TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael A1 - Sperling, M. A1 - Huber, C. A1 - Hayen, H. A1 - Teutenberg, T. A1 - Belder, D. A1 - Karst, U. A1 - Hagenhoff, B. A1 - Vogel, M. T1 - Prozessanalytik: Spektroskopie und Miniaturisierung N2 - Forderungen nach höherer Geschwindigkeit und die Komplexität der Fragen geben der analytischen Chemie neue Impulse. So nutzt die Prozessanalytik gepulste Ramanspektrometer, die Elemente Arsen und Quecksilber dominieren die Forschung in der Speziesanalytik, und die Omics-Techniken entwickeln sich zu Multi-Omics-Ansätzen. Ambiente MS-Techniken benötigen keine aufwendige Probenvorbereitung, multidimensionale Trenntechniken werden verstärkt in der Routine eingesetzt, und Chip-basierte Trennungen fallen durch Schnelligkeit auf. Molekülspektroskopie und Massenspektrometrie dominieren die bildgebenden Verfahren, und die Lateralauflösung der ToF-Sekundärionenmassenspektrometrie hat sich bei Oberflächenuntersuchungen verbessert. KW - Prozessanalytik KW - Quanten-Kaskadenlaser KW - Photonendichtewellen-Spektroskopie KW - Gepulste Ramanspektrometer KW - Partikelmesstechnik KW - Prozesssensoren PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-361371 UR - http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/nadc.20164046080/abstract DO - https://doi.org/10.1002/nadc.20164046080 SN - 1868-0054 VL - 64 IS - 5 SP - 497 EP - 508 PB - Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA CY - Weinheim AN - OPUS4-36137 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Zientek, Nicolai A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, Simon T1 - Low field NMR spectroscopy for online monitoring N2 - Online NMR spectroscopy is an excellent tool to study complex reacting multicomponent mixtures and gain process insight and understanding. For online studies under process conditions, flow NMR probes can be used in a wide range of temperature and pressure. This paper compiles the most important aspects towards quantitative process NMR spectroscopy in complex multicomponent mixtures and provides examples. After NMR spectroscopy is introduced as an online method and for technical samples without sample preparation in deuterated solvents, influences of the residence time distribution, pre-magnetization, and cell design are discussed. NMR acquisition and processing parameters as well as data preparation methods are presented and the most practical data analysis strategies are introduced. T2 - Sonderkolloquium der INVITE-GmbH CY - Leverkusen, Germany DA - 07.09.2016 KW - Industrie 4.0 KW - CONSENS KW - Prozessanalytik KW - Online NMR spectroscopy PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-361417 AN - OPUS4-36141 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Zientek, Nicolai A1 - Laurain, Clement A1 - Meyer, Klas A1 - Paul, Andrea A1 - Engel, D. A1 - Kraume, M. A1 - Guthausen, G. T1 - Automated Data Evaluation and Modeling of Simultaneous 19F-1 H Benchtop NMR Spectra for Online Reactin Monitoring N2 - Benchtop nuclear magnetic resonance spectroscopy currently develops to an important analytical tool for both quality control and process monitoring. In contrast to high resolution online NMR (HR-NMR), benchtop NMR can be operated under rough environmental conditions. A continuous re-circulating stream of reaction mixture from the reaction vessel to the NMR spectrometer enables a non-invasive, volume integrating online analyses of reactants and products. Here we investigated the esterification of 2,2,2-trifluoroethanol with acetic acid to 2,2,2-trifluoroethyl acetate both by 1H HR-NMR (500 MHz) and 1H and 19F MR NMR (43 MHz and 40 MHz) as a model system. The parallel online measurement was realized by splitting the flow, which allowed the adjustment of quantitative and independent flow rates, both in the benchtop NMR probe as well as in the HR-NMR probe, in ad-dition to a fast bypass line back to the reactor. T2 - SMASH 2015 (Small Molecules NMR Conference) CY - Baveno, Italy DA - 20.09.2015 PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-351645 AN - OPUS4-35164 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Gräßer, Patrick A1 - Wander, Lukas A1 - Guhl, Svetlana A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, Simon T1 - Innen hui und außen pfui – Smarte Prozess-Sensoren in der gegenwärtigen Automatisierungslandschaft der Prozessindustrie N2 - Prozess-Sensoren 4.0 vereinfachen ihre Einbindung über Plug and Play, obwohl sie komplexer werden. Sie bieten Selbstdiagnose, Selbstkalibrierung und erleichterte Parametrierung. Über die Konnektivität ermöglichen die Prozess-Sensoren den Austausch ihrer Informationen als Cyber-physische Systeme mit anderen Prozess-Sensoren und im Netzwerk. Der Wandel von der aktuellen Automation zum smarten Sensor ist im vollen Gange. Automatisierungstechnik und Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) verschmelzen zunehmend. Eine Topologie für smarte Sensoren, die das Zusammenwirken mit daten- und modellbasierte Steuerungen bis hin zur Softsensorik beschreibt gibt es heute jedoch noch nicht. Wir müssen jetzt schnell die Weichen für eine smarte und sichere Kommunikationsarchitektur stellen, um zu einer störungsfreien Kommunikation aller Komponenten auf Basis eines einheitlichen Protokolls zu kommen. Unnötiges Schnickschnack ist nicht erwünscht. Wenn die Prozessindustrie dieses nicht definiert, tun es andere. Für die weitere Entwicklung von der Ist‐Situation zu einer Industrie-4.0-Welt in der Prozessindustrie werden mehrere Szenarien diskutiert. Diese reichen vom erleichterten Abruf sensorbezogener Daten über zusätzliche Kommunikationskanäle zwischen Sensor und mobilen Endgeräten über vollständig bidirektionale Kommunikation bis hin zur Einbindung der Cloud und des Internets in virtualisierte Umgebungen. Um zu einer störungsfreien Kommunikation aller Komponenten untereinander zu kommen, muss mindestens ein einheitliches Protokoll her, das alle sprechen und verstehen. Der derzeit greifbarste offengelegte Standard, der moderne Kommunikationsanforderungen erfüllt, ist OPC Unified Architecture (OPC-UA). Viele halten das Sortieren der Kommunikationsstandards für eines der wesentlichen Errungenschaften von Industrie 4.0. Der Vortrag greift die Anforderungen der Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ auf und zeigt Möglichkeiten zu ihrer Realisierung am Beispiel eines Online-NMR-Analysators, der im Rahmen des EU-Projekts „CONSENS“ (www.consens-spire.eu) entwickelt wurde. Aktuelle und zukünftige öffentliche Förderung von Industrie 4.0-Projekten sind eine gute Investition. Wegen der hohen Komplexität und Interdisziplinarität gelingt die Umsetzung nur gemeinsam zwischen Anwendern aus der Prozessindustrie, Software- und Geräteherstellern sowie Forschungsgruppen. Anwender sind gefragt, diese neue Technologie durch eine beschleunigte Validierung und Akzeptanz umzusetzen. Sie erhalten die einzigartige Chance, ihre Prozesse und Anlagen wettbewerbsfähig zu halten. Kooperativ betriebenen F&E-Zentren und gemeinsam anerkannten Applikationslaboren kommt dafür eine hohe Bedeutung zu. T2 - 13. Dresdner Sensor Symposium CY - Dresden, Germany DA - 04.12.2017 KW - Prozessanalytik KW - Prozess-Sensoren 4.0 KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Continuous Manufacturing KW - Process Analytical Technology KW - CONSENS PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-432056 AN - OPUS4-43205 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Gräßer, Patrick A1 - Wander, Lukas A1 - Zientek, Nicolai A1 - Guhl, Svetlana A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, Simon T1 - Strangers in the Night – Smart Process Sensors in Our Current Automation Landscape N2 - The departure from the current automation landscape to next generation automation concepts for the process industry has already begun. Smart functions of sensors will simplify their use and enable plug-and-play integration, even though they may appear to be more complex at first sight. This is particularly important for concepts like self-diagnostics, self-calibration and self-configuration/parameterization. Intelligent field devices as parts of digital field networks, Inter-net Protocol (IP)-based connectivity and web interfaces, as well as advanced data analysis soft-ware will provide the basis for future projects like Industrie 4.0, Factory of the Future, or Industrial Internet of Things (IIoT). The talk summarizes the currently discussed general requirements for process sensors 4.0 and introduces an online NMR sensor as example. This sensor was developed to provide integrated control and sensing for sustainable operation of flexible intensified processes (CONSENS) funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme. T2 - Eurosensors 2017 Conference CY - Paris, France DA - 03.09.2017 KW - Process Monitoring KW - Smart Sensors KW - Online NMR Spectroscopy KW - Indirect Hard Modeling KW - Industrie 4.0 KW - Eurosensors PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-418271 UR - http://www.eurosensors2017.eu/ AN - OPUS4-41827 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kern, Simon A1 - Meyer, Klas A1 - Guhl, Svetlana A1 - Paul, Andrea A1 - Wander, Lukas T1 - Design and validation of a compact online NMR module N2 - Monitoring chemical reactions is the key to process control. Today, mainly optical online methods are applied, which are calibration intensive. NMR spectroscopy has a high potential for direct loop process control while cutting the calibration and validation needs to an minimum and thus exhibiting short set-up times. Compact NMR instruments make NMR spectroscopy accessible in industrial and harsh environments for advanced process monitoring and control. Intensified continuous processes are in focus of current research. Flexible (modular) chemical plants can produce different products using the same equipment with short down-times between campaigns and quick introduction of new products to the market. In continuous flow processes online sensor data and tight closed-loop control of the product quality are mandatory. Data analysis techniques are available but currently mostly used for off-line data analysis to detect the causes of variations in the product quality. This is addressed within the EU’s Research Project CONSENS by the development and integration of a smart NMR module for process monitoring. The presented NMR module is provided in a mobile explosion proof housing and involves a compact spectrometer together with an acquisition unit and a programmable logic controller for automated data preparation (phasing, baseline correction), and evaluation. Such “smart sensors” provide the basis for the future project “Industrie 4.0”, and Industrial Internet of Things (IIoT), along with current requirements to process control, model based control, or soft sensing. The module transforms the acquired online spectra of various technically relevant reactions to either conventional 4‒20 mA signals as well as WiFi based OPC-UA communication protocols, which enables NMR-based advanced process control and funny discussions with plant managers along with automation and safety engineers. T2 - Small Molecule NMR Conference (SMASH) CY - Baveno, Italy DA - 17.09.2017 KW - Online NMR spectroscopy KW - CONSENS KW - Reaction monitoring KW - Process control KW - Process analytical technology KW - Indirect hard modeling KW - Industrie 4.0 KW - Smart sensors KW - SMASH PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-419473 UR - http://www.smashnmr.org/conference/program AN - OPUS4-41947 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kern, Simon A1 - Meyer, Klas A1 - Guhl, Svetlana A1 - Gräßer, Patrick A1 - Paul, Andrea A1 - King, R. A1 - Maiwald, Michael T1 - Online low-field NMR spectroscopy for process control of an industrial lithiation reaction—automated data analysis N2 - Monitoring specific chemical properties is the key to chemical process control. Today, mainly optical online methods are applied, which require time- and cost-intensive calibration effort. NMR spectroscopy, with its advantage being a direct comparison method without need for calibration, has a high potential for closed-loop process control while exhibiting short set-up times. Compact NMR instruments make NMR spectroscopy accessible in industrial and rough environments for process monitoring and advanced process control strategies. We present a fully automated data analysis approach which is completely based on physically motivated spectral models as first principles information (Indirect Hard Modelling – IHM) and applied it to a given pharmaceutical lithiation reaction in the framework of the European Union’s Horizon 2020 project CONSENS. Online low-field NMR (LF NMR) data was analysed by IHM with low calibration effort, compared to a multivariate PLS-R (Partial Least Squares Regression) approach, and both validated using online high-field NMR (HF NMR) spectroscopy. KW - Online NMR spectroscopy KW - Process analytical technology KW - Partial Least Squares Regression KW - Indirect Hard Modeling KW - Benchtop NMR Spectroscopy KW - Smart Sensors KW - CONSENS PY - 2018 UR - https://link.springer.com/article/10.1007/s00216-018-1020-z DO - https://doi.org/10.1007/s00216-018-1020-z SN - 1618-2642 SN - 1618-2650 VL - 410 IS - 14 SP - 3349 EP - 3360 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg AN - OPUS4-44847 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Aktuelle Herausforderungen für die Prozessanalytik – von der Online-NMR-Spektroskopie im Feld bis zum Plasmaspektrometer auf dem Acker N2 - Der Vortrag stellt einige aktuelle Herausforderungen für die Prozessanalytik und mögliche Antworten vor. Gepulste Raman-Spektrometer akkumulieren das Raman-Signal mit Hilfe schneller optischer Schalter im Picosekunden-Bereich, bevor langlebigere Fluoreszenzanregung entsteht. Damit lassen sich stark fluoreszierende Materialien untersuchen, die bislang nicht zugänglich sind. Eine weitere interessante Entwicklung ist etwa die Shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS) die besonders für biologische Anwendungen interessant ist. Flexible, modulare Produktionsanlagen stellen einen vielversprechenden Ansatz für die kontinuierliche Produktion von Fein- und Spezialchemikalien dar. In einem EU-Projekt wurde die Feldintegration eines Online-NMR-Sensormoduls als smartes Modul für die Prozesskontrolle vorangebracht. Dieses Modul basiert auf einem kommerziell erhältlichen Niederfeld-NMR-Spektrometer, welche zurzeit für die Anwendung im Laborbereich erhältlich ist. Für die Feldintegration wurde ein ATEX-zertifiziertes, explosionsgeschütztes Gehäuse entwickelt sowie Automationsschemen für den unbeaufsichtigten Betrieb und für die kalibrierfreie spektrale Datenauswertung erstellt. Eine sehr gut anwendbare analytische Messtechnik zur Kontrolle der elementaren Zusammensetzung von verschiedensten Materialien ist die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS, engl. LIBS - Laser-induced Breakdown Spectroscopy). Bei der LIBS wird ein kurz gepulster Laser auf eine Probe fokussiert, um ein Leuchtplasma zu erzeugen. Das dabei erzeugte Atomemissionsspektrum ermöglicht eine qualitative und quantitative Analyse der Zusammensetzung der Probe bezüglich praktisch aller Elemente des Periodensystems. In einem aktuellen Projekt wird diese Methode neben anderen zur Online-Analyse von Ackerböden für die ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) weiterentwickelt und bewertet. T2 - Seminar der Institute Analytische Chemie CY - Universität Duisburg-Essen, Essen, Germany DA - 23.04.2018 KW - Prozessanalytik KW - Time-gated Raman-Spektroskpie KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Laser-induced Breakdown Spectroscopy KW - Online-RFA-Spektroskopie PY - 2018 AN - OPUS4-44754 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Gräßer, Patrick A1 - Wander, Lukas A1 - Guhl, Svetlana A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, Simon T1 - Already Producing or Still Calibrating? – Online NMR Spectroscopy as Smart Field Device. N2 - The departure from the current automation landscape to next generation automation concepts for the process industry has already begun. Smart functions of sensors simplify their use and enable plug-and-play integration, even though they may appear to be more complex at first sight. Monitoring specific information (i.e., “chemical” such as physico-chemical properties, chemical reactions, etc.) is the key to “chemical” process control. The talk introduces a smart online NMR sensor module provided in an explosion proof housing as example. This sensor was developed for an intensified industrial process (pharmaceutical lithiation reaction step) funded by the EU’s Horizon 2020 research and innovation programme (www.consens-spire.eu). Due to NMR spectroscopy as an “absolute analytical comparison method”, independent of the matrix, it runs with extremely short set-up times in combination with “modular” spectral models. Such models can simply be built upon pure component NMR spectra within a few hours (i.e., assignment of the NMR signals to the components) instead of tedious calibrations runs. The talk also generally covers current aspects of high-field and low-field online NMR spectroscopy for reaction monitoring and process control giving an overview from direct dissolution studies of API cocrystals to studies of emulsions for a hydroformylation. T2 - Boston and Cambridge NMR community seminar CY - Cambridge, MS, USA DA - 02.03.2018 KW - Process Monitoring KW - Process Control KW - Pprocess analytical technology KW - Indirect Hard Modeling KW - Spectral Modeling KW - CONSENS PY - 2018 AN - OPUS4-44348 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Cyber-physical Testlabs: Anforderungen an modulare Labore im Zeitalter der Digitalisierung N2 - Von der zunehmenden Digitalisierung sind alle Bereiche von Wirtschaft, Industrie und Gesellschaft betroffen. Die Digitalisierung führt zu einer verstärkten virtuellen Nutzung von Ressourcen und zu einer hochdynamischen Entwicklung der zugehörigen Forschungs- und Technologiefelder. Neue Technologien sind die Basis für die erfolgreiche Weiterentwicklung des Wirtschaftsstandortes Deutschland und für eine Wertschöpfung in globalen Märkten. Die nachhaltige Sicherheit neuer Technologien schafft das Vertrauen der Bürger in den Wandel und sichert unsere Zukunft. Im Vortrag werden Anforderungen und Lösungsvorschläge für das Labor der Zukunft diskutiert. Industrie 4.0 bzw. das Labor 4.0 hilft uns, komplexere Prozesse schneller umzusetzen. Entwicklung von Anlagen und Prozessen beginnt im Labor 4.0. Dazu werden offene, nicht proprietäre Schnittstellen und Standards bei Laborgeräten und Feldgeräten dringend benötigt. Der Standard OPC-UA wird derzeit als gesetzt gesehen. Als nächstes ist die Festlegung der Semantik (Companion Specification) erfordert. Als Bitte an die Zulieferer und Geräterhersteller wird gerichtet, möglichst keine Alleingänge hinsichtlich Schnittstellen, Standards oder GUI zu unternehmen, sondern diese mit den Anwendern abzustimmen. Auf diese Weise ergibt sich das in Industrie 4.0 geforderte "durchgehende Engineering“. Die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland/Europa ergibt sich dann gleich in doppelter Hinsicht: Sichere, verfügbare und effiziente Herstellung international wettbewerbsfähiger Produkte für die Anwender sowie weltweiter Export von Mess- und Regeltechnik für die Messtechnikbranche. T2 - Analytica Expertenpanel: IoT im Labor 4.0 - Laborgeräte auf dem Weg zu Smart Devices CY - München, Germany DA - 11.04.2018 KW - Smarte Feldgeräte KW - Cyber-physical Test Labs KW - Industrie 4.0 KW - Cyberphysisches Labor PY - 2018 AN - OPUS4-44679 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Anforderungen der Prozessindustrie an Gerätekommunikation N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über die aktuellen Diskussionen zu Feldgerätekommunikation in der Prozessindustrie. Diese verfolgt seitens der Anwender in der NAMUR das NOA-Konzept (NOA = NAMUR Open Architecture). In gemeinsamen Aktivitäten mit dem ZVEI werden mit Zielstellung Mitte/Ende 2019 folgende Konzepte vorangebracht: NOA Informationsmodell in OPC UA, Informationssicherheit und das Konzept des „Verification of Request“. Gemeinsam mit Geräte- und Softwareherstellern sollen auch M+O-Sensoren (Maintenance und Optimization) konzipiert werden. Aus dem NAMUR AK 3.7 heraus wurde im Oktober ein Erweiterter Arbeitskreis „Smarte Sensoren, Aktoren und Kommunikation“ kontituiert, dem auch Geräte- und Softwarehersteller und das BSI angehören. Hier werden konkrete Anwendungsfälle für smarte Feldgeräte und Anforderungen an M+O-Sensoren erarbeitet, um die Bereitstellung und den Einsatz smarter Automatisierungskomponenten zu beschleunigen. Zukünftig werden das „Smarte Labor“ und die „Smarte Produktion“ stärker zusammenwachsen. T2 - 5. Sitzung Projektgruppe „Vernetzte Laborgeräte“ SPECTARIS e.V., Berlin CY - Berlin, Germany DA - 14.11.2018 KW - Prozessindustrie KW - Digitalisierung KW - Industrie 4.0 KW - NAMUR Open Architecture (NOA) KW - M+O-Sensoren KW - Spectaris PY - 2018 AN - OPUS4-46586 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Smarte Feldgeräte – Nur "Smartisiert" oder Echte Chance für die Zukünftige Automatisierung? N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemieunternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digitaler Technologien. Die volle Integration und intelligente Vernetzung von Systemen und Prozessen kommt zögerlich voran. Dieser Vortrag ist ein Loblied auf die Feldebene. Er möchte dazu ermutigen, die Digitalisierung der Prozessindustrie auf Basis smarter Sensorik, Aktorik und Kommunikation ganzheitlicher zu denken und informiert über aktuelle technische Perspektiven, wie das „Ein-Netzwerk-Paradigma“, Ad-hoc-Vernetzungen, Edge-Computing, FPGAs, virtuelle Maschinen oder Blockchain. Diese geben smarter Sensorik, Aktorik und Kommunikation eine völlig neue Perspektive. N2 - To successfully survive in a changing environment, chemical companies must find new paths. The potential of digital technologies belongs to these. A full integration and intelligent interconnection of systems and processes progresses only hesitantly. This talk is a hymn on the field level. It should encourage to think digitization of process industry based on smart sensors, actuators, and communication more comprehensively and informs about current technical perspectives such as the “one-network paradigm”, ad-hoc connections, edge computing, FPGAs, virtual machines and blockchain. These give smart sensors, actuators, and communication a new perspective. T2 - Smart Field Devices – Just „smartified“ or a Real Chance for Future Automation? T2 - NAMUR Hauptsitzung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 08.11.2018 KW - Smarte Feldgeräte KW - Sensorik KW - Digitalisierung KW - Edge Computing KW - Dezentrale Netzwerke KW - NAMUR PY - 2018 AN - OPUS4-46559 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Workshop: Basic Statistics for NMR N2 - qNMR provides the most universally applicable form of direct concentration or purity determination without need for reference materials of impurities or the calculation of response factors but only exhibiting suitable NMR properties. The workshop presents basic terms of statistics and uncertainty analysis, which are the basis for qNMR spectroscopy and data analysis such as, e.g., standard deviations, linear regression, significance tests, etc. and gives typical examples of applications in qNMR spectroscopy. T2 - qNMR-Summit 2018 CY - Würzburg, Germany DA - 10.10.2018 KW - Quantitative NMR Spectroscopy KW - Statistics KW - Quality Assurance KW - NMR validation KW - qNMR PY - 2018 AN - OPUS4-46368 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR Spectroscopy: A Versatile Tool for Automated Continuous-Flow Production of Chemicals and Pharmaceuticals N2 - Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment. The potential of digital technologies belongs to these. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. In future, such fully integrated and intelligently interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - Seminar of Research Department „Life, Light & Matter“ of the InterdisciplinaryFaculty of the University of Rostock CY - Rostock, Germany DA - 08.01.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Low-field NMR Spectroscopy KW - Online NMR Spectroscopy KW - Modular Production KW - Process Industry KW - Fresenius Lecture PY - 2019 AN - OPUS4-47166 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Gräßer, Patrick A1 - Wander, Lukas A1 - Guhl, Svetlana A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Paul, Andrea A1 - Kern, Simon T1 - NMR Spectroscopy for Online Monitoring and Process Control N2 - The departure from the current automation landscape to next generation automation concepts for the process industry has already begun. Smart functions of sensors simplify their use and enable plug-and-play integration, even though they may appear to be more complex at first sight. Monitoring specific information (i.e., “chemical” such as physico-chemical properties, chemical reactions, etc.) is the key to “chemical” process control. The talk introduces a smart online NMR sensor module provided in an explosion proof housing as example. This sensor was developed for an intensified industrial process (pharmaceutical lithiation reaction step) funded by the EU’s Horizon 2020 research and innovation programme (www.consens-spire.eu). Due to NMR spectroscopy as an “absolute analytical comparison method”, independent of the matrix, it runs with extremely short set-up times in combination with “modular” spectral models. Such models can simply be built upon pure component NMR spectra within a few hours (i.e., assignment of the NMR signals to the components) instead of tedious calibrations runs. The talk also generally covers current aspects of high-field and low-field online NMR spectroscopy for reaction monitoring and process control. T2 - Lonza Shared Best Practice Seminar CY - Visp, Switzerland DA - 26.02.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Compact NMR Spectroscopy KW - Quantitative NMR Spectroscopy PY - 2019 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. AN - OPUS4-47453 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kern, Simon A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Guhl, Svetlana A1 - Wander, Lukas A1 - Meyer, Klas A1 - Paul, Andrea T1 - How online NMR spectroscopy accelerates chemical process development and manufacturing – From automated spectral analysis to integrated NMR micro reactors N2 - Accelerating chemical process development and manufacturing along with quick adaption to changing customer needs means consequent transformation of former batch to continuous (modular) manufacturing processes. These are justified by an improved process control through smaller volumes, better heat transfer, and faster dynamics of the examined reaction systems. As an example, for such modular process units we present the design and validation of an integrated nuclear magnetic resonance (NMR) micro mixer tailor‐made for a desired chemical reaction based on computational modelling. The micro mixer represents an integrated modular production unit as an example for the most important class of continuous reactors. The quantitative online NMR sensor represents a smart process analytical field device providing rapid and non‐invasive chemical composition information without need for calibration. We describe the custom design through computational fluid dynamics (CFD) for the demands of the NMR sensor as well as for the given reaction conditions. The system was validated with an esterification reaction as an example for a chemical reaction process. Systems utilizing such an online NMR analyser benefits through short development and set‐up times based on “modular” spectral models. Such models can simply be built upon pure component NMR spectra within minutes to a few hours (i.e., assignment of the NMR signals to the components) instead of tedious DoE calibrations runs. We present a range of approaches for the automated spectra analysis moving from statistical approach, (i.e., Partial Least Squares Regression) to physically motivated spectral models (i.e., Indirect Hard Modelling and Quantum Mechanical calculations). The approach was validated for typical industrial reactions, such as hydrogenations or lithiations. This work wants to show the benefit of NMR spectroscopy as online analytical technique in industrial applications for improving process understanding and efficiency. Especially development and set‐up times based on “modular” data analysis models will enable new production concepts, which are currently discussed with respect to digitization of process industry. PANIC is the ideal forum for such discussions in the application of NMR spectroscopy and its data analysis to the everyday problems in process industry. T2 - Practical Applicatiions of NMR in Industry Conference (PANIC) 2019 CY - Hilton Head Island, USA DA - 04.03.