Digitale Chemieindustrie

Carsten Suntrop ist Unternehmensberater, Inhaber der Managementberatung CMC2 GmbH und hat eine Professor für Unternehmensentwicklung. Seine Tätigkeitsschwerpunkte sind Strategieentwicklung und -umsetzung, Organisationsgestaltung und Digitalisierung für mittelständische und große Chemie-/Pharmaunternehmen sowie für Standort-Betreiber und Dienstleister der Chemie- und Pharmaindustrie. Er ist promovierter Wirtschafts- und Sozialwissenschaftler und begleitet die chemisch-pharmazeutische Industrie seit über 25 Jahren in ihrer strukturellen, prozessualen und digitalen Entwicklung.

• Geleitwort XVVorwort XVIIBeitragsautoren XIXTeil I Status quo und Entwicklung der digitalen Chemieindustrie 11 Chemie 4.0 – eine Standortbestimmung 3Christian Bünger1.1 Die digitale und zirkuläre Transformation in der Chemieund Pharmaindustrie 31.2 Nachhaltigkeit im Fokus 41.3 Die digitale Transformation ist in vollem Gange 51.4 Stand der Digitalisierung 61.5 Digitalisierung für die Chemie von morgen 81.5.1 Künstliche Intelligenz (KI) 91.5.2 Plattformökonomie und Direktvertrieb 91.5.3 3-D-Druck – Additive Fertigung 101.5.4 Datengetriebene und datenbasierte Geschäftsmodelle 101.5.5 Smart Contracts/programmierbares Geld 111.5.6 Digitale Technologien im Gesundheitswesen (E-Health) 111.6 Ohne Changemanagement geht es nicht 121.7 Digitalisierung bringt zirkuläre Wirtschaft voran 131.8 Ausblick: noch mehr Datenanalyse und Konnektivität 141.9 Digitale Transformation erfordert politischen Rückenwind 14Literaturverzeichnis 152 Die Digitalisierung – riesige Chance und große Herausforderung für die Chemieindustrie 19Clara Hiemer, Prof. Dr. Carsten Suntrop und Dr. Thomas Wagner2.1 Bedeutung und Struktur der Chemieindustrie in Deutschland 192.2 Herausforderungen der Chemieindustrie 212.3 Besonderheiten der Chemieindustrie 242.4 Stand der Digitalisierung in der Chemieindustrie 252.5 Chancen der Digitalisierung in der Chemieindustrie 292.5.1 Ziel-Perspektive 312.5.2 Funktionale Perspektive 312.5.3 Prozessuale Perspektive 322.6 Digitale Chemie der Zukunft 332.7 Learnings aus eigenen Digitalisierungsprojekten und Schlussfolgerungen 37Literaturverzeichnis 403 In der Digitalisierung ist die Größe für Chemieunternehmen nicht mehr entscheidend 45Dr.-Ing. Frank Jenner3.1 Einleitung 453.2 Warum der Wandel unausweichlich ist 463.2.1 Wie Wirtschaftsökosysteme funktionieren 473.2.2 Die Schrift an der Wand: Vorboten der Veränderung 493.2.3 Nahrungsergänzungsmittel als mögliches Beispiel für ein smartes Ökosystem 493.3 Drei künftige Arten von Geschäftsmodellen 503.3.1 Basisanbieter 513.3.2 Plattformanbieter 523.3.3 Partner im Ökosystem 553.4 Fallbeispiele für neue digitale Geschäftsmodelle 563.4.1 Repairfix (BASF Coatings) 573.4.2 trinamiX (BASF) 573.4.3 Connected Factory (Holcim) 583.5 Fahrplan zur Disruption 603.6 Fazit 61Literaturverzeichnis 624 Digitale Optimierungshebel in der Polyolefin-Industrie 63Dr. Stefan Gstettner, Christian Hoffmann, Dr. Christoph Michel, Philipp Sielfeld und Dr. Fabian Uhrich4.1 Nachhaltiger und wirtschaftlicher – Anforderungen an die Petrochemie der Zukunft 634.2 Potenziale der Digitalisierung 644.3 Wirtschaftliche Quantifizierung des Anlagenbetriebs von Raffinerien und Crackern in Echtzeit 654.3.1 Die Kernfrage lautet: Wie kann der Betrieb in Echtzeit wirtschaftlich optimiert werden? 