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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zusammenstellung und Überwachung einer aus einer Mehrzahl von austauschbaren Systemkomponenten und einer Systemsteuereinheit bestehenden Systemanordnung.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 405 208 B1 ist ein Verfahren zum automatischen Erstellen einer aus einer Vielzahl von Bauteilen bzw. Elementen bestehenden Filtereinrichtung bekannt.
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Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist, dass Systemkomponenten eines Gesamtsystems zwar in ihrer Ausführung und Funktion beschrieben sind, die Einzelkomponenten jedoch nicht automatisch und fehlerfrei identifiziert werden können. Systemkomponenten unterliegen einem gewissen Verwechslungsrisiko ähnlicher Komponenten. Auch kann nicht zweifelsfrei sichergestellt werden, ob die Komponenten gemäß der geforderten Funktion bzw.
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Parametrisierung eingestellt sind oder gar verstellt wurden. Dabei beziehen sich die Komponenten darin nur auf die Erstellung des Gesamtsystems. Eine Überwachung während des Lebenszyklus der Systemanordnung findet dabei nicht statt.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 700 313 B1 ein elektronisches Filtererkennungssystem bekannt, bestehend aus einem Filtriergerät mit einem austauschbaren, ein elektronisches Etikett (RFID) aufweisenden Filter. Durch eine Ableseeinrichtung des Filtriergerätes kann das elektronische Etikett gelesen werden. Damit sollen die Verwendung korrekter Filter und die Nichtüberschreitung der zulässigen Betriebszeiten erkannt werden.
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Weiterhin beschreibt die
DE 101 65 007 B4 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Filtrationsprozesses von Fluiden, bestehend aus mindestens einer Filtrationsvorrichtung mit mindestens einem lesbaren Daten aufweisenden Filterelement, einem Kontroll- und/oder Prüfgerät, an das die Filtrationsvorrichtung über Daten- und Prüfmittelleitungen anschließbar sind.
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Weiterhin ist aus der
WO 2009/115242 A1 ein vorsterilisierbares Filtrationssystem zum Einmalgebrauch bekannt, dass vorsterilisiert und gebrauchsfertig verpackt sowohl im Labormaßstab als auch im Produktionsmaßstab in einer automatisierten Filtrationsanlage verwendet werden kann. Es umfasst mindestens einen flexiblen Behälter und mindestens ein Filtrationsmodul, die über in durch mindestens ein Ventil regulierbares Schlauchsystem miteinander verbunden sind. Das Ventil besteht aus einem in das Schlauchsystem integrierbaren, separaten Ventilteil zum Einmalgebrauch und aus einem wiederverwendbaren Stellantrieb. Außerdem ist zwischen dem Behälter und dem Filtrationsmodul eine Pumpe angeordnet, die aus einem in das Schlauchsystem integrierbaren Pumpenteil zum Einmalgebrauch und aus einem wieder verwendbaren Pumpenantrieb ausgebildet ist.
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Nachteilig dabei ist, dass beim Anwender Verwechslungen der Einmalgebrauchsartikel vorkommen können, was negative Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit des Systems haben würde.
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Weiterhin wird in der
DE 10 2008 056 300 A1 ein Dosiersystem und ein Verfahren zum Dosieren eines Mediums beschrieben, die gewährleisten sollen, dass nur zulässige und für den Dosiervorgang vorgesehene Systemkomponenten miteinander verbunden werden. Das Dosiersystem verfügt über eine Dosiersteuerung, mindestens ein zu dosierendes Medium enthaltenden austauschbaren Behälter und ein mit dem Behälter verbindbares Dosierventil, wobei mindestens ein mit dem Medium in Berührung kommender Teil des Dosierventils als eine austauschbare Systemkomponente ausgebildet ist. Das Dosierventil weist eine maschinenlesbare Codierung zur Identifikation auf, unter mindestens einem Behälter als austauschbare Systemkomponente weist ebenfalls eine maschinenlesbare Codierung zur Identifikation auf. Die Dosiersteuerung ist mit einer zum Lesen der Codierungen geeigneten Kommunikationseinheit verbunden.
