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Kommunikationsstandards Sprich doch Labor mit mir – Sila und OPC UA

Von Christian Lüttmann

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Zwei Geräte, zwei Systeme, zwei Sprachen – damit ist zunehmend Schluss im Labor. Digitalisierung und Vernetzung nehmen zu und erfordern einheitliche Kommunikation zwischen den Geräten. Hierbei haben sich zwei Initiativen als besonders engagiert hervorgetan. Können sie die Sprache der Laborgeräte einen?

Ohne Standards ist die Kommunikation von Laborgeräten eine große Herausforderung.
Ohne Standards ist die Kommunikation von Laborgeräten eine große Herausforderung.
(Bild: © Visual Generation, © artenot - stock.adobe.com)

Seit Konrad Zuse 1941 den ersten Computer der Welt baute, hat sich einiges getan. Heute sind die Rechenmaschinen quasi überall um uns herum und prägen unser Leben im privaten wie auch im Berufsalltag. Das Labor ist hier ein Ort, der besonders hervorzuheben ist. Denn es gibt kaum Umgebungen, in denen Daten und deren Verarbeitung eine größere Rolle spielen als im Laborumfeld. Kein Wunder also, dass sich mit der rasanten Weiterentwicklung der Informationstechnologie (IT) auch das Labor weiterentwickelt hat. Der Trend heißt schon seit Jahren Digitalisierung bzw. Labor 4.0 – angelehnt an die Industrie 4.0 vom „großen Bruder“, der Prozessindustrie. So wie dort Maschinen voll automatisiert zusammenarbeiten, so sollen auch im Labor die Geräte und Programme ein Netzwerk bilden und die Arbeitsabläufe beschleunigen.

Das klappt in den Grundsätzen bereits gut, komplett reibungslos und benutzerfreundlich ist es meistens aber nur in der Theorie. Denn immer wieder fehlt es an einem wichtigen Element: Einem hersteller- und plattformunabhängigen Standard, der die vielen Instrumente in einem Analytiklabor vereint und ihnen eine gemeinsame Sprache gibt, die alle verstehen. Dass die Labore hier der Industrie um Jahre oder gar Jahrzehnte hinterher hängen, hat u. a. mit der hohen Spezialisierung der Anbieter zu tun. Das Labor ist eher ein Nischenmarkt, die Wettbewerber dort sind relativ klein. In der Automobilindustrie muss ein großer Hersteller sich an Standards halten, wenn er seine Fahrzeuge verkaufen will. Im Labor sind die Geräte so speziell, dass es auch reicht, wenn ein Hersteller als einziger eine Nische bedient. Dann kaufen die Anwender die Geräte, egal ob diese Standards nutzen oder nicht.

Zwei Wege der einheitlichen Kommunikation im Labor

Wenn das vielbeschworene Labor der Zukunft den Praxis­test bestehen soll, müssen Schnittstellen geschaffen werden, über die sich Geräte herstellerunabhängig verknüpfen lassen. Da soll die Pipette genauso wie die Waage mit dem LIMS verknüpft sein, um die Proben­vorbereitung zu dokumentieren. Und die Daten des Massenspektrometers müssen sich mit dem Smartphone auslesen lassen, um bequem den Verlauf der Messung aus dem Büro zu verfolgen. Waren in den Anfängen der Digitalisierung Hersteller noch mit ihren eigenen Programmen und Dateiformaten im Reinen, besinnen sich nun immer mehr Unternehmen darauf, plattform­unabhängige Lösungen anzubieten.

Zurzeit sind für die Standardisierung der Laborschnittstellen vor allem zwei Ansätze relevant: Das seit 2019 veröffentlichte Sila 2 und der Industrie-Platzhirsch OPC UA, der mit der Lads-Spezifikation bald eine aufs Labor zugeschnittenen Erweiterung bekommen soll. Beides sind Kommunikationsstandards, mit denen Geräte und Systeme untereinander Daten austauschen und sich so vernetzen. Ohne solche Standards wäre es im Labor wie am internationalen Flughafen: Alle hätten etwas zu sagen, aber kaum jemand versteht den anderen. Ohne Standards sind Gerätekommunikation und Datenübertragung nur unbrauchbares Rauschen.

Sila – ein neuer Standard extra für die Laborumgebung

Um hier einen Ausweg zu bieten, hat sich 2008 das Sila-Konsortium zusammengetan. Die Non-Profit Organisation hat sich die „Standardization in Lab Automation“ (Sila) zum Ziel gesetzt. Nach einem ersten, noch wenig beachteten Anlauf 2009 starteten sie 2016 neu und kündigten mit Sila 2 ein überarbeitetes Konzept an – diesmal ausgehend von den Anwendern statt von den Geräte­herstellern. Und diesmal mit Erfolg: Es formte sich eine stetig wachsende Community von Unterstützern, die sich diesem frei verfügbaren Standard fürs Labor anschlossen. „Technisch gesehen ist Sila ein Microservice Framework so wie andere IoT- oder Web-Standards – aber wir haben ein bisschen Life-Science-Feenstaub drübergemacht: es spricht damit die Sprache von Prozessen und Daten im Labor“, erklärt Daniel Juchli von Wega Informatik, Mitglied im Sila-Vorstand.

