Gebäudeplanung, Vernetzung und Raum-Systemlösungen

Digitaler Wandel im Reinraum

Ein Spezialist von Siemens Smart Infrastructure beschreibt Möglichkeiten und Nutzen von Digitalisierung und Vernetzung in Gebäuden.

© Siemens

Die Digitalisierung von Reinräumen ist untrennbar mit zukunftsfähig vernetzten Gebäuden, so genannten Smart Buildings, verbunden: Durch eine intelligente, gewerkeübergreifende Gebäudeautomation sind sie beispielsweise in der Lage, betriebliche Abläufe zu harmonisieren und zu automatisieren, Informationen zentral zu speichern und von jedem Ort aus zugänglich zu machen sowie Energie einzusparen. Dabei steht der Reinraum besonders im Fokus: Er wird sowohl von einer großen Zahl an Systemen der Mess-, Steuer-, Regel- und Anlagentechnik als auch von hohem Energieverbrauch geprägt. Umso lohnenswerter ist die Beschäftigung mit dem digitalen Wandel im Reinraum.

Von der Konzeption und Planung bis zum Ende des Gebäudelebens: Geschwindigkeit und Flexibilität sind entscheidend, wenn es darum geht, Potenziale der Digitalisierung zu heben. Denn gerade bei Entwicklungs- und Produktionsprozessen pharmazeutischer Produkte, die in hohem Maße reguliert sind und wo Prozesse oft viel Zeit in Anspruch nehmen, sind Lösungen hilfreich, die auch im laufenden Betrieb schnell einsatzbereit sind und vorgefertigt in existierende Gebäude eingebracht werden können. Selbst unscheinbare Komponenten wie Digestorien lassen sich heute mit Plug-&-Play-Lösungen recht schnell und einfach über eine IP-basierte Schnittstelle nativ in die Gebäudeautomation eingliedern.

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Digitaler Zwilling hilft auch in puncto Sicherheit

Ob Einzelkomponenten wie Laborabzüge oder Reinräume oder ganze Gewerke – die Vernetzung ist auf den digitalen Zwilling angewiesen. Er stellt das digitale Gegenbild zu Objekten der materiellen Welt dar. Das Building Information Modelling (BIM) liefert bereits in der Planungsphase auch weitere wertvolle Informationen z. B. in Bezug auf Ressourcen und Sicherheit. So ermöglicht ein Planungszwilling bereits vor dem Bau, den späteren Energieverbrauch des Gebäudes zu simulieren oder sicherzustellen, dass Fluchtwege im Fall einer Evakuierung nicht überlastet sind. Ist die Anlage in den Regelbetrieb überführt, verbindet ein Betriebszwilling die statischen Daten mit dynamischen Daten – also etwa den Grundriss des Gebäudes mit Echtzeit-Sensordaten. So wird eine durchgängige Überwachung und Optimierung des Gebäudes im gesamten Lebenszyklus erreicht.

Vorausschauendes Gebäudekonzept für wandelbare Labore

Flexibles Digestorium mit nativer BACnet/IP-Anbindung an die Gebäudeautomation. © Siemens

Der Automatisierungsdruck erhöht die Notwendigkeit digitaler Sensorik, um den Überblick zu behalten. Da Forschungs- und Produktionszyklen immer kürzer werden, müssen die Gewerke in Forschung und Herstellung hochflexibel sein: Wandel über den gesamten Lebenszyklus hinweg bedingt regelmäßige Anpassungen an die Nutzer-anforderungen. Im Hinblick darauf nutzt Siemens bei der Planung einen segmentbasierten Ansatz: So wird ein Labor oder Reinraum bereits in der Planungsphase in mehrere Segmente aufgeteilt, um sicherzustellen, dass bei einer Nutzungsänderung im Betrieb z. B. aus einem Großraumlabor mehrere kleine Arbeitseinheiten geschaffen werden können. Segmentbasierte Automatisierung maximiert die Flexibilität der Gewerke. Sollte der Platz doch einmal knapp werden, können komplette Labore und Reinräume als fertige Containerlösung ergänzt werden – ausgestattet mit Systemen von der Energieverteilung bis zur Automation im Raum. Schon vor Baubeginn werden Fragen zur Vernetzung und Interaktion der Gewerke untereinander sowie zu möglichen Synergien einbezogen.

IoT im Labor

Nicht nur die Produktionsmittel, auch die Arbeitsweise ändert sich: Im Büro wie auch im Labor und Reinraum nehmen Kollaboration und geteilte Arbeitseinrichtungen einen steigenden Stellenwert ein. Hier spielt die Digitalisierung eine besondere Rolle. Persönliche Assistenten wie Comfy von Siemens liefern den Mitarbeitern Echtzeitdaten aus dem Gebäude. Die Cloud-basierte Applikation kommuniziert u. a. mit der Raumregelung „Desigo“ und ermöglicht jedem Mitarbeiter die intelligente Raumbuchung und die Einstellung persönlicher Raumparameter.

Um erfolgreiche Kollaboration zu ermöglichen, aber auch zur Unterstützung der Energieeffi-zienz sind Echtzeit-Sensordaten unabdingbar, beispielsweise von Präsenzmeldern. KNX-fähige Feldgeräte von Siemens helfen mit weiteren Sensoren etwa für Temperatur, Feuchte und CO2, das Labor oder den Reinraum genau zu regeln und gleichzeitig Energie zu sparen. Die Geräte können das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) recht unkompliziert ins Labor bringen, und zwar mit einer intelligenten Parametrierung der Raumregler. Und das Inbetriebnahme-Tool „ABT Go“ setzt Automationsstationen in kurzer Zeit über eine WLAN-Verbindung in Betrieb.

