Intelligente Prüflabore: Der Einsatz von KI in der Praxis

Blog

Das Labor richtig vernetzen - wir zeigen wie es geht

So vernetzen Sie Ihr Labor richtig

LIMS, CAQ und Datenmanagement - Titelbild

Um ein Prüflabor zu digitalisieren, müssen verschiedenste Instrumente und Datenprotokolle in ein einheitliches IT-System integriert werden. Dieser Leitfaden zeigt praktische Wege für ein effizientes Datenmanagement in Laboren auf, wobei der Schwerpunkt auf der Einführung von B2B-SaaS-Lösungen und IoT-Technologien liegt. Ziel des Leitfadens ist es, den Prozess der digitalen Transformation zu vereinfachen und sicherzustellen, dass Labore Ihre eigenen Daten für Innovation und Qualitätskontrolle nutzen und gleichzeitig die Herausforderungen der Integration meistern können.

In der verarbeitenden Industrie, wo Präzision und Effizienz von entscheidender Bedeutung sind, spielt die datengestützte Entscheidungsfindung eine zunehmende Rolle. Sie verbessert die Effizienz in Entwicklung und Produktion und bietet so einen Wettbewerbsvorteil in wie der Polymerverarbeitung, dem Maschinenbau oder der Farben- und Lackindustrie. Die Einführung von B2B-SaaS-Lösungen und IoT-Technologien verändert die Datenverwaltungspraktiken.

Dies gilt auch für die Materialentwicklung und die Qualitätskontrolle in Materialprüflabors, wo Daten als Grundlage für Innovation und Entdeckung dienen. Die Labors und ihre IT-Abteilungen müssen jedoch große Anstrengungen unternehmen, um ihre Instrumente und Datenprotokolle in eine einheitliche IT-Infrastruktur zu integrieren, die Prozesse rationalisieren und datengestützte Erkenntnisse liefern kann. In diesem Leitfaden zeigen wir, wie Laborgeräte miteinander verbunden werden können, um ein effizientes Datenmanagement im Materialprüflabor zu ermöglichen.

Software zur Digitalisierung des Prüflabors

Es gibt eine Reihe von Software-Tools, die Sie bei der Digitalisierung Ihres Labors unterstützen können. Die Auswahl hängt von den Aufgaben und Anforderungen ab, die Sie lösen möchten.
Das am weitesten verbreitete Werkzeug im Labor ist das Laboratory Information Management System, oder LIMS. Es rationalisiert den Laborbetrieb, bringt aber neben seinen Vorteilen auch Herausforderungen mit sich. Es verbessert die Probenverwaltung, automatisiert Arbeitsabläufe und zentralisiert die Datenverwaltung, was die Einhaltung von Vorschriften und die Qualitätskontrolle erleichtert. Die Einführung, Wartung und Umsetzung von Prozessänderungen erfordert jedoch beträchtliche IT-Ressourcen. Die Ersteinrichtung, insbesondere die Integration von Laborgeräten, kann ressourcenintensiv sein und erfordert spezielle Anwenderschulungen, was die Abhängigkeit von der IT-Unterstützung erhöht. Darüber hinaus sind viele LIMS-Systeme nicht sehr benutzerfreundlich, was die Akzeptanz im Labor erschwert.

 

Prüflabore verwenden häufig auch computergestützte computergestützte Qualitätssicherungsprogramme ), die auf die Digitalisierung des Qualitätsmanagements fokussiert sind. Ein CAQ automatisiert die Qualitätskontrollprozesse, verbessert die Produktqualität und die Prozesseffizienz und gewährleistet gleichzeitig die Einhaltung von Industriestandards. Diese Automatisierung erleichtert die Integration von Qualitätsdaten mit anderen Produktionssystemen und ermöglicht so eine fundierte Entscheidungsfindung und eine frühzeitige Fehlererkennung, was wiederum zu einer Reduzierung von Ausschuss und Kosten führt. Die Einführung eines CAQ-Systems ist jedoch mit erheblichen Vorlaufkosten verbunden, einschließlich der Ausgaben für Software, Hardware und Mitarbeiterschulung, und erfordert eine kontinuierliche Systempflege. Die Komplexität der Anpassung des Systems an die spezifischen Bedürfnisse des Unternehmens kann eine große Hürde darstellen und erfordert spezielle Fachkenntnisse. Auch der Widerstand von Mitarbeitern, die an traditionelle Qualitätsmanagementmethoden gewöhnt sind, kann die Einführung weiter verzögern. Unternehmen müssen diese Vor- und Nachteile gegeneinander abwägen, um zu entscheiden, ob CAQ die richtige Wahl für ihre Anforderungen ist.

 

CAQ-Systeme können also nicht ohne weiteres mit Laborgeräten kommunizieren, um Daten automatisch zu erfassen und manuelle Eingabefehler zu minimieren, während LIMS nicht sehr benutzerfreundlich sind und daher viel Geduld und die Hilfe von Spezialisten erfordern, um in Ihr Labor integriert zu werden.

 

Eine Datenmanagement-Lösung bietet hingegen einen strukturierten Ansatz für die Organisation, Speicherung und Analyse der Daten einer Organisation, was sowohl erhebliche Vorteile als auch bemerkenswerte Herausforderungen mit sich bringt. Die Zentralisierung von Daten in einem solchen System ist ein entscheidender Vorteil, da wichtige Informationen abteilungsübergreifend leicht zugänglich sind. Dazu gehören nicht nur Labordaten, sondern auch Produktionsparameter, Rezepturen oder eine Materialdatenbank für die verwendeten Rohstoffe.

 

Die Komplexität der Anpassung des Systems an die spezifischen Bedürfnisse des Unternehmens kann eine große Hürde darstellen und erfordert spezielle Fachkenntnisse. Auch der Widerstand von Mitarbeitern, die an traditionelle Qualitätsmanagementmethoden gewöhnt sind, kann die Einführung weiter verzögern.

Diese Zugänglichkeit verbessert die Zusammenarbeit und ermöglicht eine fundiertere Entscheidungsfindung. Ein weiterer Vorteil liegt in der Datenqualität: Integrierte Werkzeuge zur Datenbereinigung und -validierung gewährleisten die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Daten, die für Geschäftsanalysen und strategische Planung verwendet werden. Durch die Automatisierung von Routineaufgaben im Datenbereich wird nicht nur die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler verringert, sondern auch wertvolle Zeit freigesetzt, was zu einer Steigerung der betrieblichen Effizienz führt.

Wie bei anderen Tools muss ein solches System so konfiguriert werden, dass es den spezifischen Anforderungen des Labors entspricht. Darüber hinaus erfordert die erfolgreiche Einführung einer Datenmanagementlösung in der Regel eine umfassende Schulung des Personals, was die Produktivität vorübergehend beeinträchtigen kann. Tools wie LabV sind jedoch deutlich einfacher und schneller zu implementieren, sind skalierbar und bieten eine benutzerfreundliche, moderne Schnittstelle, die die Akzeptanz erhöht und den Übergang erleichtert. Obwohl dieses System einige Funktionen mit LIMS und CAQ teilt, sind diese Systeme eher auf die Datenerfassung ausgerichtet und benutzerfreundlich. Wie wir später noch diskutieren werden, kämpfendie meisten Werkzeuge mit den gleichen Problemen bei der Geräteintegration, aber LabV, verfügt beispielsweise über eine Technologie, die alle Geräte im Prüflabor miteinander verbinden kann und sich nahtlos in die bestehende Infrastruktur integrieren lässt. Und das, ohne ein großes IT-Projekt zu werden.

Datenmanagement-PlattformLIMSCAQ
QA/QC-Funktionen+++++
Prozesseffizienz+++++++
Geräteanbindung+++++
Skalierbarkeit+++++
Kosten+++++
Nutzerfreundlichkeit+++++
Integration mit der IT-Infrastruktur++++++

Tabelle: Vergleich von LIMS, CAQ und Datenmanagement-Plattformen

Das Materialprüflabor mit der digitalen Welt verbinden

Nachdem wir uns nun mit den Software-Optionen zur Automatisierung und Digitalisierung des Labors vertraut gemacht haben, wollen wir die Mechanismen hinter diesen Integrationen untersuchen.