664.3.2 Eine digitale Lösung zur wirtschaftlichen Optimierung in Echtzeit 664.3.3 Neue Aufgaben und Verantwortlichkeiten 674.3.4 Implementierung einer digitalen Lösung 684.3.5 Voraussetzungen für eine erfolgreiche Implementierung 684.3.6 Nachhaltigkeit unterstützen 694.4 Optimierung der Produktionsplanung in der Polymerindustrie 704.4.1 Wie Polymerhersteller den Produktionsplanungsprozess innerhalb der Supply-Chain-Optimierung weiter verbessern können 704.4.2 Voraussetzungen für eine erfolgreiche Implementierung 724.5 Erhöhung der Resilienz durch die Quantifizierung von S&OP-Szenarien 734.5.1 Die analytische szenariobasierte Synchronisation von Nachfrage und Angebot in der petrochemischen Industrie 734.6 Advanced Analytics zur Optimierung der Preissetzung bei Polyolefinen 764.6.1 Advanced Analytics zur Optimierung der Preissetzung 774.6.2 Grenzen eines datengetriebenen Preisfindungsverfahrens 784.6.3 Einbettung des Algorithmus in den Pricing-Prozess 794.7 Ausblick 795 Digitalisierung im Mittelstand der Chemieindustrie 81Dr. Martin Schäfer, Prof. Dr. Carsten Suntrop, Dr. Martin Watzke und Ludz Wilkening5.1 Der chemische Mittelstand 815.1.1 Wirtschaftskraft und Bedeutung 815.1.2 Charakter, Besonderheiten und Herausforderungen 825.1.3 Digitalisierung im chemischen Mittelstand 835.2 Stand der Dinge in der Digitalisierung mittelständischer Chemieunternehmen 835.2.1 Pragmatischer Mittelstand 835.2.2 Digitalisierungsgrad 855.3 Weg zum digitalen chemischen Mittelstand 875.3.1 Zielbilder des chemischen Mittelstandes 885.3.2 Maßnahmen und Digital-Programme 895.4 Chancen und Risiken der Digitalisierung im chemischen Mittelstand 915.4.1 Wissensmanagement und digitale Prozesse als Chancen 915.4.2 Sicherheit der Daten und Mitarbeiter-Überforderung als Risiken 935.5 Erfolgsfaktoren der Digitalisierung des chemischen Mittelstandes 955.5.1 Investition und Akzeptanz 955.5.2 Schnelligkeit und Umsetzungsqualität 965.5.3 Geschäftsführer – eine entscheidende Rolle 975.6 Ausblick und Fazit 97Literaturverzeichnis 99Teil II Praxisbeispiele Chemie 4.0 1016 Digitalisierung der Customer Journey in der Bauchemie – MAPEI 103Dr. Uwe Gruber, Anke Hattingh und Bernd Lesker6.1 Bauchemie – Rahmenbedingungen und Anforderungen 1036.2 Die Customer Journey in der Bauchemie 1046.2.1 Der typische Kunde 1056.2.2 Bedürfnisse von Kunden 1066.2.3 Kontaktpunkte von Kunden 1086.3 Herausforderung digitale Interaktion aus Sicht von Hersteller, Handel und Verarbeiter 1106.3.1 Definition von Personas für die digitale Ansprache 1106.3.2 Bedürfnisse realitätsnah erkennen 