Ein industrieller Produktionsbetrieb kommt heute kaum ohne ein Labor aus. Deswegen kommt irgendwann das Thema LIMS ganz automatisch zur Sprache. LIMS? Was ist das eigentlich, was kann es und welchen Nutzen hat es? Wir beleuchten das Thema hier von verschiedenen Seiten und werden möglichst viele dieser Fragen beantworten.

Inhaltsverzeichnis

1 Begriffsklärung LIMS

1.1 Unterschied LIMS für Betriebslabore und LIMS für Auftragslabore

1.2 Grundfunktionen

2. Bestandteile eines LIMS

2.1 LIMS Stammdatenverwaltung

2.2 Prüfpläne

2.3 Proben

2.4 Auswertung

2.5. Schnittstellen eines LIMS

2.6 Client / Server

2.7 Datenbank

3. Nutzen eines LIMS

3.1 Verbesserung Zusammenarbeit

3.2 Sichten auf LIMS Daten

3.3 Gemeinsame Datenbasis

3.4 Prozessoptimierung durch LIMS

3.5 Zeitersparnis durch ein LIMS

3.6 Finazieller Nutzen eund Ressourcenschonung

4. Datenerfassung

4.1 Manuelle Erfassung

4.2 Automatische Datenerfassung

4.3 LIMS Geräteanbindung

4.4.Anbindung externer Labore

5. Das LIMS als Datenlieferant

5.1 Daten für den Produktionsprozess

5.2 Daten für andere Systeme

5.3 Manuelle und automatisierte Auswertungen

5.4 Kundenzertifikate

6. Arbeitsabläufe steuern mit dem LIMS

6.1 Probenahme

6.2 Nutzen von Etiketten und RFID

6.3 Freigaben

6.4 Warnungen

7. Integration des LIMS in die Industrie 4.0

7.1 Selbststeuerung und Selbstoptimierung der Produktion

7.2 Vorbeugende Wartung

8. Nutzergruppen: Wer nutzt ein LIMS?

8.1 Laborleitung

8.2 Labormitarbeiter

8.3 Qualitätsmanagement

8.4 Laborexterne

 

1. Begriffserklärung LIMS 

Der Begriff ist die Abkürzung für Labor-Informations- und Management-System und beschreibt eine Software für das Labor. Laborsoftware wird in unterschiedlichen Branchen auf ganz verschieden Weisen eingesetzt.  Bei Laborsoftware geht es um die Datenverarbeitung im chemischen, physikalischen, biologischen und medizinischen Labor und die Unterstützung von laborinternen Abläufen. Ein Labor-Informations- und Management-System wird dafür eingesetzt, Arbeitsabläufe so zu steuern, dass eine effiziente Durchführung der Tätigkeiten gewährleistet ist und zugleich die anfallenden Daten in sicherer, einfach zugänglicher Form gespeichert werden.  In jeder Laborsoftware sollte ein Informationsdienst für die beteiligen Abteilungen enthalten sein, damit die Informationen aus dem LIMS nicht in der Laborsoftware bleiben, sondern den verantwortlichen Mitarbeitern im Betrieb zugänglich sind. Dies ist besonders wichtig in Bezug auf einen zeitgemäßen Umgang mit Wissen bzw. Daten, um die gesamte Organisation voranzubringen. Eine LIMS Software ist ein wichtiger Baustein in der Digitalisierung.

Ein LIMS unterstützt die Arbeitsabläufe im Labor und die Nutzung der Labordaten durch Digitalisierung.

1.1 Unterschied LIMS für Betriebslabore und LIMS für Auftragslabore 

Es gibt zwei grundsätzlich verschiedenen LIMS Ausprägungen. Zum einen die Systeme, welche in Betriebslaboren zum Einsatz kommen. Hier werden nur betriebsinterne Labordaten erhoben. In dieser Art ist keine Rechnungslegung für einzelne Kunden vorgesehen, denn in einer solchen Laborsoftware liegt der Fokus auf den betriebsinternen Abläufen und Produkten. Zu der anderen Hauptgruppe zählen die Auftragslabore. In diesem werden viele unterschiedliche Untersuchungen für ebenso viele Kunden verwaltet. Die Rechnungsstellung erfolgt über die Laborsoftware.  