Seit 2019 ist Sila 2 verfügbar und kann von Herstellern implementiert werden. So wie USB eine Hardware-Schnittstelle für diverse Geräte an einem PC ist, so stellt Sila 2 eine digitale Schnittstelle für die Gerätekommunikation im Labor dar. Per WLAN oder Bluetooth sendet beispielsweise eine Waage ihren Status in die Laborumgebung und kann automatisch von einem Sila-Client erkannt werden. Voraussetzung ist natürlich, dass die Geräte den Standard auch verwenden.

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Der Standard, der auf die Community aufbaut, wird die größten Chancen haben.

Daniel Juchli, Wega Informatik

Prinzipiell könne jeder Laborgerätehersteller seine Produkte mit Sila 2 ausstatten, sagt Juchli. Die Software ist als Open Source frei und kostenlos verfügbar. Hilfe bei der Implementierung bieten die wachsende Community der Organisation sowie die frei zugänglichen Referenzimplementierungen auf der Software Plattform Gitlab. Für Anwender ist das alles im Grunde irrelevant. Bei ihnen zählt nur, dass die Geräte ohne Aufwand miteinander und mit der bestehenden Laborinfrastruktur kompatibel sind – eben der klassische „Plug and Play“-Gedanke, der vom USB-Standard bekannt ist. In dieser erwarteten Selbstverständlichkeit liegt allerdings auch eine große Hürde. „Sila ist quasi unsichtbar. Das ist eine Schwierigkeit, den Standard zu verbreiten und darauf aufmerksam zu machen“, sagt Juchli.

Der Industrie-Platzhirsch in neuem Gewand: OPC UA mit Lads

Hier hat es die OPC Foundation etwas leichter, da sie bereits auf eine über 25 Jahre lange Geschichte zurückblicken kann. Seit ihrer offiziellen Gründung 1996 verfolgt sie das Ziel, einen herstellerunabhängigen Datenaustausch zu gewährleisten. OPC stand ursprünglich für OLE (Microsoft Object Linking & Embedding) for Process Control und war damals noch an die Windows Betriebssysteme und Netzwerke von Microsoft gebunden. Mit der Einführung der OPC Unified Architecture (OPC UA) im Jahr 2007 löste sich der Standard von Microsoft und ist seitdem unabhängig einsetzbar.

In der Prozessindustrie ist OPC UA bereits weitgehend etabliert und hat die Entwicklung der Industrie 4.0 vorangetrieben. Seit 2020 entwickelt eine eigene Arbeitsgruppe die laborspezifische Companion Specification Lads (Laboratory and Analytical Device Standard). Diese Erweiterung von OPC UA soll ab ihrer Veröffentlichung im 3. Quartal 2024 den besonderen Anforderungen von Labordaten gerecht werden und wie Sila 2 eine herstellerunabhängige Geräte- und System-Kommunikation erlauben.

Bei Industrie 4.0 bringt OPC UA Musik in die Geschichte: Labordaten können leicht mit Industrieprozessen verknüpft werden.

Sören Rose, Geschäftsführer, Inray Industriesoftware

Die Vergangenheit als Industriestandard ist hier Vorteil und Nachteil zugleich. Vorteil ist, dass ein Laborgerät mit OPC-Implementierung leicht an industrielle Prozessabläufe zu koppeln ist. In einem Milchbetrieb etwa, wo der Eiweißgehalt laufend gemessen wird und direkten Einfluss auf den Produktionsablauf hat, lässt sich dies leicht realisieren, da die Systeme in der Produktionskette ohnehin überwiegend mit OPC UA kommunizieren. „Wenn beide Seiten OPC UA haben, passt das wie Stecker und Steckdose zusammen“, vergleicht Sören Rose, Geschäftsführer von Inray Industriesoftware und Anbieter des OPC Router. Der Nachteil – zumindest für Hersteller, die den Standard implementieren wollen: Da er über die Jahre immer weiter gewachsen ist und zahlreiche Spezifikationen bietet, kann die Einstiegshürde hier deutlich höher sein als bei dem vergleichsweise schlanken Sila 2.

Gib es am Ende nur noch den einen Standard?

Für Anwender macht es letztlich keinen Unterschied, ob Geräte, Software Systeme, Sensoren etc. per OPC Lads oder Sila 2 gekoppelt sind – Hauptsache die Geräte­anbindung funktioniert „von selbst“. Bleibt am Ende die Frage: Wer gewinnt denn nun den Wettbewerb der Laborstandards? „Keiner wird gewinnen“, sagt Inray- Geschäftsführer Rose. „Es wird immer vielfältig sein und das ist ja auch gut so.“ Mehrere Standards können durchaus parallel existieren und auch gerechtfertigt sein.

Am Ende sollten die Hersteller der Geräte und Softwareentwickler selbst am besten wissen, was für deren Zielgruppen geeignet ist. Sila 2 und OPC UA Lads sind schließlich nicht exklusiv, sondern können auch beide gleichzeitig unterstützt werden. Agilent beispielsweise hat sich sowohl zu Sila als auch zu Lads bekannt. Und auch die Anwender aus den Laboren können die Zukunft der Schnittstellen mit beeinflussen. Dazu müssen sie nicht einmal Mitglied in einer der Arbeitsgruppen werden. Es hilft schon, bei den Geräteherstellern nach den verwendeten Kommunikationsstandards nachzufragen. So bekommen Lads und Sila mehr Aufmerksamkeit und werden weiter wachsen und die Einrichtung neuer Laborgeräte erleichtern. (clu)

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