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Bei diesem bekannten Verfahren, kann zwar sichergestellt werden, dass nur vorgesehene Systemkomponenten verwendet werden, es kann jedoch nicht zweifelsfrei sichergestellt werden, ob die Systemkomponenten gemäß der geforderten Funktion bzw. Parametrisierung eingestellt sind oder gar verstellt wurden.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Systemkomponenten eines Gesamtsystems so auszugestalten, dass diese nicht nur über Schnittstellen so miteinander verbunden werden, dass ein Vergleich bzw. Identifikation von Daten aus entsprechenden Datenspeichern erfolgen kann und ein Identifikation der Systemkomponenten gemäß einer vorgegebenen Systemspezifikation erfolgt sondern dass auch zweifelsfrei sichergestellt werden kann, dass die Systemkomponenten gemäß der geforderten Funktion bzw. Parametrisierung eingestellt werden können.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Zusammenstellung und Überwachung aus einer aus einer Mehrzahl von austauschbaren Systemkomponenten und einer Systemsteuereinheit bestehenden Systemanordnung gelöst, welche folgende Schritte umfasst:
- a) Auswahl einer vorgegebenen Systemanordnung;
- b) Zusammenstellung der einzelnen Systemkomponenten zur ausgewählten Systemanordnung;
- c) Prüfen der Systemanordnung durch Auslesen von Komponentenspeichern der Systemkomponenten und Vergleich von Ist-Identifizierungsdaten mit Soll-Identifizierungsdaten aus einer Datenbank;
- d) Freigabe der Systemanordnung für weitere Funktionsabläufe;
- e) Laden von Soll-Daten und/oder Soll-Parametern für die durchzuführenden Funktionsabläufe aus der Datenbank;
- f) Steuerung und Überwachung der Funktionsabläufe durch Vergleich von ermittelten Ist-Daten und/oder Ist-Parametern mit den Soll-Daten und/oder Soll-Parametern;
- g) soweit bei der Überwachung eine neue Systemkomponente erkannt wird, erfolgt eine Fortsetzung des Verfahrens gemäß der Schritte c) bis g).
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Systemsteuereinheit in der Lage alle austauschbaren Systemkomponenten zu erkennen und ihre relevanten Eigenschaften zu erfassen, um den Gesamtprozess anhand dieser Information und der durch den Anwender vorgebbaren reinen biologischen/chemischen Prozessparameter zu konfigurieren und zu steuern bzw. zu regeln. Die einzelnen Systemkomponenten der Systemanordnung sind in an sich bekannter Weise mit Identifikationsmerkmalen in Form von Datenspeichern, Transpondern oder optischen Merkmalen versehen. Die Identifikationsdaten der einzelnen Systemkomponenten können aus deren Datenspeichern ausgelesen werden. Alternativ können die optischen Identifizierungsmarkierungen gelesen werden. Die Auswahl der Systemanordnung kann wahlweise durch den Anwender oder die Systemsteuereinheit erfolgen, wobei die Systemsteuereinheit einer Vorgabe aus einer entsprechenden Datenbank folgt. Die Zusammenstellung der einzelnen Systemkomponenten zur ausgewählten Systemanordnung kann nach entsprechenden Angaben der Systemanordnung erfolgen. Durch Auslesen von Komponentenspeichern der Systemkomponenten und Vergleich von Ist-Identifizierungsdaten mit Soll-Identifizierungsdaten aus einer Datenbank wird die Systemanordnung automatisch geprüft. Die Daten der Datenbank, z. B. Soll-Daten oder Soll-Parameter, sind im Fall einer externen zentralen Datenbank in einem entsprechenden zentralen Speicher und im Falle einer lokalen Datenbank in einem entsprechenden lokalen Speicher. Der lokale Speicher kann auch ein Speicher der Kontrolleinheit oder der Programmsteuerung sein. Soweit die Ist- mit dem Soll-Identifizierungsdaten übereinstimmen, wird von der Systemsteuereinheit die Systemanordnung für weitere Funktionsabläufe freigegeben. Das Laden von Soll-Daten und/oder Soll-Parametern für die durchzuführenden Funktionsabläufe erfolgt ebenfalls aus der Datenbank. Die Steuerung und Überwachung der Funktionsabläufe erfolgt durch Vergleich von den ermittelten Ist-Daten und/oder Ist-Parametern mit den Soll-Daten und/oder