Wie wird das Labor zukunftsfähig?
Remote Management, digitale Sensorik und Echtzeitanalysen: Labore, Reinräume und Produktionsgebäude müssen smart werden, um die Qualität von Arbeit und Forschung zu erhöhen und die Chancen der Digitalisierung zu nutzen – Impulse für ein zukunftsorientiertes Laborumfeld.
Welche Trends bewegen die Life-Science-Branche momentan im Betriebsalltag? Steigende Kosten für elektrische Energie führen wie nie zuvor zu einem enormen Streben nach Effizienz. Hinzu kommen Unsicherheiten über die künftige Gasversorgung: In Forschung und Produktion gilt es, höchste Ausfallsicherheit zu schaffen, um Forschungsaktivitäten aufrecht zu erhalten und alle Lieferverträge fristgerecht zu erfüllen. Zudem sind nach wie vor die Folgen der Corona-Krise zu spüren: War es zu Beginn der Pandemie zwingend notwendig, einen Großteil der Belegschaft ins Homeoffice zu entlassen, wird das ortsunabhängige Arbeiten heute für immer mehr Mitarbeiter zur Selbstverständlichkeit, die auch langfristig erwartet und gefordert wird.
Vielschichtige Herausforderungen für Betreiber von Laboren und Reinräumen
Betreiber in der Life-Science-Industrie müssen all diesen Trends Rechnung tragen, um wettbewerbsfähig und zukunftssicher agieren zu können. Betreiber, die gezielt auf die Digitalisierung und Vernetzung der Gewerke setzen, profitieren von den Synergien, die digitale Lösungen für die Life-Science-Branche heute bieten, und erzielen damit Wettbewerbsvorteile.
Der Druck auf Unternehmen kommt von allen Seiten – von Kunden, vom Wettbewerb, aber auch aus der eigenen Organisation. Entsprechend komplex und vielschichtig sind die Herausforderungen für Betreiber von Laboren und Reinräumen. Mit einer fokussierten Unterteilung lassen sich sieben Kernbereiche identifizieren, die sie betrachten müssen:
- Der Energieverbrauch und die Betriebseffizienz müssen optimiert werden.
- Ausfallzeiten müssen prognostizierbar und die Verfügbarkeit erhöht werden.
- Qualität und Produktivität müssen verbessert werden.
- Remote-Management-Technologien müssen aufgebaut und etabliert werden.
- Digitale Sensorik muss Einzug in das Facility Management erhalten.
- Echtzeitanalysen und Datenvisualisierung müssen als Tool genutzt werden.
- Digitale Services und smarte Geschäftsmodelle müssen evaluiert und implementiert werden.
Digitalisierung bietet Chancen und Wettbewerbsvorteile
Ein Blick auf den Life-Science-Betrieb der Gegenwart verdeutlicht die Herausforderungen der Zukunft. Zahlreiche Projekte im Bestand oder für Neubauten werden heute noch mit vielen einzelnen Systemen geplant. Diese klassische Planung bietet nur wenig Flexibilität. Ziel muss stattdessen von vornherein sein, ganzheitlich zu agieren. Betreiber sollten ihre Infrastruktur innerhalb eines einzigen Systems planen, betreiben und optimieren. So erhalten sie Betriebsumgebungen, in deren Mittelpunkt smarte Gebäude stehen, die die Belegschaft in einer effizienten, flexiblen Arbeitsweise unterstützen. Die somit erreichte Flexibilität bietet zudem Investitionsschutz und kann die Wertschöpfung erhöhen.
Ein konkretes Beispiel für den Erfolg einer ganzheitlichen Betrachtungsweise findet sich in der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität: Sie führt dazu, dass immer mehr Mitarbeiter von ihrem Arbeitgeber die Möglichkeit erwarten, das eigene Fahrzeug am Arbeitsplatz zu laden. In kritischen Umgebungen reicht es dafür nicht, die entsprechenden Ladeinfrastrukturen zu schaffen, denn je nach Auslastung können Ladezyklen die Produktionsprozesse in Gefahr bringen. Mit intelligentem Energiemanagement stellen Betreiber hingegen sicher, dass E-Autos der Mitarbeiter erst geladen werden, wenn die energieintensiven pharmazeutischen Prozesse am Standort abgeschlossen sind.
Vernetzt werden Gewerke und Standorte intelligenter und effizienter
Für einen umfassenden 360-Grad-Rundumblick bieten smarte Geräte für die Automatisierung in der Life-Science-Industrie Möglichkeiten der Vernetzung, die heute sogar über gesamte Standorte hinausgehen. Ganzheitliche Lösungen schaffen einen technischen Rahmen, mit dem einzelne Liegenschaften in eine übergreifende Gebäudemanagementplattform integriert werden können. So wird eine nahtlose Verbindung mit Feldgeräten, HMIs (Human Machine Interface, Mensch-Maschine-Schnittstelle) und der Automationsebene möglich.