Zentrales Gebäudemanagement

Sämtliche Daten des Smart Buildings werden in einer Gebäudemanagementplattform gesammelt und visualisiert. Mit Desigo CC können Betreiber (validierte) Datenpunkte protokollieren. So ist auch das GxP-Monitoring möglich, so dass kritische und nicht-kritische Anlagenbereiche direkt auf der Managementplattform getrennt werden. Authentifizierung, Validierung und Versionierung sind hier Mittel für einen manipulationssicheren Anlagenbetrieb.

Die Integration der Überwachungsfunktion bietet auch im Betriebsalltag zahlreiche Vorteile: Offene Schnittstellen ermöglichen die Integration weiterer Systeme und den Fernzugriff auf sämtliche Gebäude von überall und zu jeder Zeit. Durch das cloudbasierte System „Navigator“ kann ein technisches Monitoring auf Basis der Gebäudedaten helfen, den Betrieb zu verbessern. Das unterstützt Betreiber bei der Überwachung von Systemen und Komponenten: Das System zeigt etwa Verschleißerscheinungen frühzeitig auf und hilft, die Performance im gesamten Lebenszyklus des Gebäudes zu erhöhen.

Safety und Security

Umfassende Sicherheitsfunktionen helfen, Menschen zu schützen sowie Gebäude und Inventar im Brandfall möglichst zu erhalten. Sollte etwa ein Brandherd in einem Labor oder Reinraum entstehen, wird dieser nach der Detektion durch Brandmelder nicht nur direkt an die Feuerwehr weitergeleitet. Die Sprachalarmierung fordert auch die Nutzer zum Verlassen des Gebäudes auf; die Raumautomation lässt die Jalousien hochfahren; Lösch- oder Sprinkleranlagen bringen die Brandentwicklung zum Stillstand. Kameras geben den Rettungskräften schon vor dem Betreten des Gebäudes Eindrücke über die Verhältnisse vor Ort. Der Betreiber hat von einem System aus einen schnellen Überblick und Zugriff auf alle Gewerke.

Auch der Cybersecurity muss Rechnung getragen werden: Damit das Smart Building nicht nur effizient, sondern auch sicher vernetzt ist, müssen Produkte und Lösungen Anforderungen an die Verschlüsselung und den Schutz gegen Manipulation oder Diebstahl erfüllen. Siemens ist Mitglied der Charter of Trust für Cybersecurity, die 2018 unter Mitwirkung des TÜV Süd gegründet wurde und wichtige Beiträge zum Schutz kritischer Systeme und sensibler Daten leistet.

Auf dem Weg zum Reinraum 4.0

Der Wandel, der das Pharma/Life-Science-Umfeld erfasst hat, wird von der Digitalisierung maßgeblich getrieben. Mit geeigneten Lösungen kann die Vernetzung sämtlicher Ebenen auch in Reinräumen zu einem wirkungsvollen Hebel werden, um die Produktivität zu erhöhen, die Energieeffizienz zu optimieren und die Sicherheit zu steigern.

Ganzheitliches Konzept für Labore und Reinräume

Die Modularität, Flexibilität und Vorfertigung der segmentorientierten Desigo-Raumautomation wird in den Deckensystemen und der medialen Versorgung fortgesetzt. Hier machen digital geplante Systemlösungen für Labore und Reinräume eine ganzheitliche Entwicklung und Planung von Laboren und Reinräumen möglich, die flexibel und individualisierbar bleiben. Folgendes Beispiel veranschaulicht solch eine Systemlösung, bei der die Medienversorgung eingebunden ist. Das Unternehmen H.Lüdi entwickelt Systemlösungen für moderne Labore. Jüngstes Beispiel: ein modulares Deckenkonzept, das die flexible Verteilung aller erforderlichen Medien, die durchgängige Beleuchtung sowie Luftauslässe umfasst und Gewerke übergreifend mit Siemens-Komponenten automatisiert wird. Das System für ein individuelles Projekt wird mit Software von Siemens komplett digital geplant und präzise vorgefertigt. Die Installation von mehreren 100 Quadratmetern Labordecke ist innerhalb weniger Tage möglich. Alle Medien können in der Decke vor- oder auch nachinstalliert und einzelne Abgänge im laufenden Betrieb, unter vollem Druck und ohne Unterbrechung hinzugefügt werden.

Fazit

Gebäudeautomation zur Überwachung von Systemen und Raumparametern, von Energieversorgung und -verbrauch und mit Sicherheitsfunktionen zum Schutz der Mitarbeiter u. v. m. bis hin zu Systemlösungen in einzelnen (Rein-)Räumen – der digitale Wandel hin zum „Reinraum 4.0“ eröffnet auch im Life-Science-Umfeld Betreibern neue Möglichkeiten.

© Siemens

AUTOR
Andreas Bühring
Vertical Sales Life Science / Pharma bei
Siemens Smart Infrastructure, Frankfurt a. M.
about.si.de@siemens.com
www.siemens.de/life-science

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