1.2 Grundfunktion 

Der grundsätzliche durch das LIMS begleitete Prozess im Labor besteht aus den Phasen der Probenplanung und –Vorbereitung, der Durchführung der Proben mit Probenahme und Probenbearbeitung und schließlich der Kontrolle und Auswertung. Ein LIMS sollte diese Phasen abbilden und die Durchführung für den Anwender bestmöglich vereinfachen und koordinieren und damit eine lückenlose Prozesskette gewährleisten.  

LIMS Aufbau

2. Bestandteile eines LIMS 

Ein LIMS bildet die Arbeit im Labor in Form von Software ab. In der Software finden sich dazu Funktionalitäten und Module, welche verschiedene Bereiche abdecken. Wichtige Bestandteile sind: 

2.1 LIMS Stammdatenverwaltung 

Alle Daten in Bezug auf durchgeführte Analysen und Proben sind mit klar identifizierbaren Kennungen zu versehen. Diese Kennungen (Analyse-Nummern, Artikelnummern, Einheiten, etc.) werden in den Stammdaten einmalig festgelegt und bilden dann die Basis für die im Arbeitsablauf entstehenden Datensätze. Die entstehenden Probendaten sind dadurch eindeutig zuordenbar, identifizierbar und auswertbar. Über die eindeutigen Stammdaten lassen sich auch Referenzen zu anderen Systemen aufbauen, um zum Beispiel offizielle Artikelnummern des ERP mit den internen Produktnummern des LIMS zu verknüpfen.

Gut gepflegte und durchdachte Stammdaten bilden das Fundament für eine effiziente Arbeit im Labor. 

2.2 Prüfpläne 

Die Festlegung, welche Analysen für eine bestimmte Untersuchung durchzuführen sind, erfolgt im Prüfplan. Der Prüfplan ist eine Zusammenstellung von einzelnen Analysen. Prüfplane werden für verschiedene Anforderungen jeweils individuell zusammengestellt. So kann ein Rohstoff, ein Produkt, eine Hygieneprobe, aber auch eine kundenspezifische Produktuntersuchung jeweils einen eigenen Prüfplan bekommen. Der Prüfplan ist dabei wirklich nur ein Plan und so nur eine Vorlage für alle nach diesem Plan durchzuführenden realen Proben.  

2.3 Proben 

Die einzelne Probe ist ein Kernbestandteil des LIMS. Die Probe ist eine Instanz des Prüfplans und damit die konkrete Ausprägung einer Prüf-Vorgabe für einen Rohstoff, Produkt, etc.. Jede real genommene Probe bekommt eine eigene Probennummer und einen eigenen Datensatz für die Ablage der Daten zur Probe und der Analyse-Ergebnisse. Eine Probe ist über eine Probennummer für immer eindeutig identifizierbar. Je nach Bedarf lässt sich eine Probe auch um zusätzlich durchgeführte Analysen erweitern, wenn es für die konkrete Probe notwendig ist. Über die Probennummer ist es möglich jederzeit Informationen zum beprobten Objekt abzurufen um andere Arbeitsabläufe daraufhin zu steuern (Freigabe, Bearbeitungsstatus, spezielle Analyseergebnisse). Die Proben zusammen mit den Analysen sind die täglich am meisten anfallenden Datenbestände, in denen sich das Laborgeschehen widerspiegelt.

2.4 Auswertung 

Das Auswertungstool im LIMS erlaubt Bediener über alle im LIMS gespeicherten Proben und deren Analysen Auswertungen zu erstellen und sich damit beliebige eigene und fremde Fragestellungen zu beantworten. Die Auswertung stellt typischerweise auch Exportmöglichkeiten zur Verfügung, um die Ergebnisse und Erkenntnisse mit Abteilungsexternen zu teilen. Auswertungen werden im LIMS gespeichert, um sie zu späteren Zeitpunkten mit neu eingegangenen Analyseergebnissen und Proben zu wiederholen.

