Qualifizierung von Anlagen, Systemen und Instrumenten

Im Bereich der Pharmaindustrie ist die Qualifizierung und Validierung von Systemen, Anlagen oder auch Instrumenten im Laborumfeld notwendige Praxis, wenn das Unternehmen Produkte in die USA liefern will. In diesem Fall unterliegen diese Unternehmen der Überwachung durch die FDA (Food and Drug Administration). Audits durch die FDA gehören sicher mit zu den härtesten Überprüfungen im gesamten Umfeld der Qualitätssicherung und übertreffen vielfach in ihren Anforderungen gängiges aus dem Bereich von DIN EN ISO 9000, QS 9000 oder VDA. Ziel dieses Beitrages ist es das generelle Verfahren kurz darzustellen und daraus gegebenenfalls Ideen und Anregungen für andere Industriebereiche bei der Realisierung von TQM zu erhalten.

Struktur eines Qualifizierungsprojektes

Nachfolgend soll am Beispiel der Qualifizierung eines Laborrobotersystems das Vorgehen zur Qualifizierung und Validierung des Systems dargestellt werden. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Vorgehensweise bei der Qualifizierung. Der Umfang und die Detaillierung der einzelnen Schritte ist natürlich von der Komplexizität des zu validierenden Objekts und dessen Einflusses auf Produktions- oder Qualitätssicherungsprozesse geprägt. Für ein Robotersystem wird man mit der dargestellten Vorgehensweise den Anforderungen der FDA in der Regel gerecht.


Abbildung 1: Qualifizierung von Anlagen, Systemen oder Instrumenten

Der hier dargestellte Umfang einer Qualifizierung beinhaltet nicht die Prozeßvalidierung (Methodenvalidierung), sondern nur die Qualifizierung des Systems oder der Anlage. In der Regel werden die Prozesse, welche mit dem System oder auf der Anlage gefahren werden einzeln validiert. Dies erfordert aber ein im Vorfeld qualifiziertes System.

Schlüsselstelle des gesamten Qualifizierungsprozesses ist der Validierungsplan. In diesem Dokument werden u.a. die Rahmenbedingungen, der Umfang, die Abfolge der gesamten Qualifizierung, die Verantwortlichkeiten, die Verfahren zur Requalifizierung und der Änderungsdokumentation festgelegt. Bei umfangreicheren Projekten empfiehlt es sich, diesen Plan in einen sogenannten Masterplan und mehrere untergeordnete Qualifizierungspläne zu unterteilen. In diesem Fall ist ein detaillierter Projektplan mit der zugehörigen Projektdokumentation hilfreich.

Unter dem Begriff der Designqualifizierung verbergen sich mehrere wichtige Schritte. Zum einen soll ein Pflichtenheft die notwendigen Funktionen und Eigenschaften des Systems beschreiben. Darüber hinaus ist eine Dokumentation der Entscheidungswege, welche zum ausgewählten, zu qualifizierenden System geführt haben wichtig. Die Abnahme im Rahmen der Designqualifizierung benötigt demzufolge eine Spezifikation und die dazu notwendige Systemdokumentation.


Abbildung 2: Laborrobotersystem (Archivfoto zur Verfügung gestellt von Zymark GmbH)

Im Rahmen der Installationsqualifizierung wird die korrekte Installation überprüft und dokumentiert. Hierzu gehört u.a. der Vergleich der tatsächlich installierten Komponenten mit der Spezifikation, die Überprüfung des vollständigen Aufbaus und des Anschlusses des Systems an die Medienversorgungen, wie auch die Definition von Ersatzteillisten für den späteren Betrieb. Dies wird in der Regel durch Tests der Grundfunktionen zusätzlich belegt.

Die funktionale Qualifizierung bedeutet die dokumentierte Überprüfung aller Komponenten und Module eines installierten Systems. Der gesamte, oft außerordentlich komplexe, funktionale Ablauf wird in sinnvolle prüffähige funktionale Schritte oder Gruppen aufgeteilt und einzeln sowie zusammenhängend getestet. Es wird überprüft, ob die erwartete funktionale Leistung über den gesamten Arbeitsbereich spezifikationsgerecht erbracht wird. Dies geht in der Praxis hin bis zur Überprüfung des Systems durch sogenannte Streßtests, welche die Grenzen der Arbeitsfähigkeit und Fehlertoleranz eines Systems aufzeigen sollen. SOPs (standard operation procedures), also Verfahrens- oder Arbeitsanweisungen für die Wartung und Pflege des Systems, die Datensicherung, etc. sollten zum Zeitpunkt der Durchführung dieses Qualifizierungsschrittes existieren und deren Existenz ist zu dokumentieren.

In der Durchführungsqualifizierung - auch als Verfahrensqualifizierung oder Performance Qualification bezeichnet - wird anhand der Überprüfung eines Prozesses oder eines gesamten Systems bzw. Verfahrens verifiziert, ob die erwartete Leistung des Systems wie beabsichtigt dauerhaft erbracht wird. Durch eine entsprechende Anzahl von Wiederholungen wird auch ein statistisch repräsentativer Beleg erbracht, daß die Benutzeranforderungen erfüllt sind und im späteren realen Betrieb erfüllt werden.

