輾轉于實驗室與生產現場的測量技術

文/ Domink Stephan

從實驗室到生產過程，Endress+Hauser公司的全方位分析方法是否仍然有效？——隨時隨地地進行測量：無論是在實驗室中進行高靈敏度的檢測分析，還是在滿足極限值要求的生產線中現場檢測，測量方法無處不在。

實驗室中的“紅”和生產現場的“藍”：Endress+Hauser公司開發出了可以在實驗室和生產現場使用的傳感器解決方案

實驗室和控制室中的工作人員可以清楚地看到隱藏在可見世界背后的東西。但不同應用領域提出的要求又有很大不同：過程分析可以是通常的在線分析、實時分析，同樣，實驗室的同事也可以在生產過程之外安安靜靜地分析樣本——但這些樣本必須安全可靠地送達實驗室。實驗室和生產現場這兩個世界真的相隔甚遠嗎？換而言之：實驗室中的檢測分析方法能在生產現場使用嗎？有什么可行的方法嗎？

至 少，Basel市 附 近 的人堅信這一點：自2016年Endress+Hauser公司接管了實驗室自動化技術公司Analytik Jena之后，紅與藍就成為了這2家公司的標志性顏色，Endress+Hauser公司也由此成為一家擁有全方位檢測分析技術的供應商企業。但全方位檢測分析供應商的頭銜真的名副其實嗎？最終是否能找到一個真正合適的測量解決方案？

從實驗室轉移到生產現場

得出臨時結論的時間：2020年，Endress+Hauser公 司 在Scandrop 2型紫外可見光譜儀旁展示了2款過程分析傳感器——Memosens Wave CKI50和CAS80E。從外觀來看，這2款過程分析傳感器沒有太多的共同點：Memosens Wave CKI50集成了10英寸觸摸屏的緊湊型“臺式設備”，兼顧著令人愉悅的圓角和符合人體工程學的使用操作設計；一個有著簡潔外觀的不銹鋼外殼，使得CAS80E可以在滿是污垢的污水中直接使用。合適的變速器使傳輸的數據可以在LCD顯示屏上看得清清楚楚，從而不需要高清的GUI顯示屏；除了具有符合人體工程學原理的使用操作性能之外，還具有即插即用功能，能夠方便地集成到控制系統之中。盡管如此，但實際上這2款傳感器屬于同一類別的產品。

實際檢測時，2款傳感器所采用的光譜技術是相同的：早在2013年，Endress+Hauser公司在收購Kaiser公司時就已經具備生產這類傳感器的能力了。Endress+Hauser公司不僅自己從不斷擴大的投資中受益，而且也使廣大用戶從中受益。“我們的實驗室檢測儀器和設備能夠應用于所有的生產過程中。”Endress+Hauser公司首席執行官Menfred Jagiella博士非常肯定地說道。這樣一來，可以更好地利用實驗室樣本檢測和化學計量模型，并能對檢測值進行比較。經歐洲衛生工程設計組織（EHEDG）認證的CKI50也可以在有衛生要求和易燃易爆的危險環境中使用。

測量技術專家Endress+Hauser公司計劃將更多的采用Memosen技術、可以在流體技術領域中統一使用的即插即用光譜檢測方法和現場檢測儀器設備推向市場。這些測量儀器設備搭配使用了感應式的能源供應和數據傳輸技術，無需連接導線，類似于電動牙刷的充電方式。這樣，即使在生產現場也能像在實驗室中一樣簡單地完成一些高精度的檢驗測量工作了。

“將實驗室的檢測技術轉移到生產現場不僅僅是簡單地下放到生產層的問題。”Endress+Hauser公司業務發展總監Dirk Neirinck解釋道。通過向生產現場轉移檢測數據，未來的數據管理工作也會更加密切地聯系在一起。原來的實驗室信息管理系統（LIMS）與生產制造執行系統（MES）或者過程控制系統始終是相互分離的兩個世界，將來則有可能在通用標準、接口技術和共享數據庫的幫助下將整個流程工藝生產過程整合到一起。Endress+Hauser公司的解決方案、軟件和硬件工具Memobase將會為用戶提供巨大的支持，最多可以將4個Memosenso傳感器連接到計算機中，并能完成保持數據和數據輸入輸出的任務。在這些傳感器應用于生產現場之前，應首先在實驗室中對它們進行計量鑒定。

在克服障礙中前行

在實驗室進行了學習就意味著完全了解了這一技術嗎？可以說不完全是。工作強度、項目進展的加快和縮短項目開發時間等也是項目負責人必須承受的壓力。按照采樣的先后順序依次檢驗樣本的檢測方法已經跟不上全自動生產時代的步伐。另外，通過審核認證的生產工藝流程通常不會進行改動，除非必要時，但也只需在很小范圍內進行局部的修改。

另外，在很長一段時間里，大多數藥典都沒有充分考慮使用數字技術傳感器的可能性。通常都是通過復雜、費時費力的采樣技術采集產品樣本，繼而送到實驗室中檢查產品的質量。但其他方法也能達到同樣的目的：利用參數確認法就可以認定在流程工藝參數誤差允許范圍內的產品質量是否合格。利用流程工藝過程分析技術（PAT）就可以判斷產品是否符合質量標準。從質量檢驗到質量保證——省略了復查檢驗過程會為生產節約大量的時間，實驗室的工作也會更加輕松。但真正做到這一點還有很長的一段路要走。人們通常喜歡借鑒那些久經考驗的工藝技術，而不是采用創新性的新方法。

在實驗室與生產過程攜手并進之前，還有許多需要克服的障礙。也許數字化技術就是實驗室檢驗分析技術與現場測量技術之間的橋梁和紐帶。在Endress+Hauser公司的總部里，人們除了要克服技術上的障礙之外，還必須克服來自自己頭腦中的障礙。