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Letzte Woche stellten wir im ersten Teil des Interviews mit der DECHEMA-Preisträgerin 2018 Dörte Rother ihre wissenschaftliche Arbeit vor. Im zweiten Teil geht es um die Frage, wie der Schritt in die industrielle Umsetzung gelingt und warum die Chancen dafür derzeit außerhalb Deutschlands besser stehen.

Wo sehen Sie die größte Hürde bei der industriellen Umsetzung?

Die größte Hürde sind die Katalysatorkosten. Daran sind auch schon industrielle Umsetzungen mit Kooperationspartnern gescheitert. Die Enzymkaskaden selbst funktionieren sehr gut, wir halten alle Spezifikationen ein und erreichen auch die nötigen Produktkonzentrationen. Aber die Kosten für die Enzyme lassen sich schwer senken, besonders für kleinere Ansätze. Was im ganz großen Maßstab vielleicht akzeptabel wäre, ist bei Volumina von ein paar Hundert oder Tausend Liter nicht kompetitiv.

Dazu kommt, dass viele klassische pharmazeutische Firmen oft nicht die nötigen Lizenzen für Arbeiten mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen haben. Wird die günstige Ganzzellformulierung gewählt, muss nachgewiesen werden, dass die eingesetzten Zellen wirklich tot sind, wenn sie geliefert werden, sonst sind die entsprechenden Zulassungen notwendig. Generell  treten wir gegen bestehende, lang etablierte Prozesse an. Wenn man vorhandene Prozesse verändert, braucht man besonders im Pharmabereich oft eine neue Zulassung; das kann teuer und langwierig werden.

Sie arbeiten in letzter Zeit verstärkt mit internationalen Partnern – warum?

Wir stellen fest, dass in letzter Zeit zunehmend mehr Interesse beispielsweise von chinesischen Firmen für unsere enzymatischen Ansätze kommen. In China wurden die Umweltauflagen verschärft, und es kann passieren, dass Unternehmen, die sie nicht einhalten, stillgelegt werden. Damit eröffnet sich für uns eine Chance – wir treten eben nicht gegen bestehende Referenzprozesse an und haben damit eine bessere Position, um unsere biokatalytischen Kaskaden umzusetzen.

Wie sind Sie auf dieses Forschungsgebiet gekommen?

Ich habe Biologie studiert, aber schon im Grundstudium gemerkt, dass mich der Schwerpunkt Biotechnologie besonders interessiert, und mich dann in Richtung Biokatalyse und Bioverfahrenstechnik spezialisiert. Biokatalyse eröffnet alternative Synthesemöglichkeiten mit vielen Aspekten, die für Nachhaltigkeit relevant sind. Das ist mir besonders wichtig.

Wo sehen Sie die Zukunft Ihrer Forschungsansätze?

Je reiner und komplexer das Produkt, desto ökonomischer ist ein multi-enzymatischer Prozess. Besonders im Pharmabereich lohnt es sich, mit hochselektiven Biokatalysatoren zu arbeiten, weil wir es viel mit optisch aktiven Produkten zu tun haben, die hochrein hergestellt werden müssen – da können Enzyme ihre Vorteile voll ausspielen. Bei nicht-optisch aktiven Bulkprodukten ist die chemische Synthese vielfach schneller und günstiger.

Würde man die ökologischen Kosten zusätzlich berücksichtigen, zum Beispiel über Zertifikate für CO2 oder ökologisch sensible Lösungsmittel, würde sich das Verhältnis möglicherweise zugunsten grüner Syntheseansätze aus der Chemie und verstärktem Einsatz von Enzymen (die ja selber untoxisch sind) verschieben. Wir sehen ja am chinesischen Beispiel, wie ein solcher Umbruch aussehen kann. Auch hier steigt das Bewusstsein für Nachhaltigkeits-Aspekte. Ich glaube, dass es wichtig ist, jetzt Lösungen zu entwickeln, die man hervorholen kann, wenn sie gebraucht werden. Die Autoindustrie ist da ein gutes Beispiel – es ist gut, vorbereitete Alternativen wie die Elektromobilität zu haben, die weiterentwickelt werden können, wenn sich die Rahmenbedingungen ändern, statt bei Null anzufangen.

Ich kann mir vorstellen, dass ein ähnlicher Bewusstseinswandel auch bei der Produktion von Materialien und Pharmaka kommen wird, und in diesem Bereich sehen wir uns.

https://dechema.de/Veranstaltungen/DECHEMA_Tag+2019.html

Was sind Ihre nächsten Vorhaben?

Ich glaube an die Vorteile von Enzyme, aber ich glaube, es gibt auch Fälle, wo der Einsatz chemischer Katalysatoren günstiger sein kann, nicht nur ökonomisch sondern ebenfalls in Bezug auf die Ökobilanz. So haben wir in mehrschrittigen Synthesen auch schon ein Enzym gegen Phosphatpuffer, in dem die Kaskade sowieso stattfand, ersetzen können. Da das Startsubstrat optisch sehr rein war, fand der Phosphat-vermittelte Schritt ebenfalls mit hohen Selektivitäten zu einem reinen Produkt mit drei optisch aktiven Zentren statt. Ein schönes Beispiel dafür, dass man immer den besten Katalysator verwenden sollte, der zur Verfügung steht. Egal, welcher Natur er ist. Und dies nach ökonomischen und ökologischen Kriterien bewerten sollte.

