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Leitfaden

Laborprozesse automatisieren – ganz ohne Robotik

Der größte manuelle Aufwand in einem QC- oder Entwicklungslabor ist nicht das Bewegen von Proben. Es ist das Ablesen von Messwerten am Gerätedisplay, das Aufschreiben, das Übertragen in Tabellen und ins LIMS, das Nachrechnen und das Hinterherlaufen hinter fehlenden Einträgen. All das lässt sich automatisieren – ohne einen einzigen Roboter.

Drei Dinge leisten den Großteil: die vorhandenen Geräte anbinden, die SOP als geführten digitalen Workflow ausführen und Ergebnisse automatisch ans LIMS übergeben. Roboter lohnen sich weiterhin für hohen Durchsatz und stark repetitive Handhabung. Für Wägen, pH, Titration und die meisten anderen Arbeiten an der Laborbank ist die Anbindung der Geräte und die Digitalisierung des Ablaufs meist der schnellere und günstigere erste Schritt.

Was sich automatisieren lässtWo Sie anfangen

Hintergrund

Automatisierung heißt nicht nur Robotik

Bei „Laborautomatisierung“ denken die meisten an Liquid Handler und Roboterarme. Diese Systeme automatisieren die physische Handhabung. In den meisten Laboren ist aber nicht sie der Engpass. Eine Wägung oder Titration dauert wenige Minuten. Sie zu dokumentieren, das Ergebnis zu berechnen, es ins LIMS einzugeben und prüfen zu lassen, dauert deutlich länger.

Jeder dieser manuellen Schritte ist zugleich eine Fehlerquelle: ein Zahlendreher, ein Wert in der falschen Zelle, eine Berechnung mit veralteter Formel. Genau hier entstehen die meisten Befunde zur Datenintegrität – mehr dazu in The execution gap in regulated laboratories (auf Englisch).

Um sie zu automatisieren, braucht es keine neue Hardware. Die meisten Waagen, pH-Meter und Titratoren haben bereits eine Datenschnittstelle. Was fehlt, ist die Software, die den Messwert direkt in den richtigen Schritt des Ablaufs übernimmt. Manche nennen das Mikroautomatisierung.

Oben: ein Wägewert wird auf Papier notiert, in eine Tabelle übertragen, erneut eingetippt und ins LIMS eingegeben. Unten: angebundene Geräte liefern Werte in einen geführten Workflow, der Ergebnisse direkt ans LIMS übergibt
Was sich automatisieren lässt

Manuelle Tätigkeiten an der Laborbank und wie man sie automatisiert

Diese Tätigkeiten füllen in einem typischen QC-Labor den Großteil des Arbeitstags. Für keine davon braucht es einen Roboter.

Manuelle Tätigkeit heuteSo wird sie automatisiertWas sich ändert
Messwerte vom Display oder Ausdruck abschreibenDas Gerät überträgt den Messwert direkt in den aktuellen Workflow-SchrittKeine Übertragungsfehler, und der Rohwert bleibt mit Zeitstempel erhalten
Ergebnisse in einer Tabellenkalkulation berechnenDer Workflow rechnet während der Arbeit mit einer kontrollierten FormelKeine unkontrollierten Tabellen, jedes Mal dieselbe Berechnung
Kalibrierung und Verfallsdaten von Reagenzien prüfenDer Workflow prüft den Status von Geräten und Materialien, bevor der Schritt beginnen kannAbgelaufene Geräte oder Reagenzien können nicht versehentlich verwendet werden
Nach Papier- oder PDF-SOP arbeitenDie SOP wird zum geführten Schritt-für-Schritt-Workflow auf Tablet oder PCSchritte laufen in der richtigen Reihenfolge, neue Mitarbeitende sind schneller eingearbeitet
Ergebnisse ins LIMS eintippenFreigegebene Ergebnisse gehen über die Schnittstelle ans LIMSKeine Doppelerfassung, Ergebnisse sind schneller im LIMS
Papierprotokolle prüfenPrüfer sehen einen vollständigen elektronischen Datensatz, Grenzwertverletzungen sind bereits markiertKürzere Prüfung, weniger Rückfragen an die Analytiker
Kühlschränke, Gefrierschränke und Inkubatoren von Hand kontrollierenSensoren zeichnen Temperaturen laufend auf und lösen Alarme ausKeine Lücken in der Aufzeichnung, keine übersehenen Abweichungen