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Micro Reactor KW - Data Analysis KW - PANIC PY - 2019 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. AN - OPUS4-47488 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Die Digitalisierung der Prozessindustrie – Voll integrierte und intelligent vernetzte Sensoren und Prozesse für die kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemie-unternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digi-taler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisie-ren. Intensivierte, kontinuierliche Produktionsanlagen erlauben auch den Umgang mit schwierig zu handhabenden Substanzen. Grundvoraussetzung für solche Konzepte ist eine hochautomatisierte "chemische" Prozesskontrolle zusammen mit Echtzeit-Qualitätskotrolle, die "chemische" Informati-onen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine phar-mazeutische Lithiierungsreaktion aus einer modularen Pilot-Anlage betrachtet und dabei die Vorzüge eines vollautomatischen NMR-Sensors untersucht. Dazu wurde ein kommerziell erhältliches Benchtop-NMR-Spektrometer mit Permanentmagnet auf die industriellen Anforderungen, wie Explosionsschutz, Feldkommunikation und voll-automatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkon-zepten und für die Echtzeitoptimierung der Anlage getestet werden. Die NMR-Spektroskopie erwies sich als hervorragende Online-Methode und konnte zusammen mit einer modularen Datenauswertung sehr flexibel genutzt werden. Die Methode konnte überdies als zuverlässige Referenzmethode zur Kalibrierung konventioneller Online-Analytik eingesetzt werden. Zukünftig werden voll integrierte und intelligent vernetzte "smarte" Sensoren und Pro-zesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit ver-tretbaren Qualitätskosten möglich machen. T2 - ANAKON 2019 CY - Münster, Germany DA - 25.03.2019 KW - Digitalisierung KW - Datenauswertung KW - Digitaler Zwilling KW - Prozessindustrie KW - Prozessanalytik PY - 2019 AN - OPUS4-47650 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meyer, Klas A1 - Maiwald, Michael T1 - NMR Validation - Measurement Uncertainty N2 - There is a need within the NMR community to progress forward in exploring new facets in which we can use analytical techniques to advance our understanding of various systems. One aspect the NMR community hasn’t fully encompassed is the validation process, which also involves setting reference standards, establishing a common language that directly relates to NMR, communication relating to validation, and much more. This workshopcontribution starts with an overview on international metrology for qNMR spectroscopy. Since NMR is completely described by mathematical equations, the measurement unceartainty can directly be dreived from formula. Examples are presented. These are differentiated between type A and B evaluations. Finally the Expanded Unceartainty is defined. Since the user needs a risk-based unceartainty assessment, different "leagues" for routine, advanced, and high level needs are proposed to make clear, that no all sources of uncertainty have to be taken in considerention at practical levels. T2 - Practical Applications of NMR in Industry Conference (PANIC) 2019 - Validation Workshop CY - Hilton Head Island, USA DA - 04.03.2019 KW - Quantitative NMR Spectroscopy KW - qNMR KW - Uncertainty Evaluation KW - Weighing Uncertainty KW - NMR Method Validation PY - 2019 AN - OPUS4-47509 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Liehr, Sascha A1 - Wander, Lukas A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Kern, Simon A1 - Müller, S. A1 - Kowarik, Stefan T1 - Künstliche Neuronale Netze für quantitative Online-Spektroskopie in der Prozessindustrie – Lästige Modellbildung ade? N2 - Bei Industry 4.0 dreht sich alles um Interkonnektivität, sensorgestützte Prozesssteuerung und datengesteuerte Systeme. Prozessanalysentechnik (PAT) wie die Online-Kernresonanzspektroskopie (NMR) gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie zur Automatisierung und Digitalisierung in der Produktion beiträgt. Eine klassische Auswertung von Prozessdaten und deren Umsetzung in Wissen ist jedoch bisher in vielen Fällen aufgrund der unzureichend großen verfügbaren Datensätze nicht möglich oder nicht wirtschaftlich. Bei der Entwicklung eines automatisierten Verfahrens für die Prozesskontrolle stehen manchmal nur die Basisdaten einer begrenzten Anzahl von Batch-Versuchen aus typischen Produkt- und Prozessentwicklungskampagnen zur Verfügung. Diese Datensätze sind jedoch nicht groß genug, um maschinengestützte Verfahren zu trainieren. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde ein neues Verfahren entwickelt, das eine physikalisch motivierte Multiplikation der verfügbaren Referenzdaten erlaubt, um einen ausreichend großen Datensatz für das Training von maschinellen Lernalgorithmen zu erhalten. Das zugrundeliegende Beispiel einer chemischen Synthese wurde spektroskopisch verfolgt und mit der neuen Methode sowie mit einem physikalisch basierten Modell analysiert, wobei sowohl eine anwendungsrelevante Niederfeld-NMR als auch eine Hochfeld-NMR-Spektroskopie als Referenzmethode verwendet wurde. Künstliche neuronale Netze (ANNs) haben das Potenzial, bereits aus relativ begrenzten Eingabedaten wertvolle Prozessinformationen abzuleiten. Um jedoch die Konzentration unter komplexen Bedingungen (viele Edukte und weite Konzentrationsbereiche) vorherzusagen, sind größere ANNs und damit ein größerer Trainingsdatensatz erforderlich. Wir zeigen, dass ein mäßig komplexes Problem mit vier Edukten unter Verwendung von ANNs in Kombination mit der vorgestellten PAT-Methode (Niederfeld-NMR-Spektroskopie) und mit dem vorgeschlagenen Ansatz zur Erzeugung aussagekräftiger Trainingsdaten bewältigt werden kann. T2 - 16. Kolloquium Arbeitskreis Prozessanalytik CY - Online meeting DA - 23.11.2020 KW - Prozessindustrie KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Industrie 4.0 KW - Künstliche Neuronale Netze KW - Prozessanalytik KW - Digitale Transformation PY - 2020 AN - OPUS4-51647 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Aktuelles zur Technologie-Roadmap "Prozess-Sensoren 4.0" N2 - Die auf der NAMUR Hauptsitzung 2015 vorgestellte Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ zeigt die damaligen Anforderungen an Prozess-Sensoren sowie an deren Kommunikations-fähigkeiten auf. Wir berichten über die Umsetzungen der damaligen Ideen/Thesen aus heutiger Sicht und blicken nach vorn. T2 - Workshop NAMUR-Hauptsitzung 2020 CY - Online meeting DA - 05.11.2020 KW - Prozessindustrie KW - Technologie-Roadmap "Prozess-Sensoren 4.0" KW - NAMUR KW - Automation KW - Prozessanalytik KW - Sensoren PY - 2020 AN - OPUS4-51523 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Peters, Claudia A1 - Meyer, Klas T1 - Interlaboratory comparison of benchtop NMR spectrometers – Purities at 200 and 10 mmol/L N2 - Due to its advantages of being a direct comparison method, quantitative NMR spectroscopy (qNMR) becomes more and more popular in industry. While conventional high-field NMR systems are often associated with high investment and operational costs, the upcoming market of permanent-magnet based benchtop NMR systems show a considerable option for a lot of applications. The mobility of these systems allows to bring them more closely to the real production environment, e.g. for at-line quality control. In this work we present an interlaboratory comparison study investigating the qNMR performance of state-of-the-art benchtop NMR spectrometers. Therefore, BAM prepared two samples of a mixture of NMR reference standards tetramethylbenzene (TMB) and tetrachloronitrobenzene (TCNB) at concentration levels of 200 mM and 10 mM. These “ready-to-use” samples were sent to participant laboratories, which performed analysis on their benchtop NMR equipment of different vendors and fields from 43 to 80 MHz. Raw data was reported back and further investigated by using different data analysis methods at BAM. After this very first qNMR comparison study of benchtop NMR spectrometers show promising results, following studies are planned to cover more parts of the qNMR process, e.g. sample preparation and weighing, but also data analysis, as commonly done in similar studies for high-field NMR spectroscopy in industry and metrology. T2 - The United States Pharmacopeial Convention (USP) Emerging Technologies Workshop & Roundtable CY - Online meeting DA - 17.11.2020 KW - Quantitative NMR Spectroscopy KW - QNMR KW - Purity KW - Interlaboratory Comparison KW - Low-field NMR Spectroscopy PY - 2020 UR - https://www.cvent.com/events/emerging-technologies-workshop-roundtable-quantitative-nmr-and-digital-data-applications-overview-an/event-summary-f128e4bfbedc48d6946f554ea719d6b1.aspx?dvce=1 AN - OPUS4-51526 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fricke, F. A1 - Mahmood, S. A1 - Hoffmann, J. A1 - Brandalero, M. A1 - Liehr, Sascha A1 - Kern, Simon A1 - Meyer, Klas A1 - Kowarik, Stefan A1 - Westerdicky, S. A1 - Maiwald, Michael A1 - Hübner, M. T1 - Artificial Intelligence for Mass Spectrometry and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy N2 - Mass Spectrometry (MS) and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) are critical components of every industrial chemical process as they provide information on the concentrations of individual compounds and by-products. These processes are carried out manually and by a specialist, which takes a substantial amount of time and prevents their utilization for real-time closed-loop process control. This paper presents recent advances from two projects that use Artificial Neural Networks (ANNs) to address the challenges of automation and performance-efficient realizations of MS and NMR. In the first part, a complete toolchain has been developed to develop simulated spectra and train ANNs to identify compounds in MS. In the second part, a limited number of experimental NMR spectra have been augmented by simulated spectra to train