Wir arbeiten gerade mit Kooperationspartnern daran, nicht nur chemische Katalysatoren und Enzyme miteinander zu kombinieren, sondern diese in hybriden Prozessen mit mikrobiellen Zellfabriken zu koppeln. Die Zellfabriken können beispielsweise aus nachwachsenden Rohstoffen wie Bagasse sowohl die aromatischen als auch die aliphatischen Ausgangsstoffe für unsere Kaskaden herstellen. Wie sehen die Schnittstellen aus, wie lassen sich chemo-enzymatische Kaskaden mit lebenden Ganzzellkatalysatoren kombinieren, an welchen Stellen muss ich aufreinigen? – das sind sehr spannende Fragestellungen, mit denen wir uns beschäftigen.

Was wäre Ihr persönliches Traumprojekt?

Ich würde gerne zusammen mit akademischen und industriellen Partnern einen Prozess komplett von den nachwachsenden Rohstoffen bis zum hochreinen Produkt entwickeln und umsetzen, und das vom Labor bis zum Industriemaßstab. Ein solcher kompletter hybrider Prozess könnte dann als Blaupause für andere Prozesse dienen. In einigen Kooperationsprojekten sind wir auf einem guten Weg, diesem Ziel näher zu kommen.

Ich denke, wir brauchen gute Modellprozesse, damit Firmen auf den Zug aufspringen. Und dann bräuchten wir die politischen Rahmenbedingungen, um den Wandel hin zu solchen Prozessen zu vollziehen.

Auf der anderen Seite arbeiten wir aber auch am Verständnis von Enzymkaskaden im deutlich grundlagenorientierteren Bereich. Hier versuchen wir derzeit, Enzyme in ihrer Aktivität durch externe Stimuli regulieren können. Je komplexer eine Enzymkaskade wird, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit von Nebenproduktbildungen. Wir lösen das bisher über räumliche Trennung, also Kompartimentierung und modulare Prozesse. Das geht gut. Meine Vision ist aber, alles in einem Topf durchführen zu können und die Enzyme je nach Bedarf „ein- und auszuschalten“. Am besten kombiniert mit einer Feedbackschleife, bei der die Inline-Analytik signalisiert „das erste Substrat ist aufgebraucht, schalte Stufe 2 ein“. An so einem Konzept arbeiten wir gerade. Wir möchten ausdrücklich nicht die Expression regeln, sondern das Enzym selbst, und das ist herausfordernd. Hier arbeiten wir mit Licht und Mikrotemperaturen als Stimuli und hoffen so, eines Tages einen derartig geregelten Eintopfreaktor präsentieren zu können. Einzelne Aspekte klappen bereits, aber bis alle Schritte ineinander greifen wird es noch eine Weile dauern.

Die beiden Beispiele zeigen, dass wir sowohl akademische Herausforderungen angehen als auch die (spätere) Applikation im Sinn haben. Ich finde, es ist unsere Aufgabe als Wissenschaftler, auch die Anwendung zu sehen und zu versuchen, die Ergebnisse in neue Technologien umzusetzen. So können wir nachhaltige Prozesse entwickln, die ökologische und ökonomische Aspekte verbinden und so bestenfalls unseren ökologischen Fußabdruck reduzieren, selbst wenn wir nicht bereit sind, an unserem bereits erworbenen hohen Lebensstandard zu rütteln. Über den letzten Punkt sollte man auch diskutieren – aber das ist eine ganz andere Geschichte.

Wenn Sie mehr über die Arbeit von Dörte Rother erfahren oder mir ihr ins Gespräch kommen möchten – kommen Sie zum DECHEMA-Tag 2019 am 23. Mai 2019 ins DECHEMA-Haus!

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Dörte Rother erhält am 23. Mai 2019 den DECHEMA-Preis 2018

Chirale Substanzen selektiv herstellen – was für den „klassischen“ Chemiker eine der größten Herausforderungen ist und in der chemischen Katalyse im wahrsten Sinne des Wortes hochkomplexe Strukturen erfordert, leisten Enzyme quasi im Handumdrehen. Dennoch ist ihre industrielle Anwendung alles andere als trivial, alleine schon wegen der Kosten. Wir sprachen mit der DECHEMA-Preisträgerin 2018 Prof. Dr. Dörte Rother über ihre wissenschaftliche Arbeit, die Herausforderungen bei der Umsetzung und ihr „Traumprojekt“. Im ersten Teil erklärt sie uns ihre Vorgehensweise, um auf Basis synthetischer Enzymkaskaden wettbewerbsfähige Prozesse zu entwickeln.

Worum geht es in Ihrer wissenschaftlichen Arbeit?

Wir arbeiten an synthetischen Enzymkaskaden. Das bedeutet, dass Enzyme miteinander kombiniert werden, die in der Natur so nicht vorkommen. Beim Metabolic Engineering werden Enzyme kombiniert, die zumindest teilweise auch in der Natur gemeinsam in synthetischen Pathways auftreten. Unser Ansatz ist, für jeden Syntheseschritt den besten Katalysator zu finden (der übrigens auch mal ein chemischer Katalysator sein kann) und diese dann zu kombinieren. Der „Baukasten“, den wir dafür nutzen, enthält Enzyme, die alle ungefähr die gleiche Reaktion unterstützen, aber sich in ihren Selektivitäten ein bisschen unterschieden. So werden leicht unterschiedliche Substrate akzeptiert oder die gewonnenen Produkte unterscheiden sich hinsichtlich ihrer optischen Aktivität – das ist besonders für den Pharmabereich sehr relevant. Wenn ich diese Enzyme mit ihren verschiedenen Selektivitäten kombiniere, bekomme ich nicht nur ein Produkt, sondern habe eine Technologieplattform für eine ganze Bandbreite von Produkten.

https://dechema.de/Veranstaltungen/DECHEMA_Tag+201

Arbeiten Sie dabei zellfrei?