In der Praxis ist der Umfang der drei letztgenannten Qualifizierungsschritte nicht immer eindeutig gegeneinander abgrenzbar. Dies ist aber aus der Erfahrung des Autors mehr eine Frage von entsprechenden Definitionen im Validierungsplan. Anhand dieser selbst auferlegten Richtlinien wird eine komplette Prüfplanung für die Qualifizierung einer Anlage oder eines Systems aufgebaut. Mit Hilfe der Prüfpläne werden in der eigentlichen Qualifizierung die Vorgaben verifiziert und validiert. Hier ist natürlich in jedem Falle der Hersteller gefordert die entsprechende Basis dafür zu liefern. Der Hersteller erspart sich durch das Vorfertigen von Qualifizierungsprüfplänen und der Durchführung der Qualifizierung zusammen mit dem Abnehmer Qualitätskosten, welche sonst erst im realen Betrieb auftreten. Das bedeutet, daß eine Qualifizierung eindeutig dem Bereich der Fehlervermeidung zuzuordnen ist. Es verbleibt aber trotzdem ein höherer Aufwand, welcher den Installationskosten zugeordnet werden muß.

Nach einer erfolgreichen Durchführung der gesamten Qualifizierung und der Behebung aufgetretener Mängel erfolgt die abschließende Dokumentation und Freigabe des Systems oder der Anlage im Abschlußbericht. Die Unterzeichnung diese Berichtes bedeutet aber nicht automatisch daß der Schlußstrich über die Qualifizierung gezogen ist. Die im Validierungsplan und seinen zugehörigen Dokumenten festgelegten oder empfohlenen Maßnahmen zur Requalifizierung sind ebenso zwingende Vorgaben, wie sie auch die ISO 9000 ff z.B. bei der Prüfmittelüberwachung kennt. Dies ist für unseres Beispiel eines Laborrobotersystems, wenn es im Qualitätslabor eingesetzt wird, leicht verständlich.

Nachteile der Qualifizierung

Das korrekte Einhalten des Qualifizierungsverfahrens ist Voraussetzung für die Akzeptanz des zu validierenden Verfahrens auch bei der Bewertung durch die FDA. Bei einem automatisierten System - wie einem Analyseroboter - lassen auch die feststehenden Prozesschritte nur wenige Freiheitsgrade zu. Hierbei existiert teilweise auch ein erheblicher Formalismus, der nicht unbedingt zur Beliebtheit bei den davon betroffenen Herstellern und bei den Unternehmen die eine Validierung vornehmen führt. Das Element der vorhersehenden Planung - gesteuert durch den Validierungsplan - wird in der Praxis häufig vom Systembetreiber nicht optimal genutzt und führt oft zu erheblichen Kosten, da in ein Validierungsprojekt in der Regel mehrere Abteilungen oder Bereiche eines Unternehmens involviert sind. Bei komplexen Laborautomaten sind das häufig Stabsabteilungen, z. B. die technischen Abteilungen, die EDV oder auch die Produktion.

Ein Blick über den Zaun

Sicherlich kann das beschriebene Qualifikationsverfahren optimiert werden, dies bleibt aber immer der Akzeptanz der FDA und seiner Auditoren vorbehalten. Hierzu gehört sicherlich die durchgängigere Einführung von Verfahren zur Risikoanalyse und deren Bewertung (z.B. FMEA, HACCP), wie sie in anderen sicherheitskritischen Umfeldern schon lange etabliert sind. Dies erscheint dem Autor vor allem deshalb notwendig, um die Requalifizierung zu optimieren und zu Verbessern. Damit läßt sich gegebenenfalls auch der Gesamtaufwand reduzieren, wenn z.B. bereits vom Lieferanten durchgeführte Qualifizierungen von nicht risikorelevanten Teilen akzeptiert werden können oder wenn standardisierte, validierte Komponenten und Software eingesetzt werden kann.

In diesem Zusammenhang können Maßzahlen wie z.B. die Maschinenfähigkeit und andere, die man aus der SQC oder SPC kennt, angewendet auf z.B. den Analysenautomaten oder auch auf den jeweiligen Prozeß die Qualifizierung, aussagekräftiger gestalten. Im letzteren Fall, verbunden mit Methoden wie der FMEA verliert gar die Qualifizierung an Bedeutung und die Produktionssicherheit der Anlage oder des Systems wird mit diesen Methoden effizienter durch eine laufende Prozeßsteuerung gesteuert und damit garantiert.

Wo bringt eine Qualifizierung in anderen Bereichen Vorteile?

Ein wesentlicher Pluspunkt im Qualifizierungsverfahren sieht der Autor im Bereich des Qualifizierungsplanes und der Designqualifizierung. Im Sinne von TQM ist die Einführung von Qualifizierungsplänen ein vom Unternehmen anzuwendender Schritt bei der Einführung von neuen Systemen, Anlagen oder Instrumenten im qualitätsrelevanten Bereichen. Hierzu sollte im zertifizierten Unternehmen eine entsprechende Verfahrensanweisung existieren. Die zwingende Verwendung von Pflichtenheften, Spezifikationen und einer vollständigen, geprüften Systemdokumentation führt zu einer Verbesserung bei der Auswahl des richtigen Lieferanten. Dies erfolgt zweckmäßigerweise über die Abnahme eines neuen Systems durch die Festlegung und Durchführung von sogenannten Akzeptanztests. Letztendlich führt das auch zur Vermeidung von späteren, erheblicheren Kosten, wenn die neue Anlage, das System oder auch eine Software nicht zufriedenstellend arbeitet.

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