Soll-Parametern. Damit wird die Einhaltung der Funktionsabläufe bzw. Parametrierungen sichergestellt. Soweit bei der Überwachung eine neue Systemkomponente erkannt wird, wird die Zulässigkeit ihrer Verwendung durch erneute Prüfung der Systemanordnung gemäß Schritt c) sichergestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere für Bioreaktoren und Filtrationseinheiten eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt nach der Zusammenstellung der Systemkomponenten im Schritt b) eine Eingabe oder Aufrufen aus einem Speicher von vom Anwender verlangter biologischer und/oder chemischer Prozessparameter. Der Anwender muss lediglich die von ihm gewünschten reinen biologischen/chemischen Prozessparameter angeben oder aus einer Datenbank bzw. einem Speicher aufrufen. Damit ist die Systemsteuereinheit in der Lage, alle an die Systemanordnung angeschlossenen Komponenten zu erkennen und ihre relevanten Eigenschaften zu erfassen, um den biotechnologischen/chemischen Gesamtprozess anhand dieser Informationen zu konfigurieren und zu steuern bzw. zu regeln.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nach dem Laden von Soll-Daten und/oder Soll-Parametern für die durchzuführenden Funktionsabläufe im Schritt c) über Sensoren äußere Einflussparameter ermittelt, wobei die Daten und die Daten und Parameter zur Steuerung und Überwachung der Funktionsabläufe an die äußeren Einflussparameter, die veränderten Umgebungseinflüssen Rechnung tragen, angepasst werden. So führt beispielsweise ein Reduzierung der Temperatur zu einem verlangsamten Zellwachstum dem durch Reduzierung der Nährstoffzufuhr bzw. durch Reduzierung der Pumpenleistung/Schließen des zuständigen Ventils, Rechnung getragen werden kann. Auch können zeitliche Veränderungen von Parametern aus der Datenbank ausgelesen und entsprechend die Daten und Parameter zur Steuerung und Überwachung der Funktionsabläufe an die bekannten zeitlichen Änderungen angepasst werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach der Integration der Systemkomponenten in die Systemanordnung eine Nutzungsmarkierung der Systemkomponenten durchgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Systemkomponenten nicht öfter als zulässig verwendet werden. Zur Benutzungsmarkierung kann dabei eine Nutzungsnummer in den jeweiligen Komponentenspeicher geschrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann zur Nutzungsmarkierung eine der jeweiligen Systemkomponente zugeordnete Nutzungsnummer in die z. B. zentral angeordnete Datenbank geschrieben werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Trennung einer Systemkomponente von der Systemanordnung durch eine Überwachung erkannt. Hierzu kann beispielsweise ein Datenstrom zwischen der Systemkomponente und einer Recheneinheit bzw. der Systemsteuereinheit überwacht und eine Datenstromunterbrechung als Trennung der Systemkomponente von der Systemanordnung gewertet werden. Hierdurch wird ein Austausch von Systemkomponenten zuverlässig erkannt und einer Prüfung der Systemanordnung zugeführt.
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Insbesondere bei „passiven” Systemkomponenten kann die Trennungserkennung über ein elektrisches Schloss, ein Transponder oder eine optische Erkennung der Systemkomponente an einer stationären Befestigungseinheit erfolgen.
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Der Speicherinhalt bzw. Leseinhalt der Systemkomponenten beschreibt den Komponententyp (z. B. Pumpe, Filter, Ventil, Temperatursensor etc.) sowie die für diesen Systemkomponententyp relevanten Eigenschaften. Für eine Pumpe können hier beispielsweise der maximale Förderdruck, der Förderdruck in Abhängigkeit des Versorgungsstromes bzw. Förderdruckreduktion als Funktion der Lebensdauer in Form von Parametern und für den Systemkomponententyp jeweiligen typischen Funktionen erfassbar sein. Bei einem Filter können dem Speicher die Porengröße, die Durchflussmenge in Abhängigkeit des Förderdrucks sowie der maximal zulässige Druck festgehalten werden.
