter abgelesen, eingetragen und dokumentiert werden müssen. Das kann bedeuten, dass z. B. Gerätedaten direkt vor Ort, am Gerät selbst abgelesen und dokumentiert werden müssen. Wenn alle Geräte gut erreichbar und nicht zu weit voneinander entfernt stehen, mag das kein Problem darstellen. Doch was, wenn Geräte nicht räumlich nah beieinander stehen oder nur schwer zugänglich sind? Geräte, die in einem Reinraum stehen, zum Beispiel. Zwecks Dokumentation wäre dann ein Ein- und Ausschleusen notwendig. Allein dieser Prozess nimmt eine gewisse Zeit in Anspruch.

Häufig werden Geräte in Forschungsinstituten von mehreren Abteilungen geteilt, und unterschiedlichste Personen haben die Verantwortung. Wären solche Geräte über ein Netzwerk an eine Server- oder Cloud-basierte Anwendung angeschlossen, könnten die Gerätedaten „remote“ abgelesen und dokumentiert werden. Im besten Fall zeichnen die Geräte selbst, bzw. zugehörige Software-Applikationen, die Geräteperformance lückenlos auf und dokumentieren diese automatisch. So ist zum Beispiel nachzuvollziehen, wann ein Freezer geöffnet wurde, wie lang dieser offen stand und wie sich die Temperatur in dieser Zeit verändert hat. Ein entsprechendes Protokoll wäre auf Knopfdruck, zu jeder Zeit und von jedem vernetzten Gerät erhältlich. Das spart nicht nur Zeit bei der Erhebung benötigter Daten zwecks QC-Reporting, sondern liefert auch eine lückenlose Dokumentation der gewünschten Parameter.

Solche Systeme können darüber hinaus wichtige Information wie eine Auslastungsanalyse oder fällige Wartungsintervalle liefern. Auch generieren solche Tools i. d. R. Benachrichtigungen, die an bestimmte Anwender (-gruppen) verschickt werden können und so proaktiv über Abweichungen oder Fehler informieren. Wird z. B. vergessen beim Freezer die Tür wieder zu schließen, wird nicht nur der Alarm am Gerät selbst ausgelöst, welcher unter Umständen nicht gehört wird, da das Gerät in einem separaten Raum steht, sondern auch eine Benachrichtigung auf einen PC, Tablet oder Smartphone gesendet. Dies ermöglicht schnelles Reagieren und Beseitigen des Problems.

Betrachtet man darüber hinaus im Zuge des Qualitätsmanagements auch das Thema Prozessoptimierung, ergeben sich weitere Ansatzpunkte die es zu berücksichtigen gilt:

  • Optimierung der Abläufe — Analyse der Routineprozesse: Wo lassen sich Wege einsparen? Wie lassen sich Abläufe vereinfachen und vereinheitlichen? (Oft ist schon mit einer grundlegenden Aufräumaktion im Labor viel gewonnen.)

  • Qualifizierung der Mitarbeiter — Analyse des vorhandenen Potenzials: Passt der Ausbildungsstand der Mitarbeiter noch zu den Anforderungen an den Laboralltag? Muss der Umgang mit neuen Geräten und Methoden geschult werden? Generell sollte ein Umdenken gefördert werden, um nicht in alten Prozessen zu verharren.

  • Technische Ausstattung — Analyse des Laborequipments: Habe ich die passende Ausstattung für meine Anforderungen? Gibt es technische Neuerungen, die mir helfen können, meine Prozesse zu optimieren? Wer qualitativ hochwertige Ergebnisse erwartet, sollte auch mit modernem, qualitativ hochwertigem Equipment arbeiten.
Das digitale und vernetzte Labor wird Realität. © Eppendorf AG

Dabei muss und sollten die Themen „Digitale Transformation im Labor“ und „Prozessoptimierung“ nicht einmalig angegangen und auch nicht sofort in Gänze realisiert werden. Wichtig sind eher kleine, aber dafür stetige Schritte in der Prozessoptimierung und der Umstellung auf digitale Tools. Im gleichen Maße, wie sich die Anforderungen z. B. durch neue Methoden ändern, sollten auch die Prozesse und deren Dokumentation hinterfragt und angepasst werden.