an ANN with better prediction performance and speed than state-of-theart analysis. These results suggest that, in the context of the digital transformation of the process industry, we are now on the threshold of a possible strongly simplified use of MS and MRS and the accompanying data evaluation by machine-supported procedures, and can utilize both methods much wider for reaction and process monitoring or quality control. T2 - 2021 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE) CY - Online meeting DA - 01.02.2021 KW - Industry 4.0 KW - Cyber-Physical Systems KW - Artificial Neural Networks KW - Mass Spectrometry KW - Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy PY - 2021 UR - www.date-conference.com SN - 978-3-9819263-5-4 SP - 615 EP - 620 PB - Research Publishing AN - OPUS4-52180 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Liehr, Sascha A1 - Wander, Lukas A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Kern, Simon A1 - Müller, S. A1 - Kowarik, Stefan T1 - Integrated and Networked Systems and Processes – A Perspective for Digital Transformation in (Bio) Process Engineering N2 - The competitiveness of the process industry is based on ensuring the required product quality while making optimum use of equipment, raw materials and energy. Chemical companies have to find new paths to survive successfully in a changing environment, while also finding more flexible ways of product and process development to bring their products to market more quickly – especially high-quality high-end products like fine chemicals or pharmaceuticals. The potential of digital technologies belongs to these. One way is knowledge-based production, taking into account all essential equipment, process and regulatory data of plants and laboratories. Today, the potential of this data is often not yet consistently used for a comprehensive understanding of production. Another approach uses flexible and modular chemical plants, which can produce different high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce the time to market of new products. Digital transformation is enabling completely new production concepts that are being used increasingly. Intensified continuous production plants also allow for difficult to produce compounds. This contribution aims to encourage a more holistic approach to the digitalization and use of machine-assisted methods in (bio) process engineering by introduction of integrated and networked systems and processes, which have the potential to speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - 6th BioProScale Symposium - industrial scale bioprocess intensification from process development to large-scale understanding CY - Online meeting DA - 29.03.2021 KW - Industry 4.0 KW - Biotechnology KW - Bio engineering KW - Process Analytical Technology KW - BioProScale KW - Artificial Neural Networks PY - 2021 UR - https://biotechnologie.ifgb.de/node/648 AN - OPUS4-52371 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Maiwald, Michael ED - Tauschnitz, T. T1 - Erweiterung des NOA-Konzepts - M+O-Sensoren, NE 183 N2 - Der Sensorik kommt bei der Digitalisierung der Prozessindustrie eine Schlüsselrolle zu. Entsprechend ist sie ein zentraler Baustein der NAMUR Open Architecture Konzepts (NOA). M+O-Sensoren (Monitoring + Optimization) - stellen eine neue Geräteklasse für die zusätzliche Überwachung und Optimierung von Anlagen der Prozessindustrie dar. Diese deckt klassische und alternative Messprinzipien bis hin zur Nachbildung der menschlichen Sinne ab. Hier werden die Anforderungen an M+O-Sensoren als Bestandteile der NOA beschrieben. KW - Prozessanalytik KW - Prozessindustrie KW - Sensoren KW - M+O-Sensoren KW - NAMUR Open Architecture KW - NOA PY - 2021 SN - 978-3-8356-7451-6 SP - 39 EP - 45 PB - Vulkan-Verlag GmbH CY - Essen ET - 1 AN - OPUS4-52912 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kipphardt, Heinrich A1 - Khanipour, Peyman A1 - Tuma, Dirk T1 - Messverfahren für Wasserstoff: Qualität durch Zertifizierung – Standortvorteile in Deutschland N2 - Die Veranstaltungsreihe "Neue Märkte erschließen – mit Normen und Standards hoch hinaus", die vom DIN gemeinsam mit der NOW GmbH organisiert wird, richtets sich vorwiegend an KMUs. Fokus der Veranstaltung sind Messverfahren für Wasserstoff. Der Beitrag der BAM führt sehr kurz die Rolle nationaler und internationaler Normung sowie weltweiter Metrologie im Rahmen der Meterkonvention bezüglich analytischer Qualitätssicherung und Zertifizierung von Gasen und Referenzmaterialien ein. Es werden aktuelle Beispiele für die Qualitätssicherung von Wasserstoff, mögliche dazu notwendige Ausrüstung und weiterführende Literaturquellen vorgestellt. T2 - Neue Märkte erschließen – mit Normen und Standards hoch hinaus CY - Online meeting DA - 18.03.2021 KW - Wasserstoff KW - Normung KW - Standortvorteil KW - Analytik KW - Wasserstoffanalytik KW - Wasserstoff Referenzmaterial KW - Gasanalytik PY - 2021 AN - OPUS4-52296 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Maiwald, Michael A1 - Klaer, R.-H. A1 - Wagner, A. ED - Kockmann, N. T1 - 100 % Digital in der Prozessindustrie Tutzing-Symposion Teil 3: Intelligente Nutzung von Daten und Bausteinen der Digitalisierung N2 - Digitalisierung und Industrie 4.0 verändern komplette Geschäftsmodelle, heben neue Effizienzpotenziale und stärken die Wettbewerbsfähigkeit. Auf dem 57. Tutzing-Symposion vom 15.–18.04.2018 wurde mit Vorträgen und Kreativworkshops erkundet, welche speziellen Anforderungen die Prozessindustrie hat, welche digitalen Innovationen bereits umgesetzt wurden und wo noch Handlungsbedarf besteht. Ein Workshop befasste sich mit den Themenfeldern Datenkonzepte, Datenanalyse, Big Data und künstliche Intelligenz. KW - Prozessindustrie KW - Digitalisierung KW - Industrie 4.0 KW - Datenanalyse KW - Künstliche Intelligenz PY - 2019 SN - 1436-2597 VL - 22 SP - 14 EP - 19 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-48838 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Maiwald, Michael ED - Meyer, Simon T1 - Voll integrierte und vernetzte Systeme und Prozesse - Perspektive: Smarte Sensorik, Aktorik und Kommunikation N2 - Unternehmen der chemischen Industrie müssen neuen Pfade beschreiten, um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können. Dazu gehört insbesondere, das Potenzial digitaler Technologien zu nutzen. Die volle Integration und intelligente Vernetzung von Systemen und Prozessen kommt allerdings nur zögerlich voran. Dieser Beitrag ist ein Loblied auf die Feldebene. Er möchte dazu ermutigen, die Digitalisierung der Prozessindustrie auf Basis smarter Sensorik, Aktorik und Kommunikation ganzheitlicher zu denken und informiert über aktuelle technische Perspektiven, wie das Ein-Netzwerk-Paradigma, Ad-hoc-Vernetzungen, Edge-Computing, FPGAs, virtuelle Maschinen oder Blockchain. Diese geben smarter Sensorik, Aktorik und Kommunikation eine völlig neue Perspektive. KW - Smarte Sensoren KW - Smarte Aktoren KW - Digitalisierung KW - Prozessindustrie KW - Prozess-Sensoren 4.0 PY - 2019 SN - 978-3-8356-7436-3 SP - 28 EP - 40 PB - Vulkan-Verlag GmbH CY - Essen AN - OPUS4-50035 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR Spectroscopy: A Versatile Tool for Automated Continuous-Flow Production of Chemicals and Pharmaceuticals N2 - Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment. The potential of digital technologies belongs to these. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. In future, such fully integrated and intelligently interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - GDCh-Kolloquium der Universität Ulm CY - Ulm, Germany DA - 28.11.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Process Industry KW - Automation PY - 2019 AN - OPUS4-49855 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR Spectroscopy: A Versatile Tool for Automated Continuous-Flow Production of Chemicals and Pharmaceuticals N2 - Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment. The potential of digital technologies belongs to these. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. In future, such fully integrated and intelligently interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - Global PAT Meeting Bayer AG CY - Berlin, Germany DA - 12.11.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - CONSENS PY - 2019 AN - OPUS4-49602 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Informationsmanagement in der Prozessindustrie auf Basis von Labor- und Produktionsdaten N2 - Die Wettbewerbsfähigkeit der Prozessindustrie basiert auf der Sicherung der geforderten Produktqualität bei einer optimalen Nutzung von Anlagen, Rohstoffen und Energie. Ein Weg zur wissensbasierten Produktion führt über die Betrachtung der wesentlichen Apparate-, Prozess- und Freigabedaten aus Betrieben und Labors. Das Potenzial dieser Daten wird heute vielfach noch nicht konsequent für ein umfassendes Verständnis der Produktion genutzt. Neben Fragen zur Datenerfassung, Datenkonnektivität und Datenintegrität müssen solche Daten für eine ganzheitliche Prozessanalyse zunächst mit Kontextinformationen zusammengebracht werden. Datenquellen enthalten Zeitwertpaare, aber auch diskrete Daten aus LIMS (Laboratory Information Management Systems) oder ELN (Electronic Laboratory Notebooks) und werden zunehmend durch 2D- und 3D-Daten aus der Chromatographie-Massenspektrometrie oder bildbasierter Analytik ergänzt. Für die automatisierte Merkmalsextraktion, etwa zur Extraktion chemischer Informationen aus den oben genannten Datenquellen werden multivariate Werkzeuge und Algorithmen genutzt. Multivariate Statistiken wie PCA (Principle Component Analysis), PLS (Partial Least Squares) und LDA (Latent Discriminant Analysis) bilden die erste Grundlage für die Datenanalyse. Für diese Verfahren sind