2.5 Schnittstellen eines LIMS

Ein LIMS sollte immer auch über Schnittstellen verfügen. Weil das LIMS sehr viele Daten speichert und auch viele Daten benötigt, sind Schnittstellen essentiell, um den Datenaustausch automatisiert ablaufen zu lassen. Die konkrete technische Ausprägung der Schnittstellen ist sehr unterschiedlich. Es erstreckt sich von einfachen manuellen Datei-Exporten über definierte Datenbankzugriffe bis hin zu aktuellen Schnittstellen-Technologien wie REST für den strukturierten und kontrollierten automatischen Datenaustausch im Hintergrund.

2.6 Client / Server 

Ein zeitgemäßes LIMS verfügt über eine ClientServer Struktur. Der Server dient als zentrale Stelle für Daten, Logiken und Schnittstellen. Der Client ist die leistungsfähige Bedienoberfläche für eine schnelle, einfache und komfortable Daten-Ein-/Ausgabe und für Auswertungen an verteilten Bedien-Plätzen im Betrieb und von Remote. Durch diese Struktur ist es auch möglich, beliebig viele Clients, also Bedien-Arbeitsstationen, im Betrieb zu verteilen, so dass überall dort, wo Labordaten zu erfassen und zu bearbeiten sind, digitale Möglichkeiten bereit stehen. Ein „Rückfall“ auf Papierbetrieb oder andere Zwischenlösungen (Excel o.ä.) lässt sich dadurch vermeiden.

2.7 Datenbank 

Um die erfassten Daten zentral und auch für andere Systeme definiert abrufbar zu speichern, sollte ein LIMS eine zentrale Datenbank nutzen. Ein gängiges, offenes Datenbanksystem (z.B. Microsoft SQL) sichert eine gute Skalierbarkeit und die gute Integration in die IT-Infrastruktur. Datenbanken sind ausgelegt für große strukturierte Datenmengen. Auch ein hohes Aufkommen an Proben und Analysen wird von einer guten Datenbank problemlos verwaltet ohne dass es zu Abfrage-Schwierigkeiten kommt. Durch interne Indexierungsmechanismen ist es jederzeit möglich, über die primären Datenkennungen (z.B. Probennummer) Datensätze schnell zu laden und zu speichern.   

3. Nutzen eines LIMS 

Sobald ein LIMS erfolgreich eingeführt ist und es im täglichen Laboralltag genutzt wird, ergeben sich verschiedene Vorteile. 

3.1 Verbesserung der Zusammenarbeit 

Durch das LIMS verbessert sich sehr schnell die Zusammenarbeit im Labor aber auch mit anderen Abteilungen, weil Daten für alle leichter auffindbar und einsehbar sind. Der aktuelle Bearbeitungsstatus ist abrufbar und durch die Transparenz sind alle Beteiligten in der Lage, besser zu planen und zu arbeiten. Hindernisse durch nicht vorliegende Daten auf Papier, Zugriffssperren auf Dateien oder fehlende Informationen über die Bearbeitung von Proben entfallen. 

3.2 Sichten auf LIMS Daten

Labordaten werden an verschiedenen Stellen benötigt, um Entscheidungen für Arbeitsabläufe zu treffen. Durch die zentrale Ablage von Probendaten ist es möglich, spezifische Sichten auf die Daten zu entwerfen. So bekommen Personen im Betrieb genau die Daten, die sie benötigen. Und zwar In Echtzeit und ohne Umwege. Die Daten sind sofort einzusehen und die Bediener ersparen sich Aufwände zum Beschaffen und Aufarbeiten von Informationen. Fokussierte Sichten machen Telefonate, E-Mails, Dokumenten-Übergaben und andere Formen der Abstimmung überflüssig.

3.3 Gemeinsame Datenbasis 

Durch die zentrale Datenablage der Laborsoftware sind immer alle auf dem gleichen Stand. Gibt es Korrekturen, Ergänzungen oder Löschungen von Daten, sind sofort alle informiert und es gibt keine Gefahr, dass es Probleme durch verzögerte Aktualisierungsmechanismen gibt. An dieser Stelle bringt das verwendetet Datenbanksystem die technische Unterstützung ein. Der Zugriff von mehreren Benutzern und die Koordination der Daten-Operationen (Abrufen, Einfügen, Ändern, Löschen) unter Bewahrung der Datenkonsistenz ist mit einer Datenbank eine Routineaufgabe. Ohne Datenbank ist dies kaum realisierbar.

