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Archive for the ‘Pharma’ Category

Photo by Inmortal Producciones on Pexels.com

In der Logistik ist der Einsatz von Drohnen längst ein öffentlich diskutiertes Thema – von der Essenslieferung bis zum Versandhandel sollen autonome Transportdrohnen statt Pizza- oder Postbote die Bestellungen zur Haustür bringen. Auch in der Intralogistik von Unternehmen oder beim schnellen Transport von Blutproben laufen Versuche zum Drohneneinsatz. Nun sollen die fliegenden Helfer auch das Labor erobern.

Und sie klopfen schon an die Tür: Bei ThyssenKrupp Steel haben autonome Drohnen bereits die ersten Tests bestanden. Anstelle eines Werksmitarbeiters, der zweimal täglich mit dem PKW übers Werksgelände fährt, liefert eine autonom fliegende Drohne 

In einem Pilotversuch die Rohstoffproben zur zentralen Qualitätskontrolle und senkt dabei die Lieferzeiten um bis zu 70%.

Doch auch innerhalb des Labors könnten Drohnen wichtige Aufgaben übernehmen. Der Laborausrüster Hudson Robotics gab im April 2019 eine Entwicklungspartnerschaft mit Physical Sciences Inc (PSI) bekannt. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsam neue Technologien für das Probenhandling entwickeln. Dabei sollen die Drohnen Proben innerhalb des Labors transportieren. Sie werden zudem an die Laborautomations-Software angebunden: So sollen die Drohnen zum richtigen Gerät dirigiert werden, wo sie ihre Proben abladen. Die Software startet die Messung; nach erledigter Arbeit holt die Drohne die Proben wieder am Messgerät ab.

Der Hersteller Scentroid sieht eine wesentliche Chance für den Einsatz von Drohnen auch bei der Probennahme und in-situ-Messung: In schwer zugänglichen Bereichen z.B. über Industrieanlagen können die Geräte nach Angaben der Firma bis zu 30 Chemikalien messen und schicken die Werte zusammen mit ihrer genauen Position an die Bodenstation.

Werden Drohnen das Labor der Zukunft prägen? Oder sind ganz andere Technologien ausschlaggebend für effizientere Workflows und bessere Integration in Prozessentwicklung und Produktion? Diskutieren Sie mit beim PRAXISforum Lab of the Future am 3. und 4. September 2019. Erfahren Sie von Herstellern und Anwendern, was heute schon „state of the art“ ist, und entwickeln Sie gemeinsam neue Ideen im Creativity Lab. Programm und Anmeldung unter https://dechema.de/FutureLab.html

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Frühjahrstreffen 2019 der VBU-Managerinnen

Haben Sie auch schon einmal versucht, einem Kleinkind Hustensirup einzuflößen? Oder ärgern sich darüber, dass beim Öffnen der Tablettenpackung immer der Beipackzettel im Weg ist? Damit Medikamente die gewünschte Wirkung entfalten, gehört mehr dazu als der hochpotente Wirkstoff; denn der muss auch in der richtigen Menge und zur richtigen Zeit in den Patienten gelangen, und das ist mitunter alles andere als einfach. Multimorbide Patienten kapitulieren vor der Tabletten-Batterie auf dem Frühstückstisch, Patienten dosieren versehentlich zu viel oder zu wenig, und das Kleinkind spuckt den Sirup wieder aus.

Wie es auch anders gehen kann, erfuhren die Teilnehmerinnen des diesjährigen Frühjahrstreffens der VBU-Managerinnen in den Life Sciences. Knapp 30 Frauen aus Wissenschaft und Industrie waren zu Gast bei tesa Labtec in Langenfeld.

Wer bei tesa zuerst an Haftklebestreifen denkt, ist in diesem Fall auf dem Holzweg: Das Unternehmen gehört zu den führenden Entwicklern und Herstellern von pharmazeutischen Spezialdarreichungsformen. Darunter fallen beispielsweise sogenannte „Rapid Films“, die sich auf der Zunge in Sekundenschnelle auflösen (und die das Kleinkind nicht ausspucken kann). „Mucofilms“ dagegen werden z.B. in die Wange appliziert und können dafür sorgen,  dass der Wirkstoff nicht oral, sondern über die Schleimhaut aufgenommen wird und damit unerwünschte „first pass“-Effekte, also eine unmittelbare Metabolisierung, vermieden werden. Und jeder kennt die Wirkstoffpflaster, die Schmerzmittel über einen längeren Zeitraum über die Haut in den Organismus bringen.

Wie viel Entwicklungsarbeit hinter solchen Anwendungen steckt, wurde bei einem Rundgang durch das Unternehmen deutlich: Von der Forschung, um das geeignete Filmmaterial, die richtige Formulierung und die Verarbeitung zu entwickeln, über das Entwicklungslabor, in dem die Chargen „im Kleinen“ hergestellt werden, bevor die Verfahren in Hamburg in die Produktion gehen, zeigten die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Schritt für Schritt, welche Parameter zu beachten sind. Da geht es um die Dosierung und Freisetzung des Wirkstoffs, aber auch um die Klebkraft von Pflastern und den Durchgang des Wirkstoffs aus dem Pflaster durch die Klebschicht auf die Haut. Letzterer wird in der Analytik an echten Hautproben getestet, die nicht nur von Schweinen stammen, sondern dank der Nähe zu Düsseldorfer Schönheitskliniken von freiwilligen Spendern und damit auch vom Menschen verfügbar sind.

Je leichter ein Medikament zugänglich ist, desto größer ist allerdings auch die Gefahr des Missbrauchs: Darauf wies die Gastgeberin, die Geschäftsführerin von tesa labtec Dr. Helge Lubenow, in einem eindringlichen Vortrag hin. Hier sind nicht nur die Hersteller, sondern auch Ärzte, Patienten und Gesetzgeber in der Pflicht, um Folgen wie die US-Opiatkrise von vornherein zu verhindern.

Überhaupt ist der Patient längst nicht mehr nur ein „Duldender“, wie es der lateinische Wortursprung nahelegt. Er muss vielmehr als aktiver Teil des Gesundheitssystems handeln und auch so wahrgenommen werden. Wie diese Rolle aussehen kann, schilderte Philipp von Gallwitz in seinem Vortrag zu „Patient Engagement aus Industriesicht“ – ein Plädoyer für mehr Austausch zwischen Patienten, Herstellern und Behörden. Dass auch die „klassische“ Tablette leichter ihren Weg in den Patienten finden könnte, wenn man den denn nur stärker berücksichtigen würde, zeigte Prof. Dr. Sven Stegemann in seinem trotz des ernsten Themas vergnüglichen Vortrag zu „Alt, multimorbid und selbständige Arzneimitteleinnahme – ein Realitätscheck“.

So bleibt von diesem Treffen die Erkenntnis, dass mit etwas mehr Aufmerksamkeit für ein patientenfreundlicheres Design der Medikamentenumverpackung der Beipackzettel nicht im Weg sein müsste. Es bleibt aber auch der große Respekt vor der Innovationskraft und dem Ideenreichtum der Entwickler, die immer neue Wege gehen, um die Medikamenteneinnahme zuverlässiger und sicherer zu machen. Es bleiben neue Kontakte und das Wiedersehen mit alten Bekannten – und es bleibt ein großes Dankeschön an die hochmotivierten Gastgeber!

Save the Date: Herbsttreffen der VBU-Managerinnen am 25. Oktober 2019 in Frankfurt

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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.

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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.

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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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