heute Datenvorbehandlungsschritte nötig. Die Modellbildung geschieht manuell und ist sehr aufwendig. Können diese Daten im Zeitalter von ML (Machine Learning) und KI (Artificial Intelligence) anderweitig sinnvoll genutzt werden und ohne klassische Modellbildung? Die Bezeichnung „Big Data“ als Voraussetzung für datengetriebene Auswerteverfahren ist für die Prozessindustrie allerdings unpassend, denn auch bei mengenmäßig großen Datensätzen liegen für Kampagnen typischerweise nur Informationen über einige Batches mit einer Serie von Messdaten vor, die genügend Varianz für eine datengetriebene Auswertung aufweisen – nicht vergleichbar mit den Datenmengen im WWW oder von großen Internet-Konzernen. T2 - Bio-PAT-Workshop, Aktuelle Entwicklungen im Bereich PAT & Softsensortechnologien CY - Berlin, Germany DA - 04.12.2019 KW - Prozessindustrie KW - Digitalisierung KW - Datenanalyse KW - Datenvorbehandlung KW - Multivariate Datenanalyse PY - 2019 AN - OPUS4-49942 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Informationsmanagement in der Prozessindustrie auf Basis von Labor- und Produktionsdaten N2 - Ein Weg zur wissensbasierten Produktion führt über die Betrachtung der wesentlichen Apparate-, Prozess- und Freigabedaten aus Betrieben und Labors. Das Potenzial dieser Daten wird heute vielfach noch nicht konsequent für ein umfassendes Verständnis der Produktion genutzt. Neben Fragen zur Datenerfassung, Datenkonnektivität und Datenintegrität müssen solche Daten für eine ganzheitliche Prozessanalyse zunächst mit Kontextinformationen zusammengebracht werden. Datenquellen enthalten vor allem Zeitwertpaare, die numerisch vorbehandelt und möglichst vollautomatisch ausgewertet werden müssen. Am Beispiel NMR-spektroskopischer Daten wird der Stand der Auswertung mit physikalisch motivierten Modellen, wie z. B. dem IHM erläutert. T2 - Mathematisches Forschungskolloquium, Institut für Mathematik, Universität Rostock CY - Rostock, Germany DA - 02.12.2019 KW - Prozessindustrie KW - Prozesskontrolle KW - Datenanalyse KW - Datenvorbehandlung KW - Chemometrics PY - 2019 UR - https://www.mathematik.uni-rostock.de/veranstaltungen/regelmaessige-veranstaltungen/forschungskolloquium/2019/ AN - OPUS4-49939 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael A1 - Völker, J. T1 - Wir dürfen uns nicht zu sicher werden N2 - Die Erwartungen der Prozessindustrie an die NAMUR Open Architecture sind groß, schließlich soll das Konzept der Garant für die digitale Transformation der Branche sein. Im atp-Interview warnt Dr. Michael Maiwald, Fachbereichsleiter „Prozessanalytik“ an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), allerdings davor, NOA als Allheilmittel zu betrachten. KW - Prozessindustrie KW - NAMUR Open Architecture KW - NOA KW - Industrie 4.0 KW - Digitale Transformation PY - 2019 UR - https://www.atpinfo.de/produkte/2019-atp-magazin-10-2019/ SN - 2190-4111 IS - 10 SP - 40 EP - 43 PB - Vulkan-Verlag GmbH CY - Essen AN - OPUS4-49501 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Grümbel, F. T1 - Aktuelle Aktivitäten und Anwendungsbeispiele zur Nutzung Smarter Sensoren N2 - Eine der vielen Vorzüge Smarter Sensoren und Aktoren ist Bereitstellung zusätzlicher Informationen, auf die zukünftig neben den Hauptsignalen zugegriffen werden kann. In den Arbeitskreisen 3.6 und 3.7 wird dieses im wechselseitigen Austausch mit Geräte- und Softwareherstellern und Forschungseinrichtungen vorangetrieben. Wir berichten kurz über den Stand der Diskussionen anhand von Beispielen und möchten in einem Open Space Workshop Meinungen und Ideen aufgreifen. T2 - NAMUR Hauptsitzung 2019 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 07.11.2019 KW - Prozessindustrie KW - Prozesskontrolle KW - Prozessanalytik KW - Smarte Sensoren KW - Industrie 4.0 KW - Digitalisierung PY - 2019 AN - OPUS4-49550 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fricke, F. A1 - Mahmood, S. A1 - Hoffmann, J. A1 - Brandalero, M. A1 - Liehr, Sascha A1 - Kern, Simon A1 - Meyer, Klas A1 - Kowarik, S. A1 - Westerdick, S. A1 - Maiwald, Michael A1 - Hübner, M. T1 - Artificial Intelligence for Mass Spectrometry and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy N2 - Mass Spectrometry (MS) and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) are critical components of every industrial chemical process as they provide information on the concentrations of individual compounds and by-products. These processes are carried out manually and by a specialist, which takes a substantial amount of time and prevents their utilization for real-time closed-loop process control. This paper presents recent advances from two projects that use Artificial Neural Networks (ANNs) to address the challenges of automation and performance-efficient realizations of MS and NMR. In the first part, a complete toolchain has been developed to develop simulated spectra and train ANNs to identify compounds in MS. In the second part, a limited number of experimental NMR spectra have been augmented by simulated spectra to train an ANN with better prediction performance and speed than state-of-theart analysis. These results suggest that, in the context of the digital transformation of the process industry, we are now on the threshold of a possible strongly simplified use of MS and MRS and the accompanying data evaluation by machine-supported procedures, and can utilize both methods much wider for reaction and process monitoring or quality control. T2 - 2021 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE) CY - Grenoble, France DA - 01.02.2021 KW - Industry 4.0, KW - Cyber-physical systems KW - Artificial neural networks KW - Mass spectrometry KW - Nuclear magnetic resonance spectroscopy PY - 2021 DO - https://doi.org/10.23919/DATE51398.2021.9473958 SP - 615 EP - 620 PB - IEEE AN - OPUS4-55360 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Lubenau, U. T1 - Large-scale hydrogen storage in geological reservoirs: Current perspectives and requirements for metrology N2 - The course of the changeover of UGS from natural gas to hydrogen varies depending on the type of the underground gas storage (UGS). In caverns a changeover to high H2-contents can be achieved quickly, while pore storage tanks must be converted over long periods of time. The analytical requirements are correspondingly different. This information has been compiled through expert statement by underground storage operators. A significant number of new UGS is currently not expected. Public funds (project funding) are currently being raised for the conversion of caverns to hydrogen. In addition, investigations and evaluations of the material are currently being carried out at various storage facilities in order to determine the possibilities and costs of a conversion. H2 admixtures to natural gas, but also pure H2 caverns are considered. The bottleneck seems to be the availability of large volumes of hydrogen. The analytical requirements along with the different hydrogen qualities, which are currently discussed were compiled through expert discussions with underground storage operators and are at hand as early impact results. T2 - EEMUA Energy Transition Seminar CY - Rotterdam, Netherland DA - 23.06.2022 KW - Hydrogen Storage KW - Underground gas storage (UGS) KW - MefHySto KW - EMPIR PY - 2022 AN - OPUS4-55109 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Maiwald, Michael T1 - Integrierte und vernetzte Systeme und Prozesse – Eine Perspektive für das Messen in der Prozessindustrie N2 - Anhand von Beispielen wird in diesem Vortrag ein möglicher ganzheitlicherer Ansatz für die Digitalisierung und den Einsatz maschinengestützter Prozesse bei der Herstellung von Spezialchemikalien und Arzneimitteln durch die Einführung integrierter und vernetzter Systeme und Prozesse skizziert. Ein aktueller Ansatz und ein Beispiel in diesem Vortrag sind flexible und modulare chemische Produktionseinheiten, die Mehrzweckanlagen nutzen, um verschiedene hochwertige Produkte mit kurzen Stillstandszeiten zwischen den Kampagnen herzustellen und die Markteinführungszeit für neue Produkte zu verkürzen. Als zweites Beispiel wird kurz die Testplattform Wasserstofftankstelle vorgestellt, die als moderne Anlage der Prozessindustrie betrachtet werden kann, vergleichbar mit einer Anlage aus der chemischen oder pharmazeutischen Industrie. An ihr lassen sich alle derzeit entlang der Digitalen Transformation diskutierten Konzepte implementieren, um sie zu standardisieren und zu validieren. Dazu gehören Konzepte zur Konnektivität von Sensoren und Aktoren aus der Feldebene in höhere Ebenen der Automatisierung oder zur Einbringung zusätzlicher Sensoren oder Sensornetzwerke, die zunehmend flexibler gestaltet werden soll, die sichere und nachvollziehbare Parametrierung von Automatisierungskomponenten – vielleicht aus einem digitalen Abbild (Verwaltungsschale bzw. „Digitaler Zwilling“) heraus, Konzepte zur vorausschauenden Wartung („Predictive Maintenance“), Konzepte zu digitalen Entscheidungsprozessen, Zertifikaten und Signaturen oder der zunehmende Einsatz von komplexen Auswertungsalgorithmen und Applikationen in der Feldebene („Embedded Computing“) oder der „Kante“ zu Cloudbasierten Systemen der Informationstechnik („Edge-Computing“). Die beiden Beispiele sollen aktuelle Entwicklungsachsen des industriellen Messwesens im Rahmen der industriellen Automation aufzeigen, in denen Messwerte, deren Messunsicherheiten und Kontextinformationen eine wichtige Rolle einnehmen. T2 - 324. PTB-Seminar: Berechnung der Messunsicherheit – Empfehlungen für die Praxis CY - Berlin, Germany DA - 22.05.2023 KW - Messunsicherheit KW - Prozessindustrie KW - Datenerfassung KW - QI-Digital KW - Online-NMR-Spektroskopie PY - 2023 UR - https://www.ptb.de/cms/de/ptb/fachabteilungen/abt8/fb-84/ag-842/seminare/324-ptb-seminar-berechnung-der-messunsicherheit-empfehlungen-fuer-die-praxis.html AN - OPUS4-57533 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Sicherheit und Prozesskontrolle in der Wasserstoff-Wirtschaft: Anforderungen an Sensoren und Prozessanalytik N2 - Der Vortrag ist ein Impulsvortrag, der kurz in die Prozessketten der potentiellen Wasserstoffwirtschaft einführt. An vielen Stellen werden spezifische Sensoren benötigt, die die Prozess-Sicherheit und die Zuverlässigkeit von Qualitätsparametern gewährleisten. Es wird auch kurz auf die Forschungsföerderungslandschaft zu diesem Thema eingegangen. T2 - Sensorik für die Digitalisierung Chemische Produktionsanlagen – Wir bringen neue Projektideen auf dem Weg! CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 13.06.2022 KW - Sensoren KW - Wasserstoff-Wirtschaft KW - Forschungslandschaft Wasserstoff KW - ProcessNet KW - Digitale Transformation PY - 2022 AN - OPUS4-55110 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - Next Generation Automation - Arbeitskreis 3.7: Smarte Sensorik, Aktorik und Kommunikation N2 - Der AK 3.7 ist ein "erweiterter" AK und je zur Hälfte mit NAMUR-Vertretern und Vertretern der Geräte- und Softwarehersteller besetzt. Er wurde ins Leben gerufen, um Begrifflichkeiten der digitalen Transformation aufzugreifen, wie etwa Smarte Sensorik, Sensordatenfusion, Schwarmsensorik oder Softsensorik. Eine erste Aufgabe bestand darin, einige exemplarische Anwendungsfälle der Nutzung smarter Eigenschaften von Feldgeräten sowie deren zukünftige Kommunikationsmöglichkeiten sowohl mit Bezug auf Bestandsanlagen als auch mit Blick auf einen potentiellen Technologiewechsel zu betrachten. Neuer Scope des AK 3.7 ist eine "Next Generation Automation" um einen potentiellen Technologiewechsel rechtzeitig vorauszudenken. Dieses erfolgt unter vollständiger gedanklicher Trennung von heutiger Automatisierung und auch vom NOA-Konzept. Ebenso wird ein Technologiewechsel in der Produktion der Prozessindustrie (wahrscheinlich modulbasiert) postuliert. Ziel des AK 3.7 wird es in Zukunft sein, diese Anforderungen an smarte Feldgeräte aufzugreifen und gemeinsam mit den thematisch überlappenden Interessenskreisen in Standards zu übersetzen. KW - Prozessindustrie KW - Automation KW - NAMUR KW - Sensorik KW - Aktorik KW - Kommunikation PY - 2021 SN - 2190-4111 SN - 2364-3137 IS - 9 SP - 73 PB - Vulkan Verlag CY - Essen AN - OPUS4-54336 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas T1 - Low-field NMR spectroscopy: Applications in chemical and pharmaceutical process development N2 - Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. The talk also generally covers current aspects of high-field and low-field online NMR spectroscopy for reaction monitoring and process control and gives also an overview on direct dissolution studies of API cocrystals. T2 - Discussion Meeting Pharmaceutical Development Bayer AG Wuppertal CY - Wuppertal, Germany DA - 15.01.2019 KW - Process analytical technology KW - Low-field NMR spectroscopy KW - Online NMR spectroscopy KW - Cocrystals KW - Dissolution KW - CONSENS PY - 2019 AN - OPUS4-47201 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR Spectroscopy: A Versatile Tool for Automated Continuous-Flow Production of Chemicals and Pharmaceuticals N2 - Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment. The potential of digital technologies belongs to these. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. In future, such fully integrated and intelligently interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - 2nd Reaction Monitoring Symposium, University of Bath CY - Bath, United Kingdom DA - 28.01.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Process Industry KW - Online NMR Spectroscopy KW - CONSENS PY - 2019 AN - OPUS4-47271 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kern, Simon A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Guhl, Svetlana A1 - Wander, Lukas A1 - Meyer, Klas T1 - Accelerating chemical process development and manufacturing by online NMR spectroscopy N2 - Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment. The potential of digital technologies belongs to these. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. In future, such fully integrated and intelligently interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - Symposium: Quantitative NMR Methods for Reaction and Process Monitoring (NMRPM) 2019 CY - Kaiserslautern, Germany DA - 31.01.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Process Industry KW - Online NMR Spectroscopy KW - Data Analysis KW - Digitization KW - CONSENS PY - 2019 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. AN - OPUS4-47297 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Prozessindustrie Gemeinsam Digital – Forschungsbedarf für die Digitalisierung der Prozessindustrie N2 - Die Digitale Transformation durchdringt weite Teile der Industrie mit einer zunehmenden Vernetzung und Digitalisierung entlang der Wertschöpfungskette. Basierend auf dem Whitepaper der DECHEMA „Digitalisierung in der Chemieindustrie“ entsteht die Vision eines gläsernen Apparates mit einem zeitlich, räumlich und methodisch dichtem Monitoring der Betriebszustände, das eine daten- und modellbasierte Optimierung transienter oder instationärer Prozesse (das heißt An-/Abfahren, Laständerungen, etc.) erlaubt. Auch der nicht bestimmungsmäßige Betrieb von Apparaten oder Modulen wird zuverlässig erkannt. Basis ist hier die Implementierung von innovativer Messtechnik und neuartigen Sensoren in Kombination mit der Anwendung datengetriebener oder rigoroser Modelle zur Prozesssimulation und -kontrolle. Anlagen, die auf diesem Konzept basieren, lassen sich sicher an Stabilitäts- bzw. Kapazitätsgrenzen und mit höherem Durchsatz betreiben. Trotz schwankender Rohstoffqualitäten kann eine gleichbleibende Zielqualität der Produkte mit rentablen Qualitätssicherungskosten garantiert werden. Dazu ist eine Vernetzung über weitere Branchen (Softwareingenieure, MSR-Technik, Betreiber, Hersteller) notwendig. Sie ergänzt komplementär die ENPRO-Initiative mit Themen der modularen Anlagenplanung und -konstruktion und modular verteilter Intelligenz. Ein Digitalisierungsbedarf besteht auch für bereits vorhandenen Anlagenbestand bzw. zukünftig nicht modular gestalteter Produktionsapparate der chemischen Industrie, um auch dort einen wesentlichen Beitrag zur Ressourcen- und Energieeffizienz zu leisten. T2 - DECHEMA-Workshop "Impulse für die Forschungsförderung - Digitalisierung" CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 14.02.2019 KW - Pozessindustrie KW - Digitalisierung KW - Industrie 4.0 KW - Digitale Transformation KW - Forschungsbedarf PY - 2019 AN - OPUS4-47385 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Im Wohnzimmer haben wir es zuerst – Wie Innovationen für den Massenmarkt die Digitalisierung der Prozessindustrie vorantreiben N2 - Automatisierungstechnik, sowie die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) verschmelzen zunehmend. In der Prozessindustrie tut man sich aber schwer, die heu-te schon möglichen daten- oder modellbasierten Steuerungen auf Basis smarter Sen-soren und Aktoren einzusetzen oder allein Anforderungen daran vorzugeben. Viele aktuelle Entwicklungen der Zulieferer werden verwehrt und man wartet lieber ab. Es bilden sich schon jetzt rasant schnell neue digitale Geschäftsmodelle in der Pro-zessindustrie, wie es schon mit der zunehmenden Verbreitung des Internets beobach-tet werden konnte. Wenn die Automatisierer und Anlagenspezialisten jetzt nicht ge-stalten, tun es andere. Früher war es umgekehrt: Informations- und Kommunikationstechnik für Profis konn-ten sich nur die Großkonzerne leisten. Die Technologie vom Personalcomputer bis zum Smart-Gerät und ihre Peripherie wurden und werden ausschließlich durch den Massenmarkt vorangetrieben. Also müssen wir umdenken und Wege finden, die rasch voranschreitende Informations- und Kommunikationstechnik geschickt für die Digitalisierung umbiegen. Der Beitrag erörtert aktuelle Diskussionen über netzartige Verbindungen der Feldge-räte (Sensoren und Aktoren) untereinander und zur Cloud sowie über virtuelle Server-verbünde und Applikationen, die auf Cloud-Diensten basieren. Mit einem solchen System ist die Einrichtung beliebiger Dienstleistungen und Funktionen auf der Basis der jeweils gängigen Methoden und Technologie des Internets möglich. Beispiele für Dienstleistungen sind beispielsweise auf prozessanalytische oder Sensordaten auf-bauende Instandhaltungsdienste oder Energiedienste für Anlagen. T2 - 14. Kolloquium Prozessanalytik CY - Hannover, Germany DA - 03.12.2018 KW - Digitalisierung KW - Prozessindustrie KW - Prozessanalytik KW - Automatisierung KW - Innovationen KW - Informations- und Kommunikationstechnik PY - 2018 AN - OPUS4-46899 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - The internet of things in the lab and in process - The digital transformation challenges for the laboratory 4.0 T1 - Das Internet of Things in Labor und Prozess - Herausforderungen des digitalen Wandels für das Labor 4.0 N2 - It is a fact that much of the time spent on analytical laboratory instrumentation these days goes into system maintenance. Digital transformation could give us more time again for creativity and our actual laboratory work – if we shape it the right way. N2 - Fakt ist: Einen Großteil der Zeit, der an analytischen Laborgeräten verbracht wird, nimmt heute die Systempflege in Anspruch. Der digitale Wandel kann uns endlich wieder mehr Zeit für Kreativität und die eigentliche Laborarbeit geben – wenn wir ihn richtig gestalten. KW - Lab of the Future KW - Digitalisation KW - Automation KW - Data Analysis KW - Instrument Communication KW - Labor der Zukunft KW - Digitale Transformation