Ist ein LIMS besser als Excel? 

Nicht selten wird in der Aufbauphase von Laboren Excel als LIMS verwendet. Ist ein “echtes” LIMS besser? Excel hilft sehr, das eigene Labor und den Datenbedarf zu verstehen und zu strukturieren, doch beim produktiven Einsatz kommt ein Excel-LIMS schnell an seine Grenzen. Die fehlende Stammdatenverwaltung machen es schwierig, einen konsistenten Datenbestand aufzubauen. Ein Verteilen und gemeinsames Nutzen von Daten ist nur beschränkt möglich, weil viele Benutzer auf einer Datei arbeiten müssen. Genau das macht die Lösung auch sehr fragil, da ungewollte Änderungen an der Datei schnell zu unbrauchbaren Tabellen führen können. Sind mit der Zeit sehr viele Proben aufgelaufen, ist Excel in Bezug auf intensive Auswertungen in jedem Fall überfordert. Ein LIMS ist damit in vielen Aspekten die bessere und professionellere Laborsoftware. 

3.4 Prozessoptimierung durch LIMS

Die im LIMS erfassten Daten und die Erkenntnisse, die es durch Grenzwerte und Berechnungen ermittelt, sind für viele Prozesse außerhalb des Labors entscheidend. So wird Produkt erst nach Freigabe durchs Labor zur Lieferung freigegeben. Eine Rohstoff-Annahme erfolgt erst nach Analyse durch das Labor. Produktionsprozesse werden je nach aktuellen Analysedaten justiert und die Produktionsparameter angepasst. Diese und viele weitere Prozesse werden aktiv durch Labordaten beeinflusst und optimiert. Nicht selten wird schon bei der Konzeptionierung des Produktionsverfahrens das Labor mit einbezogen, weil im Produktionsprozess die analytischen Möglichkeiten zur Ermittlung von bestimmten Analysedaten nicht gegeben sind. Das Labor muss dann aktiv dem Prozess zuarbeiten, damit das Produktionsverfahren effizient arbeiten kann. 

3.5 Zeitersparnis durch ein LIMS 

Ein LIM-System unterstützt die Labormitarbeiter bei ihren täglichen Aufgaben auf optimale Weise. Das Erstellen, Auffinden und Eingeben von Proben, ist mit einem LIMS schnell zu erledigen. Die Zeit pro Analyse und pro Probe wird minimiert, so dass der Durchsatz an Proben sich erhöht und Zeit für Auswertungen und andere Optimierungen geschaffen wird. Außerdem lassen sich Aufgaben durch die Laborsoftware automatisiert erledigen (Verteilung von Ergebnissen, Prüfung von Grenzwerten, Massenerzeugung von Proben, …).

3.6 Finanzieller Nutzen und Ressourcenschonung 

Durch die direkte Rückführung von Analyseergebnissen in den Prozess sind Optimierungen in der Produktion möglich. Der Rohstoffeinsatz und die Parameter der Produktionsverfahren lassen sich nach den aktuellen Analyseergebnissen ausrichten. Je nach Ausprägung und Geschwindigkeit dieses Regelkreises, erfolgt der Einfluss der Daten auf die Produktion in Echtzeit. Kann in der Produktion dann das Produkt mit weniger oder besserem Einsatz von Rohstoffen produziert werden, werden die Ressourcen geschont und durch effektiveren Rohstoffeinsatz auch die Kosten.  

4. Datenerfassung 

Ein LIMS lebt von den Daten, die es erfasst und verwaltet. Entscheidend dabei ist, wie umfassend die Datenerfassung ist, wie schnell die Daten nach Ihrer Entstehung ins System kommen und wie valide die Daten sind. Je nach Erfassungsart und Möglichkeiten der Labor-IT gibt es dabei Unterschiede.

