analytica Use Case: Geräteintegration
Erleben Sie die Integration von Laborgeräten, Sensoren, Robotern und Analysesoftware an einem praxisnahen und konkreten Anwendungsszenario im Rahmen der Sonderschau „Digitale Transformation“ zur analytica 2024.
Die Realisierung smarter Laborprozesse
Mehr dazu erfahren Sie im nachfolgenden Interview mit anschließender Live Demo zur Realisierungeines halbautomatisierten Laborprozesses während der Sonderschau „Digitale Transformation“ zur analytica 2024.
Zur analytica 2024, der Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie, präsentierten wir gemeinsam mit sechs Partnern einen ganzheitlichen Laborprozess mit Anbindung und Automatisierung von Laborgeräten.
Beginnend mit der Probenahme des Biers bis hin zu den finalen Analyseergebnissen wurde der gesamte Ablauf von unserem LIMS und Lab Execution System SAMPLES orchestriert und verwaltet. Die konkret erfolgte Umsetzung haben wir für Sie nachfolgend detailliert zusammengefasst.
- Sensorik: pH-Messung und Umgebungssensoren von Essentim
- Aktorik: Magnetrührer von 2Mag, Pipette von integra
- Analytic: Thermale Desorption, Autosampler und Gaschromatographie von Gerstel
- Probentransport: Cobot Kevin von UnitedRobotics
- Ausstattung: iHex Labormöbel von SmartLab Solutions
Die Umsetzung des Laborprozesses
1. Raumtemperatur überwachen
Integration: Zur Überwachung der wichtigen Einflussgröße Temperatur wird diese über den gesamten Workflow hinweg erhoben. Die Sensoren verfügten bereits über LADS-Adapter und konnten somit einfach in die Geräteliste integriert werden. Die Analyse der Daten erfolgte standardmäßig über eine externe Analyse-Software, die daher in SAMPLES mit integriert wurde.
Ergebnis: Zur Temperaturüberwachung kann der Anwender zu Beginn der Untersuchung den entsprechenden Sensor im SAMPLES auswählen und aktivieren. Im Hintergrund erfolgt nun eine kontinuierliche Erhebung der Temperaturdaten. Anschließend werden diese automatisch vom LES zur Analyse an die integrierte externe Software übergeben. Über starke Abweichungen wird der Anwender proaktiv benachrichtigt.
2. ph-Wert ermitteln
Integration: Die ph-Wert Sensoren verfügten ebenfalls bereits über LADS-Adapter und gewährleisteten damit eine einfache Integration in die Geräteliste. Anschließend wurde das Gerät über die Methode mittels des Arbeitsschritt-Parameter „Wert lesen“ verbunden.
Ergebnis: Der konkrete Sensor kann durch den Anwender im Prozessschritt ausgewählt werden bzw. wird automatisch eingestellt, falls nur ein Sensor verfügbar ist. Während der Zugabe von Pufferlösung wird der ph-Wert kontinuierlich überwacht. Der letztlich finale Wert kann schließlich aktiv per Klick in das LIMS und Lab Execution System SAMPLES übernommen werden.
3. Pipettieren
Integration: Die Pipette verfügte bereits über einen SiLA-Adapter und konnte so problemlos integriert werden. Der Probenmenge-Parameter wurde mittels „Ausführen“-Interaktion mit den Funktionen Aspirieren und Dispensieren des Geräts verbunden.
Ergebnis: Die Geräteauswahl erfolgt durch den Anwender. Die Übertragung der korrekten Probenmenge für die Aufnahme aus dem Beaker und die Abgabe in den Stirring Tube erfolgt automatisch. Die zu übertragende Probenmenge ist dafür in den Arbeitsanweisungen hinterlegt.
4. Rühren & Adsorbieren
Integration: Magnetrührer und Temperatur-Sonden verfügten über LADS-Adapter und waren somit einfach in die Geräteliste zu integrieren. Die Interaktion zwischen Arbeitsschritt-Parameter und Gerät erfolgte mittels der Interaktion „Wert schreiben“. Der Start bzw. Stopp des Rührvorgangs wurde mittels „Ausführen“-Interaktion umgesetzt.
Ergebnis: Drehgeschwindigkeit und Drehmoment werden entsprechend der Vorgabe automatisch am Gerät eingestellt, wobei der Start und Stopp durch den Anwender per direkten Aufruf in SAMPLES erfolgt. Die Temperatur wird während des Rührvorgangs mit dem ausgewählten Sensor automatisch erfasst und überwacht. Die Analyse dieser Temperaturdaten erfolgt anschließend automatisch mit einer integrierten externen Analyse-Software. Medienbrüche werden somit vermieden.