Die oben beschriebenen Ansatzpunkte verdeutlichen aber auch noch einen anderen Aspekt. Eine Kostenreduktion ist bei den beschriebenen Maßnahmen nicht unbedingt sofort sichtbar. Mit den ersten Schritten kann eine gewisse Vorinvestition notwendig werden, z. B. für die technische Aufrüstung der Laborausstattung, für neue Tools oder für diverse Weiterbildungsmaßnahmen der Mitarbeiter. Dies ist bei dem ganzen Themenkomplex nicht zu vergessen und ganz essentiell für den Erfolg der eingeleiteten Maßnahmen.

Wo steht die Branche der Laborgerätehersteller? 

Damit auch der Laboralltag mit Themen wie Digitalisierung, Vernetzung und IoT Schritt halten kann, gibt es seit einigen Jahren Initiativen, die diese Themen vorantreiben. Labor 4.0 und Lean Lab-Ansätze sind hier als Beispiele zu nennen. Dabei stellt die Vision des vernetzten Labors, mit zentraler Datenerfassung und gleichzeitigem, globalen und sicheren Zugriff auf diese Daten, die Hersteller von Laborgeräten vor ganz neue Fragestellungen und Aufgaben, wenn es darum geht neue Produkte zu entwickeln. Neben dem Thema der Gerätevernetzung stellen auch eine einfache und sichere Datenarchivierung und Datenverwaltung gewisse Herausforderungen an die Entwicklung.

Aus diesem Grund haben viele Hersteller bereits vor einigen Jahren damit begonnen, gemeinsam mit Kunden aus verschiedenen Branchen diese Anforderungen zu definieren und im Entwicklungsprozess zu berücksichtigen. Und da diese Herausforderungen die gesamte Branche betreffen, arbeiten verschiedene Partner in unterschiedlichen Initiativen (z. B. smartLab [1] und SiLA Standardisierungsprojekt [2] [3]) gemeinsam mit Verbänden an diesem Thema.

Im Mai 2017 wurde auf der Labvolution in Hannover im Rahmen der Sonderschaufläche smartLAB das Labor der Zukunft vorgestellt. Insgesamt 14 Partner (u. a. das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, das Institut für Technische Chemie der Leibniz Universität Hannover und Firmen wie Eppendorf, PreSens Precision Sensing, Sartorius, Köttermann oder Zühlke Engineering) haben bereits zum zweiten Mal gezeigt, wie der Laboralltag in Zukunft aussehen kann. Neben smarten Oberflächen und Labormöbeln spielt das Thema Gerätevernetzung und zentrale Datenarchivierung eine wesentliche Rolle. Das smartLab vereint Anwendungen, die bereits marktreif sind, mit langfristigen Visionen.

Doch trotz dieser Partnerschaften und Initiativen ist es der Branche bislang nicht gelungen, sich auf einheitliche Protokolle oder Schnittstellen zu einigen. Das macht eine echte, plattformunabhängige Vernetzung im Labor derzeit schwierig. Gleichzeitig zeigen diese Projekte aber auch, dass der Bedarf erkannt worden ist und es nur eine Frage der Zeit zu sein scheint, bis eine gewisse Standardisierung erfolgen wird.

Fazit 

Der Anspruch an eine lückenlose Dokumentation von Prozessen und zugehörigen Daten nimmt im Labor stetig zu. Dies gilt nicht nur für die Dokumentation der Versuchsergebnisse und -protokolle, sondern auch – oder ganz besonders – für die begleitende Qualitätskontrolle. Zur reinen Ablage bzw. Organisation der Informationen sind entsprechende digitale Applikationen bereits erhältlich, die aber i. d. R. nicht das manuelle Erheben der Daten ersetzen. Hier können Systeme zur Vernetzung von Laborgeräten eine hilfreiche Unterstützung darstellen. Durch den zentralen Zugriff auf Daten und die automatische Erhebung und Speicherung benötigter Daten lassen sich Zeit und somit letztendlich auch Kosten sparen. Gleichzeitig wird eine nahezu lückenlose Dokumentation gewährleistet.

Referenzen

AUTORINNEN 

Dr. Tanja Musiol
Dr. Hanae Henke
Eppendorf AG

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