1106.3.3 Entwicklung, Einführung und Pflege digitaler Medien und Tools 1116.3.4 Beispiel Beschreibung Persona 1126.4 Einsatz digitaler Medien und Tools in der Interaktion zwischen Hersteller, Handel und Verarbeiter 1126.4.1 Kundenorientierte Ansprache 1126.4.2 Verzahnung digitaler und physischer Touchpoints 1136.4.3 Beispiel Hersteller-Produktlaunch 1136.5 Einfluss der Digitalisierung auf die Customer Journey 1156.5.1 Kaufverhalten, Dialog und Informationsflut 1156.5.2 Herausforderungen und typische Fragestellungen 1156.5.3 Die Customer Journey Map als Antwort auf viele Fragen 1176.5.4 Customer-Journey-Strategie – intern und extern 1186.6 Chancen und Risiken der Umsetzung 1186.6.1 Veränderungen meistern 1186.6.2 Crossmediale Kommunikation 1196.6.3 Social-Media-Kanäle – das Risiko als Chance 1206.6.4 Die Bedeutung von Statistiken digitaler Maßnahmen 1216.6.5 Digitaler Ausbildungsstand und Know-how der Mitarbeiter 1216.6.6 Digitale Unternehmensausrichtung und der Geschäftserfolg 1226.7 Zusammenfassung, Ausblick und Learnings 122Literaturverzeichnis 1237 Innovationsmotor Digitalisierung: Wie TECTRION digitale Lösungen für die Instandhaltung der Zukunft entwickelt 125Sascha Büttgen, Alexander Hoffmann, Marcel Roos und Dirk Wintersehl7.1 Einleitung 1257.2 Digitale Innovationen bei TECTRION 1277.3 Digital Maintenance bei TECTRION 1307.4 Smarte Innovationslösungen dank dem Innovationsmotor Digitalisierung 135Literaturverzeichnis 1418 Digitale Transformation von Forschung und Entwicklung in der BASF 143Dr. Stefan Dreher, Dr. Rainer Lemke, Prof. Klaus-Juergen Schleifer und Dr. Hergen Schultze8.1 Einleitung 1438.1.1 Möglichkeiten der Digitalisierung in Forschung und Entwicklung (FuE) 1438.1.2 FuE der BASF in digitaler Transformation 1448.2 Das digitale Labor der Zukunft 1458.2.1 Effizientes und integriertes Labordatenmanagement 1468.2.2 Automatisierte Laborarbeitsabläufe und Geräteanbindung 1478.2.3 Erweiterte Mensch-Maschine-Interaktion im Labor 1488.3 Wirkstoffe aus dem Cyberspace? 1498.3.1 Eigenschaften von Wirkstoffen 1498.3.2 Modellbasierte Berechnung der Bioverfügbarkeit 1508.3.3 Modellbasierte Berechnung der Wirksamkeit 1518.3.4 Modellbasierte Berechnung der unerwünschten Wirkungen 1528.3.5 Wirtschaftliche Relevanz der digitalen Wirkstoffentwicklung 1528.4 Autonome Forschungsmaschinen 1538.4.1 Herausforderungen in der industriellen Materialentwicklung 1548.4.2 Aktuelles Paradigma: die Probe 1548.4.3 Treibende Kräfte: die Daten 1548.4.4 Digitale Herangehensweisen: Simulationen und Statistik 1568.4.5 Vision: künstliche Intelligenz ändert alles 1578.4.6 Herausforderungen in der digitalen Materialentwicklung 1578.5 Wichtige Erkenntnisse der bisherigen digitalen Transformation 1588.6 Abkürzungsverzeichnis 159Literaturverzeichnis 1599 Der interdisziplinäre Lösungsansatz sichert die Value Proposition: Erfahrungen des ersten digitalen Zwillings bei der YNCORIS 161Holger Mengel, Frank Schöggl und Michael Strack9.1 Einleitung 1619.2 Modernisierung bestehender Anlagen 1639.3 Der digitale Zwilling, eine Innovation? 