4.1 Manuelle Erfassung 

Der klassische Weg, gerade beim Aufbau eines Laborbetriebes, ist die manuelle Eingabe der Analysedaten und der Probenerzeugung per Hand. Diese Laborprozesse erfordern eine genaue Prüfung der Daten durch den Labormitarbeiter, so dass die erfassten Daten von hoher Qualität sind. Die Anzahl und Geschwindigkeit der Datenbereitstellung sind dabei aber sehr durch die zur Verfügung stehenden Ressourcen begrenzt. Für viele Analysen ist ein manueller Prozess nötig, da die Verfahren der Analysen (noch) keine automatische Ermittlung und Übertragung erlauben (z.B. Keimzahlen-Zählung).

4.2 LIMS Geräteanbindung 

Die Erfassung von Analysewerten von Geräten mit technischer Schnittstelle bringt bereits eine deutliche Erleichterung und Beschleunigung. Dabei werden Geräte über deren Schnittstellen angebunden und die Daten dann entweder nach der Messung aktiv vom Labormitarbeiter per Knopfdruck in der Laborsoftware übernommen. Oder aber dem Analysegerät wird zu Analysebeginn die Probennummer als Info mitgeteilt, so dass das Gerät nach Fertigstellung automatisch die Ergebnisse an das LIMS melden kann. Immer mehr Laborgeräte sind heute mit Schnittstellen ausgestattet und der technische Aufwand der Anbindung ist überschaubar und zahlt sich bei regelmäßigem Probenaufkommen sehr schnell aus.

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4.3 Automatische Datenerfassung 

Viele Analysewerte werden in Produktionsprozessen schon von den Anlagen selbst ermittelt (Dichten, Temperaturen, pH-Werte, etc.). Durch die Vernetzung der Produktion ist es möglich, dass Steuerungssysteme über gängige Schnittstellen diese Werte als Info an das LIMS melden und Versorgen mit sehr validen und umfassenden Analysewerten ohne manuelle Aufwände. Um die Werte zuordnen zu können, müssen gemeinsame Kenndaten zur Verfügung stehen. Entweder die Produktion wird mit der Probennummer zur aktuellen Produktion versorgt, oder die Produktion meldet die Daten mit eindeutigen Kennungen wie Auftragsnummer, Chargennummer, Rohstoff-Materialnummer oder ähnliches, so dass das LIMS damit die zugehörige Probennummer ermitteln kann. Die automatische Datenerfassung kann sukzessive aufgebaut werden und führt zu einer immer umfassenderen Datenversorgung des LIMS und damit zu besseren Auswertungen, Überwachungen und Qualitätsbewertungen.

4.4 Anbindung externer Labore 

Einige Analysen können aufgrund von komplexen und aufwändigen Verfahren nicht im Betrieb selbst vorgenommen werden. Diese Proben werden an externe Labore übergeben. Die Ergebnisse sollen natürlich nach der Durchführung wieder ins betriebseigene LIMS überführt werden. Es ist noch nicht allzu lange her, da wurden Ergebnisse klassisch per FAX an den Auftraggeber, den Produktionsbetrieb, zurückgemeldet. Das FAX konnte nur durch manuelle Fleißarbeit, also durch Abtippen, ins LIMS übernommen werden. Heute bieten externe Labore ebenfalls Schnittstellen an. Über diese Schnittstellen werden die Proben angekündigt und nach der Probendurchführung die Ergebnisse abgerufen. Der manuelle Aufwand wird bis auf einen optionalen Validierungsprozess komplett eliminiert.  

LIMS System Integration

5. Das LIMS als Datenlieferant 

Die Datenbank der Laborsoftware ist ein wertvoller Datenbestand für andere Systeme. Über die Schnittstellen ist eine Datenübergabe möglich. Datenübergaben erfolgen unter anderen an folgende Systeme: 

5.1 Daten für den Produktionsprozess 

Für alle Prozesse in der Produktion, an denen Entscheidungen aufgrund von aktuellen Analysendaten des Rohstoffes, Zwischenproduktes, Reinigungsergebnisses etc. getroffen werden müssen, liefert das LIMS die entscheidenden Daten. Anfragen werden vor oder während der Produktion an das LIMS gesendet und bestenfalls automatisch von der Produktionssteuerung ausgewertet und in Maßnahmen umgesetzt (Mischungsverhältnisse, Erhitzungszeiten, Rohstoffauswahl, Produkttransport-Freigabe, Verzielungslogiken, etc.). Aber auch manuelle Prozesse sind denkbar. Sichten über die Labordaten für die Produktionsmitarbeiter ermöglichen diesen, die Produktionsverfahren nach den aktuellen Analyse-Ergebnissen richtig einzustellen und zu steuern.