KW - Automatisierung KW - Gerätekommunikation PY - 2020 IS - 4 SP - 1 EP - 3 PB - Lumitos AG CY - Darmstadt AN - OPUS4-50618 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - Impulse zur Nutzung smarter Sensoren und Aktoren - Aktuelle Aktivitäten und Anwendungsbeispiele N2 - Eine der vielen Vorzüge smarter Sensoren und Aktoren ist die Bereitstellung zusätzlicher Informationen, auf die zukünftig neben bereits verwendeten Signalen zugegriffen werden kann. In verschiedenen Arbeitskreisen wird dieser Themenbereich im wechselseitigen Austausch mit Geräte- und Softwareherstellern und Forschungseinrichtungen vorangetrieben. In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Diskussionen anhand von Beispielen erläutert. KW - Smarter Sensor KW - Smarter Aktor KW - Digitale Transformation KW - Prozessindustrie KW - NAMUR PY - 2020 DO - https://doi.org/10.17560/atp.v62i1-2.2468 SN - 2364-3137 VL - 62 IS - 1-2 SP - 72 EP - 79 PB - Vulkan-Verlag GmbH (Verlag) CY - Essen AN - OPUS4-50443 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - On the way to the cyber-physical lab T1 - Auf dem Weg zum cyber-physical Lab N2 - Laboratories tend to be central hubs for chemical, biotechnological, pharmaceutical or foodstuff production. They play a key role in research and development, chemical analysis, quality assurance, maintenance and process control. For process development and optimization, process analytical technology (PAT) has proven to be a powerful tool to improve our understanding of processes, increase productivity, reduce waste and costs and shorten processing times. N2 - Im Allgemeinen sind Laboratorien zentrale Drehscheiben für die chemische, biotechnologische, pharmazeutische oder Lebensmittelproduktion. Sie spielen eine Schlüsselrolle in Forschung und Entwicklung, chemischer Analytik, Qualitätssicherung, Instandhaltung und Prozesskontrolle. Für die Prozessentwicklung und -Optimierung hat sich die Prozessanalysentechnik (PAT) als leistungsfähiges Werkzeug erwiesen, um das Prozessverständnis zu verbessern, die Produktivität zu steigern, Abfall und Kosten zu reduzieren und die Prozesszeit zu verkürzen. KW - Lab of the Future KW - Digitalisation KW - Cyber-physical Lab KW - Smart Laboratoy PY - 2020 SP - 1 EP - 3 PB - Lumitos AG CY - Darmstadt AN - OPUS4-51036 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR spectroscopy: A versatile tool for automated continuous-flow production of chemicals and pharmaceuticals N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemieunternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digitaler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisieren. Intensivierte, kontinuierliche Produktionsanlagen erlauben auch den Umgang mit schwierig zu handhabenden Substanzen. Grundvoraussetzung für solche Konzepte ist eine hochautomatisierte "chemische" Prozesskontrolle zusammen mit Echtzeit-Qualitätskotrolle, die "chemische" Informationen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine pharmazeutische Lithiierungsreaktion aus einer modularen Pilot-Anlage betrachtet und dabei die Vorzüge eines vollautomatischen NMR-Sensors untersucht. Dazu wurde ein kommerziell erhältliches Benchtop-NMR-Spektrometer mit Permanentmagnet auf die industriellen Anforderungen, wie Explosionsschutz, Feldkommunikation und vollautomatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkonzepten und für die Echtzeitoptimierung der Anlage getestet werden. Die NMR-Spektroskopie erwies sich als hervorragende Online-Methode und konnte zusammen mit einer modularen Datenauswertung sehr flexibel genutzt werden. Die Methode konnte überdies als zuverlässige Referenzmethode zur Kalibrierung konventioneller Online-Analytik eingesetzt werden. Zukünftig werden voll integrierte und intelligent vernetzte "smarte" Sensoren und Prozesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit vertretbaren Qualitätskosten möglich machen. T2 - Niederfeld-NMR-Spektroskopie: Ein universelles Werkzeug für automatisierte, kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika T2 - Fresenius-Lecture Hochschule Reutlingen CY - Reutlingen, Germany DA - 18.12.2019 KW - Prozessindustrie KW - Smarte Sensoren KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Digitalisierung KW - Datenanalyse PY - 2019 AN - OPUS4-50111 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Kern, Simon A1 - Liehr, Sascha A1 - Wander, Lukas A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Müller, S. A1 - Maiwald, Michael A1 - Kowarik, Stefan T1 - Training data of quantitative online NMR spectroscopy for artificial neural networks N2 - Data set of low-field NMR spectra of continuous synthesis of nitro-4’-methyldiphenylamine (MNDPA). 1H spectra (43 MHz) were recorded as single scans. Two different approaches for the generation of artificial neural networks training data for the prediction of reactant concentrations were used: (i) Training data based on combinations of measured pure component spectra and (ii) Training data based on a spectral model. Synthetic low-field NMR spectra First 4 columns in MAT-files represent component areas of each reactant within the synthetic mixture spectrum. Xi (“pure component spectra dataset”) Xii (“spectral model dataset”) Experimental low-field NMR spectra from MNDPA-Synthesis This data set represents low-field NMR-spectra recorded during continuous synthesis of nitro-4’-methyldiphenylamine (MNDPA). Reference values from high-field NMR results are included. KW - NMR spectroscopy KW - Real-time process monitoring KW - Artificial neural networks KW - Online NMR spectroscopy KW - Automation KW - Process industry PY - 2020 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.3677139 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-50456 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, S. A1 - Guhl, Svetlana A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Wander, L. T1 - Modular process control with compact NMR spectroscopy – From Field Integration to Automated Data Analysis N2 - Chemical and pharmaceutical companies have to find new paths to survive successfully in a changing environment, while also finding more flexible ways of product and process development to bring their products to market more quickly – especially high-quality high-end products like fine chemicals or pharmaceuticals. A current approach uses flexible and modular chemical production units, which can produce different high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce the time to market of new products. NMR spectroscopy appeared as excellent online analytical tool and allowed a modular data analysis approach, which even served as reliable reference method for further Process Analytical Technology (PAT) applications. Using the available datasets, a second data analysis approach based on artificial neural networks (ANN) was evaluated. Therefore, amount of data was augmented to be sufficient for training. The results show comparable performance, while improving the calculation time tremendously. In future, such fully integrated and interconnecting “smart” systems and processes can increase the efficiency of the production of specialty chemicals and pharmaceuticals. At the end of the article, ideas for solutions are discussed in order to speed up the implementation of new special products from the point of view of process analytics and to network the existing process chains more closely. T2 - PATriCK 2022 – Merck conference on PAT technology CY - Darmstadt, Germany DA - 19.10.2022 KW - Process Analytical Technology KW - Digitalisation KW - Process Industry KW - Online NMR Spectroscopy KW - Modular Production PY - 2022 AN - OPUS4-56089 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, Simon A1 - Guhl, Svetlana A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Wander, Lukas A1 - Kowarik, Stefan A1 - Liehr, Sascha A1 - Abele, M. A1 - Falkenstein, S. T1 - Modular process control with compact NMR spectroscopy – From field integration to automated data analysis N2 - Chemical and pharmaceutical companies have to find new paths to survive successfully in a changing environment, while also finding more flexible ways of product and process development to bring their products to market more quickly – especially high-quality high-end products like fine chemicals or pharmaceuticals. A current approach uses flexible and modular chemical production units, which can produce different high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce the time to market of new products. NMR spectroscopy appeared as excellent online analytical tool and allowed a modular data analysis approach, which even served as reliable reference method for further Process Analytical Technology (PAT) applications. Using the available datasets, a second data analysis approach based on artificial neural networks (ANN) was evaluated. Therefore, amount of data was augmented to be sufficient for training. The results show comparable performance, while improving the calculation time tremendously. In future, such fully integrated and interconnecting “smart” systems and processes can increase the efficiency of the production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - GIDRM Day (Gruppo Italiano Discussione Risonanze Magnetiche) - Data analysis and NMR: from fundamental aspects to health and material applications CY - Online meeting DA - 14.10.2022 KW - Process Control KW - Online NMR Spectroscopy KW - Industry 4.0 KW - Process Analytical Technology KW - Data Analysis KW - Machine-Assisted Workflows PY - 2022 DO - https://doi.org/http://www.gidrm.org/index.php/activities/workshops/2022-workshops/gidrm-day-data-analysis-and-nmr-from-fundamental-aspects-to-health-and-material-applications AN - OPUS4-56002 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -