LaborSimulationen

LaborSimulationen bezeichnen computergestützte oder physische Nachbildungen von Laborprozessen, Experimentabläufen oder Gerätekonfigurationen. Ziel ist es, Experimente, Ausfälle, Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Instrumenten zu untersuchen, bevor reale Versuche durchgeführt werden. Sie kommen in Wissenschaft, Lehre und Industrie zum Einsatz und reichen von virtuellen Laborumgebungen bis zu simulierten Arbeitsabläufen.

Grundtypen sind computergestützte Simulationen wie diskrete Ereignis-, kontinuierliche Modelle oder molekulardynamische Ansätze, sowie virtuelle Laborumgebungen für die Ausbildung. Ergänzend gibt es physische Simulationen oder Hardware-in-the-Loop-Verfahren, die reale Sensorik und Aktoren mit mathematischen Modellen koppeln. In der Biologie und Chemie werden oft in silico-Experimente genutzt, um Hypothesen zu prüfen.

Anwendungsfelder umfassen Lehre, Forschungsplanung und Instrumentendesign, Sicherheitsübungen und Prozessoptimierung. In der Industrie dienen LaborSimulationen der Qualitätssicherung, Kostenreduktion durch vorgezogene Tests und Risikomanagement, etwa durch Simulation von Reaktionsnetzwerken, Durchflussprozessen oder der Leistungsgrenzen von Geräten.

Die Grundlage bilden mathematische Modelle, Parameterabschätzung, Validierung und Sensitivitätsanalysen. Typische Werkzeuge umfassen spezialisierte Software für CFD, Reaktionskinetik, Prozessführung sowie allgemeinere Plattformen wie MATLAB/Simulink. Von zentraler Bedeutung sind Reproduzierbarkeit, Transparenz der Modelle und Datenqualität. Herausforderungen betreffen Validierung, Modellumfang, Datenverfügbarkeit, Standardisierung und Datenschutz.