Zellfrei zu arbeiten ist der einfachste Weg, aber: wir möchten die Lücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung schließen und unsere Kaskaden in industrielle Prozesse bringen. Das heißt, wir müssen ähnlich hohe Produktkonzentrationen erzielen wie in chemischen Synthesen, ohne deutlich teurer zu werden. Enzyme sind sehr selektiv und arbeiten unter ökologisch vorteilhaften Bedingungen – keine hohen Drücke, keine toxischen Additive, moderate Temperaturen; das sind Pluspunkte, besonders, wenn die Nachhaltigkeit im Fokus steht. Zudem sind Biokatalysatoren einfach durch Erwärmung inaktivierbar, ohne toxische Abfälle zu hinterlassen. Lauter gute Gründe, Enzyme als Katalysatoren einzusetzen.  Aber die Herstellungskosten für Enzyme sind hoch, besonders für gereinigte Enzyme. Deshalb arbeiten wir, wenn möglich, mit ganzen, oft gefriergetrockneten Zellen. Das ist circa 10fach günstiger. Diese Zellen können auch wiederverwertet oder kontinuierlich eingesetzt werden. Dazu kann man die ganzen Zellen zurückhalten oder auch gereinigte Enzym immobilisieren. Letzteres sollte möglichst kombiniert werden – also Aufreinigung und Immobilisierung in einem Schritt – alles andere ist kaum wettbewerbsfähig.

Wie genau funktioniert Ihr Ganzzellverfahren?

Die Zellen, die wir einsetzen,  sind gefriergetrocknet und daher überwiegend nicht mehr lebensfähig. Eigentlich ist das die einfachste Form der Immobilisierung: Die Enzyme, die in hohen Konzentrationen in den Zellen vorliegen, sind etwas geschützt, wir können mit vergleichsweise hohen Substratkonzentrationen arbeiten, und die Zellen lassen sich hinterher abtrennen und wieder einsetzen. Zu den Zellen geben wir dann Substrate, Lösungsmittel und eine bestimmte Menge Puffer, um gute Umsätze zu erlangen. Zumindest bei Substraten wie Ketonen konnten wir sogar im reinen Substrat ohne Zugabe weiterer Additive arbeiten. Bei sehr reaktiven und toxischen Substraten wie Aldehyden braucht man allerdings Lösungsmittel, um Deaktivierungen zu vermeiden. Wir versuchen, in den Standardsystemen der chemischen Synthese zu arbeiten. Nur so erreichen wir hohe Produktkonzentrationen beispielsweise auch mit schwer wasserlöslichen Aromaten und können das Produkt hinterher auch wieder abtrennen.

Und wie gelangt das Substrat in die Zelle?

Wir wissen es nicht ganz genau, gehen aber davon aus, dass die Membran sehr porös oder teilweise gar nicht mehr vorhanden ist. Jedenfalls haben wir bei diesem Verfahren kaum Diffusionshemmnisse. Unter dem Elektronenmikroskop sieht man, dass die E. coli-Zelle um ca. ein Drittel geschrumpft ist, aber ihre Form behält. Zumindest in den von uns gewählten mikro-wässrigen Reaktionsbedingungen zeigten nur ca. 10 % der Zellen Löcher oder andere Veränderungen. Gerade für die Industrie sind solche Ganzzellprozesse attraktiv, und sie funktionieren gut.

Worauf achten Sie bei der Prozessentwicklung besonders?

Die nachhaltige Produktion ist mir sehr wichtig. Wir verwenden zum Beispiel Lösungsmittel, die nachhaltige Kriterien erfüllen – also nicht toxisch sind und möglichst auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt wurden. Die Biokatalyse hat eine „Kinderkrankheit“: Sie ist sehr „grün“, was die Prozessbedingungen betrifft, aber am Ende liegt das Produkt oft in niedrigen Konzentrationen in einem wässrigen System vor. Um es daraus abzutrennen, wird sehr viel Lösungsmittel benötigt. Alternativ ist es möglich, in mikro-wässrigen Reaktionssystemen zu arbeiten, so wie wir es mit den gefriergetrockneten ganzen Zellen, wenn möglich, tun, um Vorteile bei der Produktaufarbeitung zu haben.

Wir versuchen, eine effektive Aufarbeitung in die Prozessentwicklung zu integrieren. Dazu planen wir von Anfang an, wie wir das Produkt am Ende aufreinigen können, und forschen parallel an den verschiedenen Prozessschritten, um den besten Gesamtprozess zu entwickeln.

Der 2. Teil des Interviews erscheint am 2. April. Dann fragen wir nach den Hürden bei Industriekooperationen, und Dörte Rother verrät uns ihr „Traumprojekt“.

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Kaum eine Woche vergeht ohne Nachrichten über die fortschreitende Digitalisierung der Prozessindustrie. Zentren für Big-Data-Analysen werden eingerichtet, neue Positionen geschaffen und unternehmensweite Programme ins Leben gerufen, um Digitalisierungskonzepte einzuführen, die weit über die Automatisierung der Produktion hinausreichen. Dem Verband der Chemischen Industrie zufolge plant die chemische Industrie in den nächsten Jahren Investitionen von mehr als 1 Milliarde Euro für Digitalisierungskonzepte und neue nachhaltige Geschäftsmodelle.

Die erwarteten Gewinne scheinen diese Investitionen zu rechtfertigen: „Laut einer Studie von Fraunhofer IAO und dem IT-Verband BITCOM könnte die Vernetzung von Produktentwicklung, Produktion, Logistik und Kunden der chemischen Industrie zu einem Anstieg der Wertschöpfung um 30 % bis 2025 führen. Mit anderen Worten: Wem es gelingt, seine Daten entlang der gesamten Wertschöpfungskette nutzbar zu machen, kann sich einen gewaltigen Wettbewerbsvorteil sichern“, erklärt Mirko Hardtke, Business Development Manager bei der Data Virtuality GmbH.

Keuin Wunder, dass ein enormes Interesse an der Entwicklung von Werkzeugen besteht, mit denen sich der versteckte Schatz in Big Data heben lässt. Große wie kleine Unternehmen und Startups beteiligen sich an diesem neuen Goldrausch: „Für die steigende Prozesskomplexität und den schnelle Anstieg der Datenmengen braucht man neue Technologien zum Umgang mit Daten, vor allem dort, wo Abhängigkeiten zwischen Datensilos bestehen“, sagt Sebastian Dörr, Vice President Sales bei der Conweaver GmbH. Sein Unternehmen hat eine Technologie entwickelt, die die automatische Verknüpfung von Daten aus verschiedenen Quellen ermöglicht und so kontextuales Wissen für Datenowner und -nutzer zugänglich macht. Gleichzeitig dient die Plattform als Grundlage für Big Data Analytics.

Über Methoden zu verfügen ist das eine – sie tatsächlich einzusetzen, manchmal etwas ganz anderes: „Industrieunternehmen sammeln heute mehr und mehr Daten, kontinuierlich und aus mehr Quellen als jemals vorher. Statistische Methoden können helfen, diese Daten zu nutzen. Aber sie stoßen häufig auf Zögern und Vorurteile“, sagt Martin Demel, Sr. Systems Engineer JMP bei SAS Institute.

Statistische Methoden lassen sich heute einfach, fast spielerisch einsetzen“

Martin Demel, Sr. Systems Engineer JMP, SAS Institute GmbH

„Das ist nicht nur ein IT-Thema“, stimmt Dr. Sebastian Schmitz, Senior Manager bei der Industrie 4.0 Maturity Center GmbH, zu. „Die Digitalisierung hat hohes Potenzial für produzierende Unternehmen, aber viele kämpfen mit der Transformation.“ Deshalb sollten Digitalisierungsprojekte sorgfältig geplant werden und berücksichtigen, was über die Neuordnung von Datenströmen hinaus passiert.

Erste Erfahrungen haben gezeigt, wie wichtig es ist, Geschäftsprozesse und -modelle zu hinterfragen, sich bewusst mit der Unternehmenskultur auseinanderzusetzen und Mitarbeiter aktiv in die digitale Transformation einzubinden.

Big Data ist nicht mehr nur ein theoretisches Konzept – es ist schon heute Teil der industriellen Praxis mit sehr greifbaren Ergebnissen in einer ganzen Reihe von Anwendungen. Dr. Martin Hollender, ABB Corporate Research Center, nennt ein Beispiel: „Aus Produktionsdaten aus der Vergangenheit können wir Wissen destillieren, mit sich aktuelle Produktionsläufe optimieren lassen.“ Aber die Daten lassen sich auch herunterbrechen, um einzelne Komponenten zu untersuchen. „Bei Borealis gab es schwerweigende Ausfälle an einem großen Kompressor, und der Grund war nicht erkannbar“, sagt Herbert Andert, Group Leader EIC & Automation bei VTU Engineering. „Mit Hilfe von Prozessdaten aus der Vergangenheit und in enger Zusammenarbeit zwischen Technikern und Datenspezialisten konnten mögliche zugrundeliegende Ursachen identifiziert werden.“

Air Liquide geht noch einen Schritt weiter: Das Unternehmen hat in verschiedenen Regionen sogenannte „Smart Innovative Operation Centers“ (SIO) eröffnet. Sie ermöglichen nicht nur die Fernsteuerung des Betriebs und vorausschauende Wartung, sondern auch die Prozessanpassung an den Kundenbedarf in Echtzeit.

Mit der Zentralisierung und Digitalisierung des Betriebs hat Air Liquide seinen Umgang mit Daten verändert. Die Einführung der SIO-Ströme und eine kontextuelle Datenbank für Datenserien über die Zeit sind Teil dieses Wandels.

Moussa Diakhité ,Real time Engineer, Air Liquide France Industrie, France

Es mag also bald soweit sein, dass nicht mehr Öl oder Gas die wichtigsten Rohstoffe für die chemische Industrie sind; der Zugang zu Daten und das Wissen und die Methoden, aus ihnen Wert zu generieren, könnten über den zukünftigen Unternehmenserfolg entscheiden.

Jedes Unternehmen, das größere Datenmengen generiert oder darüber verfügt, muss sich mit Smart Data und Künstlicher Intelligenz auseinandersetzen, um die nächsten zehn Jahre im Markt zu überleben.

Dr. Rene Fassbender, CEO & Founder, OmegaLambdaTec GmbH, Germany

Die Rohstoffbasis erweitert sich also, und „Erkundung“ bezieht sich nicht mehr nur auf Öl- und Gasquellen: „Big Data ist das Rohmaterial der Prozessindustrie. Der zukünftige Wettbewerbsvorteil eines Unternehmens hängt wesentlich davon ab, ob es in der Lage ist, Big Data auszuschöpfen“, erklärt Dr. Alessandro Butté, CEO der Schweizer Firma DataHow.

Treffen Sie diese und andere Experten beim DECHEMA-PRAXISforum Big Data Analytics in Process Industry am 9. und 10. April 2019 in Frankfurt und diskutieren Sie, was Big Data Analytics für Ihr Unternehmen bedeuten könnte. Hier geht es zum vollständigen Programm und zur Anmeldung

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Welche Krise könnte Sie in Ihrem beruflichen Umfeld ereilen? Ein Brand in der Produktion, ein Unfall im Labor, eine Cyberattacke auf Ihre Daten? Wissen Sie, was dann zu tun ist? Krisen kommen plötzlich – gut, wenn man dann vorbereitet ist.

Die gute Nachricht: Man kann sich auf Krisen vorbereiten und es gibt ein „Standardinstrumentarium“, das einem dabei hilft.

Dabei ist es nützlich, sich zuallererst zu überlegen, was der schlimmste Fall ist, der das eigene Unternehmen oder den eigenen Bereich treffen kann: Können extreme Wetterereignisse zu Schäden an Gebäuden oder Einrichtungen führen oder die Produktion gefährden, weil beispielsweise aufgrund von Niedrigwasser keine Rohstoffanlieferung mehr möglich ist? Welche Auswirkungen hätte menschliches Versagen oder ein technischer Effekt? Und was passiert, wenn ein Virus oder ein gezielter Hackerangriff Ihre IT-Systeme lahmlegt?

So unterschiedlich diese Einzelfälle auch sind, eine Krise kann jeden treffen. Und dann ist umgehende Reaktion gefragt. Zugegeben, auch mit bester Vorbereitung lässt sich nicht verhindern, dass es zur Krise kommt. Aber der Umgang damit entscheidet, welche Auswirkungen sie haben wird.

Krisen sind Führungsaufgabe

Als Geschäftsführer, Betriebs- oder Laborleiter oder Kommunikationsverantwortlicher sind Sie im Krisenfall gefragt. Letztlich können Sie die Verantwortung dafür als Führungskraft auch nicht delegieren. Sie können aber dafür sorgen, dass bereits im Vorfeld jeder in der Organisation weiß, welche Rolle ihm zukommen. Wer ist Teil des Krisenstabs, und welche Aufgaben übernimmt er dort? Wer hält Kontakt zu Behörden, zur Feuerwehr, zur Presse – all dies lässt sich bereits im Vorfeld festlegen, ebenso wie die Frage, wo der Krisenstab sich trifft und welche Ausstattung für den Raum notwendig ist.

Tipp: Entwickeln Sie ein mögliches Krisenszenario für Ihre Organisation und spielen Sie es mit einem Krisenstab einmal durch – dabei erkennen Sie sehr schnell, welche Rollen, Informationen und Kommunikationsströme kritisch werden können.

Das Krisen-Instrumentarium

Egal, wie klein oder groß Ihr Krisenszenario aussieht, ein Krisenhandbuch ist unverzichtbar. Ob es gedruckt oder digital vorliegt, spielt keine Rolle (allerdings sollte es auch dann noch zugänglich sein, wenn es der Standardserver nicht mehr ist). Fortlaufend aktualisiert, enthält es Kontakt- und Telefonlisten, Verhaltensregeln, Rollen, Aufgaben und Abläufe und weitere relevante Informationen.

Auch über die Frage, wie Kommunikationsströme im Krisenfall aussehen, sollte man sich vorab Gedanken machen. Wer ist Ansprechpartner für die Presse, wer entscheidet, welche Informationen wann weitergegeben werden? All diejenigen, die sich im Zweifelfall einem Fernsehteam gegenüber sehen könnten, sollten vorher den Umgang mit der Kamera trainieren. Offenheit, Transparenz, Glaubhaftigkeit und Dialogorientierung sind Kommunikationsgrundsätze, die auch und gerade in der Krise gelten.

Tipp: „Kein Kommentar“ ist keine dauerhafte Lösung und kann zu zusätzlichem Vertrauensverlust führen. Auftritte vor der Kamera lassen sich üben – nutzen Sie ruhige Zeiten, um Routine zu entwickeln.

Ist Ihnen bewusst, wie sich Ihre wesentlichen Zielgruppen im Krisenfall aufteilen? Vergessen Sie die wichtigste nicht: Ihre eigenen Mitarbeiter. Sie sind die glaubwürdigsten Gesprächspartner und Multiplikatoren, die sie auch schon vorbereitend in die Kommunikation einbinden können. Externe Zielgruppen sind Kunden, Lieferanten, die Medien, Anteilseigner und die allgemeine Öffentlichkeit. Im Krisenfall arbeiten Sie zudem sehr eng mit Behörden und politischen Entscheidern zusammen. Alle drei Zielgruppen sollten zeitlich und inhaltlich abgestimmt mit relevanten Informationen versorgt werden.