5. Thermale Desorption
Integration: Die Integration der Analyse-Plattform erfolgte über bereits vorhandene LADS-Adapter. Die Ausführung der einzelnen Prozesse des recht komplexen Vorgangs übernimmt hingegen ein gekapseltes Programm innerhalb der Plattform. SAMPLES startet lediglich das Programm per „Ausführen“-Interaktion, die Details der Ausführung bleiben im Gerät. Zur Analyse der Temperaturdaten wurde eine externe Analyse-Software integriert.
Ergebnis: Nachdem der Anwender den Adsorber mit der Schlinge in den TD-Tube eingefügt und die Position auf dem Arbeitstisch eingegeben hat, startet er das Programm direkt in SAMPLES. Die Ausführung selbst als auch kritische Parameter können kontinuierlich verfolgt und überwacht werden. Das Temperatur-Profil ist gemäß den Arbeitsanweisungen am Gerät voreingestellt und wird prozessbegleitend überwacht sowie mittels integrierter externer Software automatisch analysiert.
6. Gas Chromatographie
Integration: Auch der Gas-Chromatograph wird über dessen gekapseltes Programm angesprochen. Zudem wurde der Datenaustausch zwischen der verwendeten externen Analyse-Software und dem LES realisiert, um die Analyse-Ergebnisse letztlich wieder ins LES zu überführen.
Ergebnis: Am Ende des vorher erfolgten Prozessschrittes (5) startet das LES das Programm, wodurch der Adsorber die herausgelösten Stoffe automatisch an den Gas-Chromatographen weitergibt. Die von diesem ermittelten Rohdaten werden manuell in eine externe Analyse-Software übertragen. Sobald die Ergebnisse vorliegen, werden diese per Datenaustausch automatisch ans LES übergeben und ins Protokoll übernommen.
7. Status-Anzeige am iHEX
Integration: Die in den sechseckigen modularen Labormöbeln iHEX integrierten LEDs verfügten bereits über LADS-Adapter und konnten so einfach integriert werden.
Ergebnis: Um den Anwender während des gesamten Workflows auch visuell über den aktuellen Status zu informieren, geben die Status-LEDs der iHEX-Module über den Farbwechsel an, in welchem Arbeitsschritt bzw. an welchem iHEX-Modul man sich soeben befindet. Dies steuert SAMPLES im Hintergrund automatisch je nach Status und Fortschritt im Untersuchungsablauf.
8. Steuerung des Cobots Kevin
Integration: Der Cobot Kevin verfügte bereits über einen LADS-Adapter und ließ sich somit über eine eigene Middleware einbinden und steuern. Der komplexe Ablauf wurde als separater Workflow entwickelt.
Ergebnis: Die Aufgabe von Cobot Kevin besteht in der Unterstützung der Labormitarbeitenden durch Tätigkeiten, die bspw. parallel zu anderen Aufgaben erledigt werden können bzw. besondere Fertigkeiten erfordern. Dazu kann Kevin direkt per Aufruf mit SAMPLES gestartet werden. Im hier beschriebenen Use Case oblag dem Cobot Kevin die Abholung, Aufnahme und der Transport des untersuchten Probenträgers zur Reinigung. Auch das bedarfsabhängige Aufladen seiner Batterien an der Ladestation erfolgte automatisch.
Das Fazit: Deutliche Effizienzsteigerung
Die Unterstützung der Anwender durch diesen halbautomatisierten Laborprozess hat signifikante Vorteile gebracht. Ein entscheidender Aspekt ist das Plug’n Play Feeling, welches durch das reibungslose Zusammenspiel zwischen den Geräten und dem LIMS ermöglicht wird. Dieses Zusammenspiel mit SAMPLES sorgt für eine nahtlose Integration und vereinfacht die Gerätesteuerung erheblich.
Die Steuerung der Geräte aus der LES-Funktionalität von SAMPLES heraus erfolgt durch vorkonfigurierte Interaktionen, was den Anwendern die Bedienung erleichtert und die Effizienz erhöht. Geräte können einfach ausgewählt oder Aktionen automatisiert gestartet werden, wodurch der gesamte Prozess beschleunigt und vereinfacht wird.
Darüber hinaus werden durch das LES die Abfolge der Arbeitsschritte und die damit verbundenen Datenflüsse zwischen den verschiedenen Geräten und Applikationen automatisiert und vereinfacht. Dies führt zu einer beschleunigten Ausführungszeit und einer signifikanten Reduzierung von Fehlerquellen.
Zudem wird mit dem hier gezeigten Use Case durch Einhaltung des ALCOA-Prinzips die hohe Qualität der Daten sichergestellt: Die Daten sind jederzeit nachvollziehbar, lesbar, zeitnah, original und genau.
Insgesamt trägt die Geräteintegration maßgeblich zur Steigerung der Effizienz und Verbesserung der Qualität im Labor bei, indem sie die Anwender unterstützt und die Arbeitsabläufe optimiert.