Labore in Kliniken, Industrie und Forschung sehen sich zunehmend konfrontiert, die Effizienz, Reproduzierbarkeit und Datenauswertung durch automatisierte Prozesse zu steigern. Doch existierende Cloud- und Softwareangebote entpuppen sich häufig als komplex. Ein neues Tool soll die Laborautomatisierung nun einfacher und flexibler gestalten.
Zahlreiche Prozesse werden in vielen Laboren nach wie vor von Hand und unter dauerhafter Aufsicht des Personals durchgeführt. Dies ist nicht nur zeitaufwändig, sondern bindet Laboranten auch an Tätigkeiten, die leicht automatisiert werden könnten. «Die Idee vom Labor 4.0 verspricht die Automatisierung manueller und sich wiederholender Aufgaben, sodass sich die Produktivität steigern, die Bearbeitungszeit verkürzen, die Sicherheit des Personals verbessern und Fehlerraten minimieren lassen», weiss Mesut Yilmaz, Business Development Manager bei der Heidolph Instruments GmbH & Co. KG.
Digitalisierung und Berührungsängste
Allerdings schrecken viele Labore trotz moderner Geräteausstattung nach wie vor davor zurück, ihre Abläufe zu automatisieren: «Auf dem Markt gibt es einerseits Prozessleitsysteme, die eher statisch sind, also weniger Flexibilität erlauben und die von geschulten Prozessingenieuren bedient werden müssen. Diese Systeme sind für Produktionsumgebungen gedacht und werden oft über Jahre nicht verändert», erklärt Dr. Jan Saam, CTO bei der Ospin GmbH. Daher lohnen sich solche Varianten eher bei grossen Anlagen, da sich der Umstieg und die Investition erst über die Zeit amortisiert. «Andererseits sind viele Digitalisierungslösungen für das Labor darauf ausgelegt, dass die komplette Organisation auf einmal auf das gleiche Werkzeug umgestellt wird, was natürlich eine immense Hürde darstellt und auch den individuellen Bedürfnissen der verschiedenen Labore nicht gerecht wird», so Saam weiter. Hinzu kommt, dass der Markt neben lokalen Server-Lösungen nur wenige Cloud-Varianten bietet, die sich im Anwendungsbereich und der Ausrichtung deutlich unterscheiden und die Flexibilität im Laboralltag mit limitierten Nutzerlizenzen zusätzlich erschweren.
Damit der Umstieg zum Labor 4.0 flexibel und laborspezifisch erfolgen kann, hat Heidolph gemeinsam mit Ospin das Laborautomatisierungstool «Hei-Process» entwickelt. Anstatt die Automatisierung aber auf die gesamte Laborumgebung anwenden zu müssen, ist die intuitive Plattform skalierbar und erlaubt die Umstellung beginnend bei den einzelnen Prozessanforderungen. Dadurch lassen sich Prozesse ohne lange Einarbeitungszeit, Spezialkenntnisse und unverhältnismässig hohe Investitionen direkt automatisieren – mit einem Budget, das innerhalb der Entscheidungsräume der Laborleiter liegt. Die Hei-Process-Lösungen können jederzeit erweitert und untereinander vernetzt werden, sodass die Steuerung und Dokumentation sämtlicher Prozessschritte im Bereich Forschung, Entwicklung und Produktion von ausgewählten Geräten dezentral und ortsungebunden möglich wird.
Zugriff auf Geräte über Bedienoberfläche
Mithilfe von Hei-Process können in der Basis-Variante Routineaufgaben von bis zu sechs Heidolph- oder Fremdgeräten automatisiert werden. Dazu wird das gewünschte Equipment einfach über die serielle Schnittstelle mit dem Ospin-Gateway verbunden. «Die kleine Box fungiert als Schaltzentrale und ermöglicht die Kommunikation zwischen den einzelnen Gerätekomponenten wie z. B. Pumpen, Rührwerke oder pH-Sensoren und stellt die Verbindung zur Webanwendung her, in der die gewünschten Parameter und Ablaufschritte ausgewählt werden», erklärt Saam. «Im Vergleich zu anderen Lösungen muss dabei nicht erst eine spezielle Software auf einem bestimmten Computer installiert und konfiguriert werden – einfach Gateway einstecken, in der Web-Applikation einloggen und loslegen.» Hei-Process ist so konzipiert, dass über eine einzige Bedienoberfläche von jedem Browser aus auf die Geräte zugegriffen werden kann, die dafür unter anderem mit Bild und Statusanzeige gespiegelt sind. Ein Farbcode zeigt auf einen Blick an, welche Geräte aktuell laufen, welche Prozesse abgeschlossen sind und was in Vorbereitung ist.