Die drei gebräuchlichsten Methoden, um Ihre Geräte mit dem digitalen Labor zu verbinden, sind folgende:

  • Über Dateiexport - Exportieren der Daten in ein lesbares Dateiformat, z. B. .csv, .xml, Excel.
  • Über eine Datenbank - Speicherung der Daten in einer Datenbank, so dass sie von dort aus zugänglich sind.
  • Über Webschnittstellen - Speicherung der Daten auf einem Server oder in einer Cloud-Anwendung, um von dort über eine REST-API darauf zuzugreifen.
 
Welche Methode im Einzelnen verwendet wird, hängt vom jeweiligen Instrument und den Möglichkeiten ab, die es für die Datenverarbeitung bietet. Auch wenn Sie nicht immer die Wahl haben, welche Verbindungsmethode Sie verwenden möchten, hat jede Methode bestimmte Vor- und Nachteile, die Sie kennen sollten. In den meisten Fällen sind weniger manuelle Schritte erforderlich, wenn die Daten in einer Datenbank gespeichert oder über einen Server oder eine Cloud-Anwendung bereitgestellt werden, so dass ein nahtloser Datenaustausch möglich ist.

Nachdem wir uns nun mit den Software-Optionen zur Automatisierung und Digitalisierung des Labors vertraut gemacht haben, wollen wir die Mechanismen hinter diesen Integrationen untersuchen.

Die drei gebräuchlichsten Methoden, um Ihre Geräte mit dem digitalen Labor zu verbinden, sind folgende:

 

  • Über Dateiexport - Exportieren der Daten in ein lesbares Dateiformat, z. B. .csv, .xml, Excel.
  • Über eine Datenbank - Speicherung der Daten in einer Datenbank, so dass sie von dort aus zugänglich sind.
  • Über Webschnittstellen - Speicherung der Daten auf einem Server oder in einer Cloud-Anwendung, um von dort über eine REST-API darauf zuzugreifen.

Warum ist die Anbindung so kompliziert?

Es hört sich einfach an, aber die Anbindung verschiedener Software-Tools wie CAQ oder LIMS an die Prüfgeräte ist ein komplexes Zusammenspiel technischer und betriebswirtschaftlicher Herausforderungen. Warum ist das so ressourcenintensiv? Hier eine Aufschlüsselung der Gründe:

Heterogenität der Daten:
Verschiedene Systeme verwenden unterschiedliche Datenformate und -standards, was einen hohen Aufwand für Mapping und Konvertierung der Daten erfordert, um die Kompatibilität zu gewährleisten. Semantische Diskrepanzen in der Dateninterpretation zwischen den Systemen erfordern komplexe Abstimmungsprozesse.

Komplexität der Integration:
Die Notwendigkeit spezifischer organisatorischer Anpassungen erschwert die Integration und macht es schwierig, eine einheitliche Lösung zu implementieren. API-Einschränkungen und komplizierte Datenbankschemata stellen weitere technische Herausforderungen für den Integrationsprozess dar.

Technologische Entwicklung:
Software-Updates können Funktionen ändern oder überflüssig machen und APIs oder Datenbankschemata verändern, so dass ständige Anpassungen erforderlich sind, um die Integrationsfunktionalität aufrechtzuerhalten. Diese kontinuierliche Entwicklung macht es schwierig, Integrationen auf dem neuesten Stand zu halten.

Fehlende Interoperabilitätsstandards:
Das Fehlen allgemein akzeptierter Standards für den Datenaustausch erschwert eine nahtlose Integration und zwingt Entwickler, sich in einer komplexen Landschaft proprietärer Formate und Protokolle zurechtzufinden.