Die Vernetzung auf dieser Ebene bietet Betreibern Vorteile, die noch über das integrierte Management einzelner Gewerke und Standorte hinausgehen. Sie eröffnet Synergien hinsichtlich der Energieverteilung und des Energiemanagements, bietet die Vergleichbarkeit der Leistungsfähigkeit der Standorte untereinander und hilft so, den Betrieb und die Effizienz der gesamten Organisation zu messen und kontinuierlich zu verbessern.
Gebäudetechnik und Life-Science-Lösungen werden in Einklang gebracht
Wie die Stromversorgung, erhalten auch Gebäude intelligente Funktionen. Eine intelligente Gebäudemanagementplattform ermöglicht Betreibern die einfache Bedienung und Überwachung des gesamten Systems – von der Anlagen- bis zur Raumautomation und dem Monitoring kritischer Datenpunkte.
Da Gebäude und Räumlichkeiten in der Life-Science-Industrie sich maßgeblich von Gewerken übriger Branchen unterscheiden, müssen Betreiber auf Anbieter setzen, die die branchenspezifischen Besonderheiten ihres Umfelds kennen und über entsprechende Expertise verfügen. Um langfristigen Investitionsschutz zu gewährleisten, sollten sie auch auf die Flexibilität von Komponenten wie Labordecken, die Möglichkeit der vollständigen Einbindung aller Komponenten in die Managementplattform und standardisierte Verdrahtungsboxen für Laborabzüge und achten. Letztere ermöglichen eine flexible und individuelle Planung und beschleunigen den Einbau – und somit die Inbetriebnahme. Die Boxen werden für eine „Plug & Play“- Inbetriebnahme als steckerfertige Ausführung mit vorkonfektionierten Anschlusskabeln geliefert. Vorinstalliert und betriebsfertig getestet und mit allen nötigen Zertifikaten (BACnet, EN14175 Teil 6) ausgestattet, bieten die Komponenten Betreibern eine einfache Einbindung bei schnellstmöglicher Rückkehr zum Regelbetrieb.
Branchenspezifische Lösungen erfüllen GxP- und FDA-Vorgaben
Im Umfeld von Labor und Reinraum ist die Einhaltung der jeweils geltenden GxP-Richtlinien unerlässlich. GxP bezeichnet zusammenfassend alle Richtlinien für die gute Arbeitspraxis, die in den verschiedenen Bereichen der Life-Science-Industrie Bedeutung haben. Das „x“ bezieht sich dabei etwa auf die Herstellung, den Vertrieb, die Dokumentation und weitere Prozesse im Labor und in der Klinik.
Eine branchenspezifische Gebäudemanagementplattform bietet auch für das smarte GxP-Monitoring Lösungen. Sie umfassen etwa die einfache Bedienung und Überwachung des gesamten Systems – von der Anlagen- bis zur Raum-Laborautomation. Hinzu kommt das Monitoring aller kritischen Datenpunkte. Anbieter mit dem entsprechenden Know-how stellen dabei stets die Konformität mit den Vorgaben der US FDA 21 CFR Teil 11 und dem GMP-Anhang 11 sicher.
Digitale Lösung für alle Bereiche der Life-Science-Industrie
Eine Managementplattform mit angeschlossener Plattform für das GxP-Monitoring verbindet alle Aspekte und bietet Zugriff auf Raumautomation und Anlagenautomation. Auch untergelagerte Komponenten werden integriert:
- Raumbediengerät mit Dashboard
- Komponenten für den Brandschutz (Ansaugrauchmelder, Branddetektion, Löschen, Alarmierung, Evakuierung)
- Sicherheitskomponenten (Zutrittskontrolle, Einbruchsmeldung, Videoüberwachung)
- Reinraum-, Abzug- und Labor-Kompakt-Regler
- Temperatur- und Feuchtesensor mit Kalibrierzertifikat
- Partikelzähler
- Strömungs- und Differenzdrucksensor
- VVS-Klappe, Antrieb und Differenzdrucksensor (VVS = Variabler Volumenstrom)Für die Kommunikation sind einheitliche Standards wie BACnet und OPC UA verfügbar, und immer öfter werden auch Programmierschnittstellen (API, application programming interface) als Standardschnittstellen für die Informatik genutzt, um verschiedenste Systeme leicht anzubinden. So werden die Schnittstellen der einzelnen Komponenten und ihre Integration erheblich vereinfacht – die nachträgliche Verbindung der einzelnen Systeme untereinander entfällt, sodass Gewerke nach dem Neubau oder der Modernisierung schnellstmöglich in den Regelbetrieb übergehen können.