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Soweit die Systemkomponenten im Prozessverlauf ihre Eigenschaften bzw. Parameter verändern, z. B. durch Zusetzen eines Filters, können die Systemparameter des Gesamtsystems dynamisch angepasst werden, beispielsweise Erhöhung der einem Filter vorgelagerten Pumpenleistung einer Pumpe bei über einen Durflussmesser festgestellten verringerten Durchsatz des Filters. Dies gilt für veränderte Umweltparameter gleichermaßen.
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Die Systemanordnung kann weiterhin mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI/Human-Maschine-Interface) ausgerüstet sein. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann dabei eine einfache Tastatur mit Bildschirm oder auch eine Schnittstelle zu einem Mobilfunknetz sein, über die die Systemanordnung beispielsweise per SMS mit dem Anwender kommuniziert. Entscheidend dabei ist, dass dem Anwender über die Schnittstelle ermöglicht wird, der Systemanordnung die vorgegebenen reinen biologischen/chemischen Prozessparameter bekannt zu geben. Die Systemanordnung selbst gibt über die Schnittstelle an den Anwender Auskunft über Zustand der gesamten Systemanordnung und der jeweiligen Systemkomponenten. Auch können beispielsweise Warnmeldungen bei Überschreitung von maximalen, dauernd von bestimmten Komponenten oder Rückmeldungen zu den Umgebungsparametern, welche an den Sensoren erfasst wurde, erfolgen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1: ein Blockschaltbild einer Systemanordnung mit einer Filtereinheit und einer der Filtereinheit vorgelagerten Pumpe, die von einer Systemsteuereinheit gesteuert und überwacht werden;
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2: eine Systemanordnung mit einem Bioreaktor und einem nachgeschalteten Filter, die einer Systemsteuereinheit gesteuert und überwacht werden;
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3: ein Blockschaltbild einer weiteren Systemanordnung mit einer Pumpe, einem nachgeschalteten Filter und einem der Filter nachgeschalteten Bioreaktor, die von einer Systemsteuereinheit gesteuert und überwacht werden und
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4: ein schematischer Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Zusammenstellung und Überwachung einer aus einer Mehrzahl von austauschbaren Systemen und Komponenten bestehenden Systemanordnung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Eine Systemanordnung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Systemsteuereinheit 2 und einer Mehrzahl von austauschbaren Systemkomponenten 3.
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Die Systemsteuereinheit 2 ist nach den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 in eine Prozessschritte-Kontrolleinheit 4 und in eine Programmsteuerung 5 unterteilt. Die Steuereinheit 2 steht über ihre Prozessschritte-Kontrolleinheit 4 mit einer Datenbank 6 in Verbindung. Insbesondere kann die Datenbank 6 als eine zentrale externe Datenbank ausgebildet sein.
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Die Systemanordnung 1 gemäß der 1 weist eine Filtereinheit 7 als eine der Systemkomponenten auf. Flussaufwärts ist der Filtereinheit 7 dabei eine Pumpe 8 als weitere Systemkomponente 3 vorgelagert. Der Pumpe 8 ist stromaufwärts ein Rohrstück 9 sowie ein weiteres einen Sensor 10 aufweisendes Rohrstück 11 als weitere Systemkomponente 3 angeordnet. Stromabwärts ist Filtereinheit 7 ein Rohrstück 12 als Systemkomponente nachgeordnet.
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Jede der austauschbaren Systemkomponente 3 weist einen Komponentenspeicher 13 auf, der über den Komponentenspeicher jeweils zugeordnete Lese- und Schreibelemente eine Schnittstelle 15 bilden, über die von der Systemsteuereinheit 2 bzw. der Prozessschritte-Kontrolleinheit 4 die Komponentenspeicher 13 auslesbar und beschreibbar sind.
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Das Ausführungsbeispiel der 2 betrifft eine Systemanordnung 1', bei der die Filtereinheit 7 stromaufwärts als Systemkomponente 3 einen Bioreaktor 16 vorgelagert ist.
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Die Systemanordnung 1'' des Ausführungsbeispiels der 3 weist stromabwärts einen der Filtereinheit 7 nachgeordneten Bioreaktor 16 als weitere Systemkomponente 3 auf.