Mehr über Krisenmanagement und wie Sie sich vorbereiten können, erfahren Sie beim DECHEMA-PRAXISforum Krisenmanagement am 3. und 4. Juni 2019 in Frankfurt. Zwei Tage kompaktes Programm mit Erfahrungsberichten, Vorträgen und interaktiven Übungen – melden Sie sich jetzt an.!

https://dechema.de/krisenmanagement

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„Smart Production“, Industrie 4.0 oder „Future Production“ – die Transformation hin zu mehr Digitalisierung und Flexibilität ist in vollem Gange. Wie lässt sich das in bestehenden Anlagen umsetzen, und welche Möglichkeiten haben KMU, dabei mitzuhalten?

Ulrich König, Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer FIT, betreut gemeinsam mit Prof. Dr. Maximilian Röglinger, Prof. Dr. Nils Urbach, Universität Bayreuth, und Kollegen von der Projektgruppe Regenerative Produktion des Fraunhofer IPA das Forschungsprojekt SmarDe’s@Work .

Was sind die offensichtlichsten Unterschiede zwischen dem, was man sich als „Produktion der Zukunft“ vorstellt und dem, was wir heute schon sehen?

Die Schnelllebigkeit hat in der letzten Zeit extrem zugenommen und der Kundenfokus ist stärker geworden. Automobilzulieferer bekommen wenige Stunden vorab ihre Auftragsplanung und brauchen daher effizientere und flexiblere Prozesse in ihrer Produktion. Darauf fokussieren wir uns im Projekt: Wir möchten die Kommunikation verbessern und wir möchten sicherstellen, dass die Unternehmen für diese Schnelllebigkeit gewappnet sind.

Ein zweiter Aspekt ist die Aus- und Weiterbildung: Gerade in ländlichen Regionen ist es schwer, Personal zu finden. Teilweise gibt es Sprachbarrieren, wenn ausländisches Personal angeworben wird, und es gibt häufige Personalwechsel, so dass immer wieder neue Mitarbeiter angelernt werden müssen. Bei vielen unserer Anwendungsfälle spielen die Aus- und Weiterbildung sowie die Wissensweitergabe deshalb eine wesentliche Rolle. Dafür werden Dokumentationen erstellt, die teils stark grafiklastig sind, und Texte entsprechend gestaltet. Schulungsunterlagen können auch in Form von Videos angeboten werden. Eine weitere Herausforderung ist die Heterogenität der Anlagen mit unterschiedlichsten Digitalisierungsstufen. In der Vergangenheit hat das keine so große Rolle gespielt, weil die Produktionsaufträge und ähnliche Dokumente ohnehin noch als Papier hereinkamen und verarbeitet wurden. Jetzt muss eine durchgängige digitale Kommunikation sichergestellt sein, so dass Maschinen auch automatisch angesteuert werden können.

Was tun Sie in Ihrem Projekt, um den Weg der Unternehmen in die digitale Zukunft zu ebnen?

Ziel unseres Projektes ist, die Kommunikation zwischen Maschinen, Anwendungssystemen und Mitarbeitern über Smart Devices sicherzustellen und damit Produktionsprozesse zu verbessern. Wir entwickeln dafür einen Demonstrator für eine generalisierbare Middleware mit angebundener Client-Applikation, die aus jeder Produktionsanlage und jedem Anwendungssystem Daten erhalten und sie weitergeben kann. Die Fachlogik liegt dabei nicht in der Middleware selbst. Sie enthält nur einfache Operatoren und Gruppendefinitionen, um festzulegen, welches System welche Informationen bekommt. Sie ist mit Excel und XML konfigurierbar und dementsprechend einfach zu warten. Dabei ist die Lösung nicht an eine bestimmte Branche gebunden, sondern übergreifend einsetzbar. Derzeit haben wir im Konsortium Unternehmen aus der Metallverarbeitung, der Stanztechnik und aus dem Kunststoffspritzguss.

Ziel des Forschungsprojekts SmartDe’s@Work ist es, Smart Devices im Produktionsumfeld nutzbringend einzusetzen. Im Vordergrund steht die Vernetzung von Produktionsteilnehmern wie Mensch, Maschine und produktionsnaher IT-Systeme. Die optimale Kombination aus Software- und Hardware-Komponenten soll Produktionsprozesse durch eine interaktive und intuitive Informationsverarbeitung bei der Arbeitsvorbereitung (z. B. Arbeits- und Maschinenpläne, Rüstung von Anlagen) und der Produktion (z. B. Arbeitsanweisungen, Störungen, Echtzeit-Rückmeldung) unterstützen und dadurch Effizienz- und Optimierungspotenziale heben. Das Projekt wird von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert und läuft von Januar 2017 bis Februar 2019. Meht unter http://www.smart-devices.fim-rc.de

Wie sieht der Einsatz in der Praxis aus?