5.2 Daten für andere Systeme 

SPC 

Bei SPC (Statistical Process Control) handelt es sich um statistische Untersuchung von Daten und eine daraus folgende Prozesslenkung. SPC lebt von Datenreihen und relevanten Datenmengen. Das LIMS kann diese liefern und ermöglicht dem SPC, diese nach statistischen Methoden auszuwerten und daraus resultierende Lenkungsmaßnahmen zu entwickeln. 

Controlling 

Im Controlling wird die Wirtschaftlichkeit der Produktion geprüft. Anhand der Daten aus der Laborsoftware können Werte berechnet werden. Aus den Analysen zu eingesetzten Rohstoffen und produzierten Produkten sind die Inhaltsstoffe auswertbar und je nach Inhaltsstoff auch die Kosten. Dadurch ist es dem Controlling möglich zu berechnen, wie ertragreich das Produkt im Verkauf ist.

ERP 

Im ERP System (Enterprise Ressource Planning) ist unter anderem der warenwirtschaftliche Prozess und die Logistik abgebildet. Die aktuellen Analysedaten geben dem ERP die Möglichkeit, Lieferungen freizugeben, Preise zu bestimmen und Qualitätsangaben zum Produkt zu liefern. Das LIMS wiederum bezieht aus dem ERP System in manchen Fällen die geplanten Produktionsaufträge, um dafür Proben zu generieren und später dem ERP System die relevanten Analysewerte zurück zu liefern.

MES 

Das MES (Manufacturing Execution System) lenkt die Produktion. Über die Informationen aus dem LIMS ist es dem MES möglich, Optimierungen für den Produktionsprozess schon vor Beginn der Produktion zu errechnen und die Feinplanung und Einstellung der Produktionsaufträge zu steuern. Innerhalb des MES können Sichten für die Produktionsmitarbeiter bereitgestellt werden, die aktuelle Probedaten zusammen mit den Daten der Produktion darstellen. Das gibt den Mitarbeitern der Produktion die Möglichkeit, den Produktionsprozess bestmöglich zu kontrollieren und zu steuern, ohne direkt Zugriff auf das LIMS zu haben. Vom MES werden entstehende Chargen einer Produktion an das LIMS gemeldet, so dass automatisch Proben zu Chargen erstellt werden können. 

BigData / KI 

Ein neuer, sich immer mehr etablierender Bereich sind BigData und KI (Künstliche Intelligenz) Anwendungen. Ähnlich wie SPC werden hier große Datenmengen genutzt, um Zusammenhänge zu erkennen und Ausnahmesituationen und Optimierungsmöglichkeiten aufzudecken. Bei diesen Ansätzen werden allerdings keine statistischen Verfahren angewendet, sondern die Instrumente des maschinellen Lernens. 

5.3 Manuelle und automatisierte Auswertungen 

Auswertungen sind die klassischen Datenabfragen auf ein LIMS, welche der Benutzer abruft. Mit den Auswertungen ist es möglich, Prozesse zu kontrollieren und zu dokumentieren. Auswertungen lassen sich von Bedienern nach Bedarf abrufen und erstellen, oder alternativ können Auswertungen auch regelmäßig automatisch ablaufen und die Ergebnisse versendet das LIMS dann an die Benutzer, so dass diese aktiv in ihrem Arbeitsablauf mit Auswertungen versorgt werden. 

5.4 Kundenzertifikate 

Eine spezielle Form der Auswertungen sind die Kundenzertifikate. Um die Qualität eines Produktes für einen Kunden nachzuweisen, werden definierte Analysewerte einer Probe für den Kunden aufbereitet. Welche Analysen an den Kunden zu geben sind, wird mit dem Kunden vereinbart. Die Analysen-Ergebnisse im Kundenzertifikat sind exakt die Werte aus der internen Probe. Die Grenzwerte können abweichen, wenn intern strengere Grenzen angewendet werden. Auch der Umfang an Analysen der internen Probe können von den Analysen im Kundenzertifikat abweichen, weil nur die vereinbarten Daten an den Kunden gehen. 