Was ein Lab Execution System an der Laborbank alles leistet, lesen Sie in What is a Lab Execution System (LES)? (auf Englisch).

Drei Bausteine

Was Automatisierung ohne Robotik braucht

Waage, pH-Meter und Titrator an einen Workflow-Schritt angebunden
Konnektivität

Vorhandene Geräte anbinden

Die meisten Laborgeräte können Daten über RS-232, USB oder das Netzwerk senden. Eine Konnektivitätsschicht liest diese Daten aus und macht daraus strukturierte Werte. Offene Standards wie SiLA 2 und OPC UA LADS erleichtern das bei neueren Geräten. Ältere lassen sich meist über einen kleinen Hardware-Adapter anbinden.

Prüfen Sie zuerst, welche Geräte am häufigsten genutzt werden und welche Schnittstellen sie haben. Eine kurze Liste viel genutzter Geräte deckt meist den Großteil der manuellen Einträge ab.

Schritt-für-Schritt-Ablauf auf dem Tablet mit angebundener Waage
Ausführung

Die SOP als geführten Workflow abbilden

Ein Lab Execution System (LES) macht aus der SOP Schritte auf dem Bildschirm, die das Gerät auslesen und Grenzwerte während der Arbeit prüfen. Wie das funktioniert, erklärt unser Leitfaden What is a Lab Execution System (LES)? (auf Englisch).

Datenintegrität inklusive. Weil jeder Schritt festgehalten wird, während er passiert, entsteht die Dokumentation von selbst. Mehr dazu in ALCOA+ am Laborplatz.

Ergebnistabelle mit Probenstatus wie in einem LIMS
Integration

Ergebnisse dorthin schicken, wo sie hingehören

Sobald Ergebnisse elektronisch erfasst sind, gehen sie über die Schnittstellen direkt ans LIMS, ELN oder an die Datenplattform, zusammen mit dem Kontext, wie sie entstanden sind.

Roboter passen später dazu. Kommt für einen Schritt mit hohem Volumen ein Roboter hinzu, wird er ein Schritt im selben Workflow statt einer separaten Insel. Mehr dazu in Lab automation: the missing layer (auf Englisch).

Wo Sie anfangen

Ein praktischer Weg zum ersten Workflow

Am besten funktioniert es, wenn Labore klein anfangen – mit einem viel genutzten Ablauf – und dann ausbauen:

  • Wählen Sie einen Ablauf mit hohem Volumen und vielen manuellen Einträgen, etwa Probeneinwaage, pH-Messung, Karl-Fischer oder Titration.
  • Listen Sie die beteiligten Geräte und ihre Schnittstellen auf. Notieren Sie, welche Werte heute eingetippt werden und wo sie landen.
  • Zerlegen Sie die SOP in Schritte, mit den Prüfungen, Grenzwerten und Berechnungen, die jeder Schritt braucht.
  • Binden Sie die Geräte an und starten Sie einen Pilot parallel zum bisherigen Ablauf, damit die Analytiker vor dem Go-live Rückmeldung geben können.
  • Validieren und live gehen, mit einem risikobasierten Ansatz, der sich auf die Schritte konzentriert, die Produktqualität und Datenintegrität betreffen.
  • Messen und ausbauen: Zählen Sie die entfallenen manuellen Einträge, die Prüfzeit und die Abweichungen, und gehen Sie dann zum nächsten Ablauf.