In unserem Projekt konzentrieren wir uns vor allem auf die Middleware und die Client-Applikation. Solange uns eine Anlage auf welche Weise auch immer Daten liefert – das kann sogar das rote Warnlämpchen sein, das sonst dem Mitarbeiter Handlungsbedarf signalisiert –  kann man die Middleware relativ einfach integrieren und die Daten über eine allgemeingültige Schnittstelle erfassen. In der Middleware werden sie weiterverarbeitet und über die Client-Applikation an ein Smart Device oder ein Anwendungssystem (z.B. ein ERP- oder BDE-System) übergeben. Wichtig ist für uns dabei, dass wir uns nicht auf eine Maschine oder einen Ausrüstungsgegenstand spezialisieren, sondern eine allgemeine und möglichst breit einsetzbare Lösung schaffen.

Wie weit ist die Industrie Ihrer Einschätzung nach auf dem Weg zu „4.0“? Ist das bei Großunternehmen nicht längst Alltag?

Große Unternehmen sind schon relativ weit, allerdings auch nicht flächendeckend. Es gibt sicher Werke, die man heute schon als „Industrie 4.0“ bezeichnen kann, aber das ist nur ein kleiner Ausschnitt. Und es gibt nach wie vor viele Insellösungen, etwa mit RFID, die nicht generalisierbar sind, schon gar nicht über Unternehmensgrenzen hinweg. Oft basiert die Industrie-4.0-Kommunikation auf einem homogenen Maschinenpark – die Geräte eines Herstellers können miteinander kommunizieren, aber nicht mit Maschinen anderer Hersteller. Solche Lücken überwinden wir mit unserer Middleware.

Mehr über das Projekt SmartDe’s@Work und viele andere Ansätze zur Digitalisierung und Flexibilisierung erfahren Sie beim PRAXISforum Future Production – werfen Sie einen Blick ins Programm!

Und wo bleiben die KMUs, die keine riesigen Transformationsprogramme stemmen können?

Unser Ansatz eignet sich insbesondere für KMUs. Unser Projekt ist bewusst in einer KMU-geprägten Region angesiedelt. Wir nutzen gängige Geräte, die auf dem Markt einfach erhältlich sind, und erstellen den Middleware-Demonstrator. Die Middleware lässt sich überall einfach integrieren und soll im Laufe des Jahres auch als Open-Source-Lösung angeboten werden. Die meisten Anwendungspartner mussten nur einen zusätzlichen Standard-PC beschaffen und die Anbindung der Maschinen an die Middleware sicherstellen. Die Kosten dafür sind überschaubar und auf jeden Fall günstiger, als im großen Umfang den Maschinenpark zu erneuern. Die meisten ERP-Systeme bieten auch schon Schnittstellen und lassen sich innerhalb weniger Wochen anbinden. Alles ist robust ausgelegt, damit es den Produktionsalltag überlebt, und die Geräte sind leicht zu ersetzen. Wenn etwas zu Schaden kommt, soll alles schnell wieder einsetzbar sein – man nimmt ein Standardgerät, installiert die Client-Applikation, und innerhalb einer Stunde läuft alles wieder.

Am Ende bleibt natürlich immer die Kosten-Nutzen-Frage. Unser Konzept ist aber so gestaltet, dass die Transformation prinzipiell möglich ist. Es gibt andere Ansätze, bei denen zum Beispiel Sensorboxen an Maschinen angeschlossen werden, um Daten zu erfassen und weiterzugeben. Das könnten wir theoretisch auch, die Frage ist nur, welche Daten man dann bekommt. Wir konzentrieren uns vor allem auf transaktionale Kommunikationsdaten: Fällt eine Maschine zum Beispiel in einen Stillstandsmodus, sollen andere Maschinen und Mitarbeiter darüber schnell informiert werden. Die Nutzung von Produktionsdaten für analytische Zwecke haben wir uns für kommende Forschungsprojekte vorgenommen.

Für Rückfragen zum Forschungsprojekt stehen Ihnen Ulrich König (ulrich.matthias.koenig@fit.fraunhofer.de) sowie Prof. Dr. Röglinger (maximilian.roeglinger@fit.fraunhofer.de) Prof. Dr. Urbach (nils.urbach@fit.fraunhofer.de) und Joachim Kleylein-Feuerstein (joachim.kleylein-feuerstein@ipa.fraunhofer.de) gerne zur Verfügung.

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Ideen für die „digitale Chemieindustrie“ werden nun schon seit einigen Jahren diskutiert. Während die Hersteller von Feinchemikalien und Pharmazeutika das Konzept höherer Flexibilität und kleinerer Losgrößen zunehmend aufgreifen, hat die „traditionelle“ chemische Grundstoffindustrie immer noch Schwierigkeiten damit, die neue Philosophie mit einem Geschäft in Einklang zu bringen, das über Jahrzehnte vor allem auf Effizienz und weniger auf Flexibilität getrimmt wurde. Ein Argument, das man gar nicht so selten hört: Wir produzieren Grundstoffe in großen Mengen, die sich kaum individualisieren lassen – „Losgröße 1“ ist etwas für Unternehmen, die näher am Kunden sind.

Michael Dejmek von hte, Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für katalytische Prozesse, lässt das nicht gelten: „Nur weil die Industrie im Tonnenmaßstab pro Kampagne denkt, heißt das nicht, dass kleinere Losgrößen nicht gebraucht würden – bisher sind sie nur nicht möglich.“ Er sieht eine ganze Reihe von Vorteilen, die mit der Umsetzung von „Industrie 4.0“ in der chemischen Industrie realisiert werden könnten: Höhere Flexibilität, kleinere Losgrößen zu wettbewerbsfähigen Kosten, kleinere Produktionsanlagen, eine weit größere Produktvielfalt. „Im Moment dauert das Umrüsten viel zu lang. Wir sind zur Reaktion verdammt – wenn etwas anderes produziert werden soll, müssen viele Parameter angepasst werden, und wir starten bei Null. Industrie 4.0 bedeutet Aktion: Wenn man seinen Prozess gut genug kennt, kann die erste oder zweite Produktcharge schon marktfähig sein.“

 

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Was bedeutet „Future Production“ für Ihr Unternehmen? Diskutieren Sie mit anderen Experten beim PRAXISforum – hier finden Sie das Programm.

Das bedeutet nicht nur Zeitersparnis, sondern eine viel geringere Ausschussrate. Auch sein eigenes Unternehmen spürt den Druck sich verändernder Marktanforderungen: Zogen sich Projekte früher über Monate oder sogar Jahre hin, verlangen die Kunden heute alle paar Wochen Anpassungen. „Deshalb sind die Umrüstzeiten so wichtig geworden“, sagt Dejmek. Sein Rat: Wer so viele Daten wie irgend möglich nutzt, kann seine Prozesse besser verstehen, daraus extrapolieren und so beim Aufsetzen eines neuen Prozesses im ersten Schritt dem Optimum deutlich näher kommen. Wer darüber hinaus technische Lösungen einsetzt, um händische Arbeit zu vermeiden und Wochenenden und Nächte außerhalb der Schichtzeiten zu nutzen, kann seine Umrüstzeiten erheblich verringern.

Eine der Voraussetzungen, um verfügbare Daten zu nutzen, ist die entsprechende IT. Mark Talford von Britest Ltd. weist darauf hin, dass diese nun endlich Schritt hält mit Ideen, die schon seit 10 oder 15 Jahren im Umlauf sind: „Wir sind heute tatsächlich in der Lage, das Prozesswissen mit Wissen zur Modellierung von modularen Anlagen zu verknüpfen und so schnell und kostengünstig zu besseren Entscheidungen zu kommen.“ Besonders Hersteller von Pharmazeutika und Feinchemikalien prüfen nun, wie Konzepte der „Future Production“ für die Formulierung und die modulare Produktion einsetzbar sind, und sie denken auch darüber nach, inwieweit sie sich in die Herstellung von Wirkstoffen im Pilotmaßstab übertragen lassen. Große Firmen wie BASF bereiten sich derweil darauf vor, neue Geschäftsmodelle umzusetzen. Dabei erweitern sie ihr Angebot entlang der Wertschöpfungskette hin zu integrierten Lösungen, etwa beim 3D-Druck oder bei der Nutzung von Echtzeitdaten in Lackierstraßen, um Lackfarben zu optimieren. Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, auch unkonventionelle Ideen zu entwickeln – oder, wie Michael Dejmek sagt: „Henry Ford soll gesagt haben „hätte ich die Leute gefragt, was sie wollen, hätten sie gesagt: schnellere Pferde“. Wenn man nicht weiß, was überhaupt möglich ist, kann man es auch nicht nachfragen.“ Herauszfinden, was möglich ist, ist also die nächste große Aufgabe für Technologieanbieter und Chemieproduzenten.

 

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In den kommenden Wochen wollen wir in einer kleinen Serie Aspekte näher beleuchten, die auf dem Weg zur „Future Production“ eine Rolle spielen und möglicherweise Hürden darstellen, aber auch bisher ungeahnte Chancen eröffnen können. Zum Auftakt sind Sie gefragt: Wo sehen Sie die größten Herausforderungen, aber auch die größten Chancen? Wir freuen uns auf Ihre Kommentare und Anregungen und werden diese im Rahmen der kommenden Beiträge aufgreifen.

Wie weit sind die chemische und pharmazeutische Industrie auf dem Weg zu „Future Production“? Eine Studie, die das ZEW im Auftrag des VCI durchgeführt hat, lenkt den Fokus auf das Thema Digitalisierung der Chemie- und Pharmaindustrie.

Die Autoren verweisen auf den bereits hohen Digitalisierungsgrad der Unternehmen, benennen aber auch Chancen, die noch darüber hinausgehen – etwa neue Simulationsansätze in der Forschung, wesentliche Produktivitätsgewinne durch Methoden wie digitales Supply-Chain-Management oder digitale Anlagenmanagementsysteme und neue Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle.

Die Nutzung der Chancen der Digitalisierung erfordert aus Sicht von ZEW und CWS Veränderungen in den Unternehmen, bei den Beschäftigten, in der Wissenschaft und in der Politik. Wichtige Themen sind dabei Aus- und Weiterbildung, Datenschutz- und IT-Sicherheit, IT-Infrastruktur, Fragen von Schnittstellen und Datenstandards, die Entwicklung digitaler Plattform, Open Innovation und die Entwicklung von Digitalisierungsstrategien.

Was meinen Sie: Wo liegen die großen Herausforderungen? Sind es technische Fragen, oder geht es auch oder sogar weit mehr um Veränderungen in den Köpfen? Sind wir bereit für „Future Production“? Kommentieren Sie hier oder schreiben Sie uns!

 

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