6. Arbeitsabläufe steuern mit dem LIMS 

Eine zentrale Aufgabe des LIMS ist die Steuerung der Abläufe im Labor. Dies sind die wichtigsten Abläufe: 

6.1 Probenahme 

Eine Probenahme ist das reale Entnehmen einer physikalischen Probe aus einer Quelle (Rohstoff, Produkt, Reinigungsmittel, Abwasser, Hygienetest, etc.). Für die reale Probe wird dann im LIMS eine Probe erstellt und eine Probennummer generiert. Beim Erstellen der Probe ist anzugeben, worum es sich bei der Probe handelt. Dadurch kann das LIMS den zutreffenden Prüfplan ermitteln und die zugehörigen durchzuführenden Analysen anlegen.

Für das Anlegen und die Probenentnahme gibt es verschiedene Strategien. 

Vorgegeben / Probenpläne 

Für einige Proben gibt es feste Probenahme-Pläne. Zum Beispiel regelmäßig durchzuführende Hygiene-Proben an definierten Punkten im Betrieb. Diese sind mit einer zeitlichen Vorgabe versehen. Andere Vorgaben können von der Produktionsplanung kommen. Steht schon vor Produktionsbeginn fest, wieviel Produkt produziert werden wird, so ist es möglich, Proben schon vorher anzulegen. Die erstellten Probennummern gehen als Pool inkl. der Indentifizierungsetiketten oder -RFID-Tags an die Produktionsmitarbeiter zum Anbringen während der Produktion.

Produktionsbedingt 

Produktionsbedingte Proben werden genommen, wenn gewisse Produktionsprozesse definierte Punkte erreicht haben. Typische Punkte: 

  • Rohstoffannahme 
  • Tankfüllung komplett 
  • Fertigstellung Halbfertigprodukt  
  • Reinigung fertig 
  • Fertigprodukt Charge fertig  

Diese Probenahme-Strategie bietet sich an, wenn die Anzahl der Proben, die während der Produktion entstehen, dynamisch sind. Es entstehen dadurch nur Proben im LIMS, die auch real existieren.

6.2 Nutzen von Etiketten und RFID  

Eine physikalische Probe muss gekennzeichnet werden. Nicht selten erfolgt dies klassisch handschriftlich durch den probenehmenden Produktionsmitarbeiter. Oft führt dies aber zu Fehlern durch Probleme mit der Leserlichkeit, Haltbarkeit der Kennzeichnung oder der Datenkonsistenz.

Für ein LIMS ist eine 100% Zuordnung von physikalischer Probe zu den Daten im System unerlässlich.

Ein durch das LIMS gesteuertes Etikettierungssystem ermöglicht eine zuverlässige Kennzeichnung. Etiketten werden entweder schon im Vorwege gedruckt und den Probenehmenden übergeben, oder es sind dezentrale Stationen verfügbar, an denen eine Probeentnahme gemeldet wird und ein Etikett direkt vor Ort ausgedruckt wird. Das auf der Probe applizierte Etikett wird im Labor per Scanner eingelesen und führt zu 100% zur richtigen Probe. Für Umgebungen in denen Etiketten nicht haltbar genug sind, lässt sich eine äquivalente Struktur mit RFID Tags und Lesern aufgebauen. 

6.3 Freigaben 

Freigaben sind eine essentielle und zentrale Information, die aus einem LIMS in andere Abteilungen und Systeme verteilt werden. Über Freigaben lässt sich garantieren, dass keine Verarbeitung von Rohstoffen oder Auslieferung von Produkt erfolgt, die den Qualitätsansprüchen den Produzenten nicht genügen oder sogar eine Gefahr darstellen. Laborfreigaben sind damit wichtige Entscheidungspunkte in den Arbeitsabläufen der anderen Abteilungen und das LIMS legt ein besonderen Fokus auf diese Funktionalität.