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Das Verfahren zur Zusammenstellung und Überwachung einer aus einer Mehrzahl von austauschbaren Systemkomponenten 3 und einer Systemsteuereinheit 2 bestehende Systemanordnung 1, 1', 1'' kann entsprechend dem Ablaufschema der 4 folgende Schritte umfassen:
- a) Auswahl einer Systemanordnung 1, 1', 1'' wahlweise durch den Anwender oder durch Bestätigung einer durch die Systemsteuereinheit 2 vorgeschlagenen Systemanordnung 1, 1', 1'';
- b) Zusammenstellung der einzelnen Systemkomponenten 3; Eingabe vom Anwender verlangter biologischer/chemischer Prozessparameter oder Auswahl der biologischen/chemischen Prozessparameter durch Auswahl aus dem Speicher der Datenbank 6;
- c) Prüfen der Systemanordnung 1, 1', 1'' durch Auslesen von Komponentenspeichern 13 der Systemkomponenten 3 und Vergleich von Ist-Identifizierungsdaten mit Soll-Identifizierungsdaten aus der zentralen Datenbank 6;
soweit die Ist-Identifizierungsdaten ungleich zu den Soll-Identifizierungsdaten sind, erfolgt keine Freigabe und ggf. eine Sperrung des Gesamtsystems bzw. der Systemanordnung 1, 1', 1'';
soweit die Ist-Identifizierungsdaten mit den Soll-Identifizierungsdaten aus der zentralen Datenbank 6 übereinstimmen, erfolgt im folgenden Schritt
- d) eine Freigabe der Systemanordnung 1, 1', 1'' für weitere Funktionsabläufe;
- e) Laden von Soll-Daten und/ist Soll-Parameter für die durchzuführenden Funktionsabläufe aus der Datenbank 6; Ermitteln von äußeren Einflussparametern durch Sensoren 10, 17 und Berücksichtigung von bekannten zeitlichen und/oder physikalischen Veränderungen von Parametern sowie Anpassung der Parameter an Einflussparameter und bekannte Veränderungen;
- f) Steuerung und Überwachung der Funktionsabläufe durch Vergleich von ermittelten Ist-Daten und/oder Ist-Parametern mit den Soll-Daten und/oder Soll-Parametern;
soweit ein Abweichen von vorgegebenen Parametern festgestellt wird und/oder bei Überschreiten von Grenzwerten bzw. -parametern erfolgt eine Sperrung des Funktionsablaufs;
und soweit kein Abweichen von vorgegebenen Parametern festgestellt wird, erfolgt ein Speichern der aktuellen Prozessdaten;
- g) soweit bei der Überwachung der Systemanordnung 1, 1', 1'' eine neue Systemkomponente erkannt wird, erfolgt eine Fortsetzung des Verfahrens gemäß der Schritte c) bis g).
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Nach der Integration der Systemkomponenten 3 in die Systemanordnung 1, 1', 1'' wird eine Nutzungsmarkierung der Systemkomponenten durchgeführt.
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Zur Nutzungsmarkierung kann in den jeweiligen Komponentenspeicher 13 eine Nutzungsnummer geschrieben werden. Zur Nutzungsmarkierung kann eine der jeweiligen Systemkomponente 3 zugeordnete Nutzungsnummer in die zentrale Datenbank 6 geschrieben werden.
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Die Trennung einer Systemkomponente 3 von der Systemanordnung 1, 1', 1'' kann durch eine Überwachung erkannt werden. Weiter kann ein Datenstrom zwischen der Systemkomponente 3 und einer nicht dargestellten Recheneinheit überwacht und ein Datenstromunterbrechung als Trennung der Systemkomponente 3 von der Systemanordnung 1, 1', 1'' gewertet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 1''
- Systemanordnung
- 2
- Systemsteuereinheit
- 3
- Systemkomponente
- 4
- Pressschritte-Kontrolleinheit
- 5
- Programmsteuerung
- 6
- Datenbank
- 7
- Filtereinheit
- 8
- Pumpe
- 9
- Rohrstück
- 10
- Sensor
- 11
- Rohrstück
- 12
- Rohrstück
- 13
- Komponentenspeicher
- 14
- Lese- und Schreibelemente
- 15
- Schnittstelle
- 16
- Bioreaktor
- 17
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1405208 B1 [0002]
- EP 0700313 B1 [0005]
- DE 10165007 B4 [0006]
- WO 2009/115242 A1 [0007]
- DE 102008056300 A1 [0009]