Roboter lohnen sich bei hohem Volumen, stark repetitiven Schritten, gefährlichen Tätigkeiten oder Betrieb rund um die Uhr. Auch dann muss die Datenverarbeitung rund um den Roboter automatisiert werden.

LabOperator

So macht es LabOperator

LabOperator ist unsere herstellerunabhängige Plattform für Laborausführung und Gerätekonnektivität. Laborexperten erstellen SOP-Workflows ohne Programmierung, Analytiker arbeiten sie Schritt für Schritt an der Laborbank ab. Messwerte kommen direkt vom Gerät, Prüfungen und Berechnungen laufen während der Arbeit, und jeder Schritt wird mit vollständigem Audit Trail und elektronischer Signatur festgehalten.

LabOperator hat in Forschungs-, Entwicklungs- und Pharmalaboren mehr als 1.000 Laborgeräte angebunden, und das Geräteportfolio deckt über 95 Hersteller ab. Geräte werden über LabOperator Connector Boxes oder offene Standards wie SiLA 2 und OPC UA LADS angebunden, und LabOperator arbeitet mit Ihrem bestehenden LIMS und ELN zusammen. Kommen Roboter hinzu, werden sie Schritte im selben Workflow.

Sprechen Sie mit uns über einen ersten WorkflowUnterstützte Geräte ansehenLEHVOSS-Fallstudie lesen (Englisch)

FAQ

Häufige Fragen

Kann man ein Labor ohne Roboter automatisieren?

Ja. In den meisten Laboren ist der größte manuelle Aufwand die Datenarbeit, nicht die physische Handhabung: Werte ablesen, aufschreiben, berechnen und in andere Systeme eintippen. Wer Geräte anbindet und SOPs als geführte digitale Workflows ausführt, automatisiert genau diese Arbeit – ganz ohne Robotik.

Welche Laborabläufe sollten wir zuerst automatisieren?

Beginnen Sie mit einem viel genutzten Ablauf mit vielen manuellen Einträgen und Geräten, die eine Datenschnittstelle haben. Probeneinwaage, pH-Messung, Karl-Fischer und Titration sind typische erste Kandidaten, weil sie täglich laufen und sich vorher und nachher gut messen lassen.

Brauchen wir neue Geräte?

Meist nicht. Die meisten Waagen, pH-Meter und Titratoren können Daten über RS-232, USB oder das Netzwerk senden. Ältere Geräte ohne nutzbare Schnittstelle lassen sich oft über einen kleinen Hardware-Adapter anbinden. Prüfen Sie zuerst die Schnittstellen Ihrer meistgenutzten Geräte.

Wie hilft das bei der Datenintegrität?

Messwerte kommen direkt vom Gerät, es gibt nichts mehr abzuschreiben, und jeder Schritt wird festgehalten, während er passiert. Die einzelnen ALCOA+-Prinzipien gehen wir in ALCOA+ am Laborplatz durch.

Funktioniert das im GMP-Labor und unter 21 CFR Part 11?

Ja, sofern das System Audit Trail, elektronische Signaturen und Zugriffskontrollen bietet und für den vorgesehenen Einsatz validiert ist. Siehe den Text von 21 CFR Part 11 und lesen Sie, wie LabOperator die Anforderungen von 21 CFR Part 11 abdeckt.

Können wir später Roboter ergänzen?

Ja. Ist der Ablauf bereits digital und sind die Geräte angebunden, wird ein Roboter einfach ein weiterer Schritt darin. Offene Standards wie SiLA 2 erleichtern es, Roboter und Geräte verschiedener Hersteller in einen Workflow zu bringen.

Wie messen wir den Nutzen?

Zählen Sie die entfallenen manuellen Einträge pro Durchlauf, messen Sie die Prüfzeit pro Charge oder Probe und verfolgen Sie Abweichungen durch Übertragungsfehler. Erheben Sie diese Werte vor dem Pilot, damit Sie eine Ausgangsbasis haben.