Vom LADS-Standard zu neuen Innovationen

Ein neuer Standard zeichnet sich ab: der Laboratory Analytical Data Standard (LADS). Er wurde entwickelt, um die Interoperabilität zwischen Labor- und Analysegeräten zu ermöglichen. Durch die Nutzung der offenen Kommunikationsplattform OPC UA, die von der OPC Foundation entwickelt wurde, soll LADS eine herstellerunabhängige, nahtlose Integration verschiedener Laborgeräte nach dem Plug-and-Play-Prinzip ermöglichen. Das klingt alles sehr gut und LADS könnte ein zukunftssicherer Standard sein, der die unterschiedlichen Arbeitsabläufe in den verschiedenen Kundenbranchen widerspiegelt. Allerdings wird es noch einige Zeit dauern, bis die Gerätehersteller den Standard übernommen haben und jedes Gerät im Labor damit ausgestattet ist.

LADS ist sicherlich ein Schritt in die richtige Richtung, aber es wird noch einige Zeit dauern. In der Zwischenzeit werden LIMS, CAQs und Datenmanagementlösungen weiterhin zu kämpfen haben. Eine Innovation ist jedoch der patentierte Mapper von LabV, ein computerimplementiertes Verfahren zur effizienten Geräteanbindung. Es funktioniert in drei Schritten:

1. Empfang von Laborgerätedaten, die von verschiedenen Laborgeräten in meist heterogenen Formaten geliefert werden
2. Umwandlung der empfangenen Daten in ein homogenes Zieldatenformat
3. Speicherung der homogenisierten Daten in einer zentralen Datenbank zur weiteren Verarbeitung.

Das Ergebnis ist, dass die Integration aller Laborgeräte weder besonders kostspielig ist noch große IT-Ressourcen erfordert. Alle Daten werden in einer Datenbank zusammengeführt, die problemlos mit anderen IT-Infrastrukturen wie ERP- oder MES-Systemen verbunden werden kann. Eine solche umfassende Datenmanagement-Plattform ermöglicht es den Labors, künstliche Intelligenz (KI) einzusetzen, um die Datenverarbeitung bei der täglichen Routineanalyse zu vereinfachen. Im Gegensatz zu anderen Lösungen können Wissenschaftler nun auf bisher unzugängliche Daten zugreifen, ohne diese manuell suchen zu müssen oder über das nötige Programmier-Know-how zu verfügen, um die Daten manuell zu durchsuchen.

Vereinfachung der Laborintegration

Die Digitalisierung eines Materialprüflabors ist aufgrund der unterschiedlichen Systeme und Datenformate ein komplexes Unterfangen. Herkömmliche Werkzeuge wie LIMS und CAQ bieten robuste Funktionen, sind aber mit Integrationsproblemen verbunden und erfordern erhebliche IT-Investitionen. LabV erweist sich als benutzerfreundliche Alternative, die eine einfache Integration in bestehende Laborprozesse und IT-Systeme ermöglicht, ohne umfangreiche Ressourcen zu binden. Seine automatische Mapping-Technologie erleichtert die Geräteanbindung und reduziert sowohl Kosten als auch Komplexität.


Während Standards wie LADS eine zukünftige Vereinfachung der Interoperabilität versprechen, bieten aktuelle Lösungen wie LabV praktische und unmittelbare Vorteile für Labore, die die Chancen der digitalen Transformation nutzen wollen. Dieser Wandel hin zu schlanken, datengesteuerten Prozessen ist für Labore unerlässlich, um in einer zunehmend digitalen Welt wettbewerbsfähig zu bleiben. Ob Sie in den Bereichen Polymere und Kunststoffe, Metalle und Metallprodukte, 3D-Druck/additive Fertigung, Maschinenbau, Schleifen oder Batterieherstellung tätig sind, LabV kann Ihnen helfen, Ihre Laboranalysen und Qualitätskontrollen zu optimieren und zu rationalisieren.

Zum Newsletter anmelden 

Bleiben Sie mit unserem Newsletter auf dem Laufenden!

Nehmen Sie Kontakt mit uns auf!

Schreiben Sie uns oder machen Sie einen Termin mit uns aus.

E-Mail

kontakt@labV.com