6.4 Warnungen 

Über die Verteilung von Warnungen bezogen auf kritische Analysewerte, ist es möglich, dass Mitarbeiter innerhalb, aber auch außerhalb des Labors schon früh auf ungewollte Qualitätsveränderungen reagieren. Warnung müssen nicht zwingend ein Ausschuss-Grund für Produkt oder Rohstoff sein, da die Festlegung der Kriterien betriebsintern erfolgt. Eine Warnung kann aber eine wichtige Information sein, um Maßnahmen zu ergreifen, um Produktausschuss zu vermeiden.

7. Integration des LIMS in die Industrie 4.0 

Der Wandel zur Industrie 4.0 beschreibt im Kern die bestmögliche Vernetzung von Produktionssystemen, Produktionsmaschinen, Lieferanten, Kunden und dem Produkt selbst. Innerhalb dieser Vision ist das LIMS und die Labor-IT ein wichtiger Teilnehmer, der über viele Daten verfügt. Ein LIMS sollte daher immer die Voraussetzungen erfüllen, Schnittstellen für die Vernetzung mit der Industrie 4.0-Infrastruktur bereitzustellen und automatisiert Daten liefern zu können. 

Ein LIMS ist eine wichtige Datenquelle für Industrie 4.0 in der Prozessindustrie

7.1 Selbststeuerung und Selbstoptimierung der Produktion 

In der Produktion wird mit der Industrie 4.0 angestrebt, dass die Selbstoptimierung und Selbststeuerung erreicht wird. Kann ein Produktionsprozess zu diesem Zweck an entscheidenden Punkten auf die Daten des LIMS zugreifen und Anfragen stellen, kann der Prozess in Echtzeit sein Verfahren aufgrund der aktuellen Labordaten optimieren und selbst Entscheidungen treffen, also sich selbst steuern. Ein wichtiger Schritt in Richtung Industrie 4.0.  

7.2 Vorbeugende Wartung 

Neben vielen anderen Aspekten wird auch die vorbeugende Instandhaltung im Konzept von Industrie 4.0 betrachtet. Auch hierfür lassen sich Daten aus dem LIMS heranziehen. So geben Inhaltsstoffe oder chemische Messwerte von Betriebsmitteln Auskunft über die Notwendigkeit eines Austausches oder lassen Rückschlüsse auf den Zustand anderer Komponenten zu, die dann als Auslöser für eine vorbeugende Wartung dienen können.   

8. Nutzergruppen: Wer nutzt ein LIMS? 

8.1 Laborleitung 

Die Laborleitung nutzt das LIMS zur Planung von Probenahmen, zur Ermittlung des aktuellen Status und für Auswertung zur rechtzeitigen Erkennung von Ausnahmesituation, auf die reagiert werden muss. 

Das LIMS ist das Managementsystem für die Laborleitung.

8.2 Labormitarbeiter 

Die Labormitarbeiter nutzen eine LIMS am intensivsten, da ihr Tagesablauf durch das LIMS organisiert ist. Zu erstellende Proben und eingehende Proben werden bearbeitet, Analysen werden durchgeführt, erfasst und kontrolliert. Freigaben werden getätigt und Kundenzertifikate erstellt. Werden Grenzwerte verletzt, leiten die Labormitarbeiter entsprechende Maßnahmen in die Wege. 

8.3 Qualitätsmanagement 

Die Qualitätssicherung prüft über das LIMS, wie weitreichend die Abdeckung der Qualitätskontrolle ist und bindet es in entsprechende Konzepte ein. Gegenüber Kunden und für gesetzliche Anforderungen wird das LIMS zum Nachweis der operativen Durchführung von QS-Konzepten genutzt. In Audits wird auf das LIMS als operative Umsetzung der Prozessbeschreibung zugegriffen.

8.4 Laborexterne 

Alle Labor-Externen sind keine direkten Nutzer des LIMS, sondern profitieren an verschiedensten Stellen von den zentral verfügbaren Analysedaten. Der Zugriff ist sehr vielfältig. Es wird über eigene verknüpfte Systeme zugegriffen, über bereitgestellte leichtgewichtige Schnittstellen (z.B. Webseiten) oder voll automatisiert über einen Zugriff der Prozesse auf die Labordaten im Hintergrund. 

Der Nutzen eines LIMS beschränkt sich nicht auf das Labor, sondern erstreckt sich in viele Bereiche des Betriebs.

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