«Es gibt natürlich ein ausgeklügeltes Rechtesystem mit dem präzise gesteuert werden kann, wer auf welche Geräte und Daten Zugriff hat. Zwar findet das Erstellen und Verwalten der Prozessabläufe sowie das Monitoring der Daten in der Cloudanwendung statt, die Prozesskontrolle erfolgt jedoch lokal auf dem Gateway», erklärt Saam. «Die einzelnen Prozesse werden direkt auf dem Gateway ausgeführt und sämtliche aufgezeichneten Sensorwerte und Prozessdaten zwischengespeichert, sodass z. B. ein Abbruch der Internetverbindung oder eine Störung in der Kommunikation zur Cloud den Prozessablauf nicht beeinträchtigen. Die gepufferten Daten werden zudem automatisch mit der Cloud-Applikation synchronisiert, sobald die Verbindung wieder besteht», ergänzt Yilmaz.
Damit Laborprozesse möglichst effizient und selbsttätig ablaufen und den Mitarbeitern Zeit für eigentliche Forschungsaufgaben lässt, steht bei der Bedienung via Browser (Ospin Web-App) die rezeptbasierte Prozesssteuerung im Fokus. «Ähnlich wie beim Kochen ist das Rezept eine Folge von Handlungsanweisungen deren Ausführung zum gewünschten Produkt führt. Mit diesem Ansatz lassen sich Analyse- und Produktionsprozesse in industriellen und akademischen Laboren spielend leicht automatisieren», fährt Yilmaz fort. Dementsprechend erlaubt Hei-Process den Anwendern, Prozessabläufe vorab zu definieren, verändern und für eine Reproduktion zu hinterlegen. Dadurch braucht das Personal nicht bei jedem Zwischenschritt anwesend zu sein und muss Prozessübergänge auch nicht manuell einleiten. Je nach gewählter Tool-Variante können zudem in jeder Phase Sollwerte der verschiedenen Geräteparameter definiert werden. Auch lassen sich Phasenübergange zeitbasiert oder manuell auslösen und repetitive Schritte gruppieren.
Automatische Datenerfassung, leichte Prozessreproduzierbarkeit
Eine Besonderheit des Tools ist die hohe Flexibilität, denn anders als bei vergleichbaren Lösungen gibt es keine Einschränkungen bei der Anzahl lizenzierter Benutzer. «Um mit Hei-Process zu starten, ist in der Einstiegsvariante eine einmalige Lizenzgebühr zu zahlen. Danach kann eine unbegrenzte Anzahl an Usern definiert werden», so Yilmaz. Die integrierte Geräte- und Benutzerrechtverwaltung via Web-App sorgt dabei für eine hohe Transparenz und erleichtert die Organisation insbesondere im Fall von Arbeitsgruppen und Prozessen im regulierten Umfeld. Dabei erfasst und dokumentiert das Tool automatisch sämtliche Daten der einzelnen Prozessabläufe für vollständige Reproduzierbarkeit. Dadurch können Abweichungen von der Vorgabe nachvollzogen und die Dokumentationspflicht ohne viel Aufwand eingehalten werden, selbst wenn unterschiedliche Anwender auf den Geräten arbeiten. Zum einen lässt sich anhand der User-ID genau nachverfolgen, wer welche Prozesse gefahren hat. Zum anderen sind die dokumentierten Daten nach Prozessende nicht manipulierbar. Die Suche nach Fehlern gestaltet sich somit einfach und deren Auftreten wird minimiert. Gleichzeitig bleibt das Tool stets auf dem neuesten Stand, indem Updates automatisch beim Start der Anwendung durchgeführt werden, sodass Nutzer regelmässig von den zusätzlichen Funktionen und Sicherheitsupdates profitieren. «Hei-Process ist die ideale Einstiegslösung, wenn man mit kleineren Prozessautomatisierungen starten und dann ohne komplizierte Vernetzungsschritte und steigende Kosten schrittweise den Weg zum Lab 4.0 gehen möchte», resümiert Yilmaz.
www.heidolph-instruments.com