Potenziale aus der Digitalisierung
Die Vernetzung sämtlicher Bereiche von Labor, Reinraum und der weiteren Gewerke in der Life-Science-Industrie wird erst durch die Digitalisierung möglich: Um diese ortsunabhängig rund um die Uhr zu überwachen und jederzeit an die gegebenen Anforderungen anzupassen, sind IoT-fähige Multisensoren unerlässlich. Immer öfter kommt z. B. das One-Sensor-Prinzip zum Einsatz: Der Temperatursensor wird für die Messung der Temperatur genutzt, aber auch, um die Heizung zu regeln. Statt eines zweiten Sensors ist somit lediglich ein Signalverdoppler nötig. So werden Kosten gesenkt und der Aufwand für die Validierung reduziert. Ebenfalls hilfreich: ein so genannter digitaler Zwilling für die regelbasierte Datenanalyse. Dieses digitale Abbild der Gewerke bietet eine komfortable Übersicht über das gesamte Gebäude und kann einzelne Labore grafisch in den Blick nehmen, um Unterschiede in der Leistungsfähigkeit einzelner Bereiche eindeutig zu identifizieren.
Ein persönlicher Assistent unterstützt das Personal
Die bisherigen Beispiele haben die Möglichkeiten aufgezeigt, die die Digitalisierung des Life-Science-Betriebs für alle Gewerke bietet. Nicht vergessen dürfen Betreiber in ihrem Streben nach einer zukunftsfähigen Ausrichtung jedoch, dass das Personal stets im Mittelpunkt steht. Auch für den einzelnen Mitarbeiter können digitale Services Mehrwerte bieten: mit einem persönlichen Assistenten in Form einer Applikation beispielsweise, der zu jeder Zeit und ortsunabhängig auf stationären und mobilen Endgeräten genutzt werden kann.
Digitale Assistenten bieten eine Vielzahl von Fähigkeiten. Gerade in Zeiten wachsender Flexibilität des Arbeitsorts steht die Kontrolle der Raumverfügbarkeit dabei für viele Mitarbeiter im Mittelpunkt: Wer weiß, dass er einen bestimmten Laborarbeitsplatz benötigt, kann seinen Bedarf mit dem Assistenten bereits am Vortag buchen. So ist sichergestellt, dass der Arbeitsplatz reserviert ist; auch nötige Arbeitsgeräte und Einrichtungen können auf diese Weise geteilt genutzt werden.
Digitale Services unterstützen Dienstleister und Servicemitarbeiter
Auch über die eigene Belegschaft hinaus werden digitale Services und die dafür nötigen Daten als Input immer wichtiger. Denn die Nutzung der Daten und die Generierung von Informationen unterstützt Betreiber darin, den Fachkräftemangel auszugleichen: zum Beispiel, indem mobile Servicemitarbeiter oder Dienstleister nicht mehr für jede Instandhaltung ins Gebäude kommen müssen.
Eine smarte Gebäudemanagementplattform für die Life-Science-Industrie bietet die Fernwartung und Datenanalyse mit garantierten Ergebnissen. Darin enthalten sind Performance-Analysen, eine gezielte Wartung und andere proaktive Aktionen, Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit sowie Betriebsanpassungen und Optimierungen aus der Ferne. Selbst Potenzial für Energieersparnis und eine ergebnisbasierte Berichterstattung sind auf diese Weise möglich. Services zur Fernwartung und Datenanalyse können als Dienstleistung bedarfsgerecht gebucht werden. Betreiber können aus Hunderten von Szenarien genau die für sie passenden Optionen wählen, um Rückschlüsse auf den richtigen Umgang mit gegebenen Situationen zu erhalten.
Das smarte Gebäude leitet Life-Science-Unternehmen in die Zukunft
Optimiert das Gebäude der Zukunft sich von selbst? Nein, denn auch mit digitalen Lösungen steht der Mensch im Mittelpunkt der Organisation. Doch im Vergleich zum Life-Science-Betrieb der Gegenwart ist das Potenzial der Digitalisierung riesig.
Die Entwicklung endet nicht in den beschriebenen Lösungen: Als „industrielles Metaverse“ können digitale Plattformen die Life-Science-Industrie künftig noch weitergehend transformieren. Durch Innovationen wie einen digitalen Zwilling, der alle Bereiche mit voller Designtreue in Echtzeit abbildet, können Mitarbeiter in einer virtuellen Welt interagieren, um die Herausforderungen der realen Welt zu lösen. Betreiber treffen so noch schneller noch bessere Entscheidungen.
Um die Anforderungen zu erfüllen, die der Markt heute und in Zukunft an leistungsfähige Unternehmen der Life-Science-Industrie stellt, müssen sich die digitale und die physische Welt der Labor- und Produktionsräumlichkeiten verbinden. Mit smarten Digitalisierungslösungen gelingt die Herausforderung – für kürzere Innovationszeiten, schnellere Ergebnisse und langfristigen Erfolg am Markt. (clu)