1649.4 Die unterschiedlichen digitalen Zwillinge 1659.4.1 Der Anlagen-Zwilling 1659.4.2 Der Asset-Zwilling 1659.4.3 Der Performance-Zwilling 1669.4.4 Der Produktions-Zwilling 1669.4.5 Kosten und Nutzen des digitalen Zwillings 1679.5 Der digitale Zwilling bei YNCORIS ,,Kühlwassersystem im Chemiepark Hürth“ 1689.6 Implementierungsvorgehen 1719.6.1 Reifegradmodell als Rahmenwerk 1719.6.2 Komplexität in Bezug auf Digital-Projekte 1729.6.3 Mit Agilität und den richtigen Kompetenzen zum Ziel 1729.7 Zusammenfassung und Fazit 17410 Praktische künstliche Intelligenz – Digital Operational Excellence bei COVESTRO 177Dr.-Ing. Pietro Valsecchi10.1 Grundlagen von KI 17710.1.1 Die innere Funktionsweise eines neuronalen Netzwerks und wie es lernt 17810.1.2 Maschinelles Lernen und Deep Learning 17910.2 Anwendungsbereiche für KI 18010.2.1 KI-Methoden für APM und Predictive Maintenance 18010.2.2 KI-Methoden für rotierende Maschinen 18210.2.3 Komplexe Modelle in großen Parameterräumen 18210.2.4 Supervised Algorithmen für einen Kompressor 18410.2.5 Die versteckten Herausforderungen des Trainingsdatensatzes 18610.2.6 Änderungen in der Konfiguration und Auslöser des erneuten Trainings 18910.2.7 Das Blackbox-Problem 19010.2.8 Das Vorhersagen von Fehlermodi 19010.2.9 Schwingungsüberwachung und aggregierte Fehlerdatenbanken 19110.2.10 Die Anwendung digitaler Zwillinge für das Training von KI 193Literaturverzeichnis 19411 Künstliche Intelligenz und datengetriebene Entscheidungsfindung im Chemiekonzern 195Dr. Yves Gorat Stommel11.1 Künstliche Intelligenz (KI) und ihre unternehmerische Relevanz 19511.2 Die Relevanz von KI für das Chemieunternehmen 19711.2.1 KI als Teil eines Arbeitsprozesses 19811.2.2 Praxis-Beispiel 1: Neuproduktentwicklung im Formmassen-Bereich 19811.2.3 KI als Teil oder Befähiger eines Produktes 19911.2.4 Praxis-Beispiel 2: Digitaler Assistent für die Farb- und Lackindustrie 19911.2.5 KI als Befähiger eines Geschäftsmodells 20011.2.6 Praxis-Beispiel 3: Precision Livestock Farming (PLF) 20011.2.7 Inkrementelle und disruptive Auswirkungen der KI 20111.3 Von der Einzelanwendung zur konzernweiten Nutzung von Daten und KI 20111.3.1 KI als Breitentechnologie und -kompetenz 20111.3.2 Erfassung des momentanen Entwicklungsstandes und des Zielbildes 20211.3.3 Eine konzernübergreifende Strategie für Datennutzung inklusive KI 20311.3.4 KI für die Belegschaft, am Beispiel von Angeboten bei Evonik 20511.4 Zusammenfassung 20811.5 Abkürzungsverzeichnis 209Literaturverzeichnis 20912 WACKER Digital – Transformation eines traditionellen Chemieunternehmens zu einem datenbasierten Konzern 213Nadine Baumgartl, Jörg Krey und Dirk Ramhorst12.1 Wacker Chemie AG: Partner, Impulsgeber und Innovator 21312.2 Digitalisierung bei WACKER: das Programm WACKER Digital 21412.2.1 Ein Programm als Katalysator 21412.2.2 Digitalisierung als Chance und Herausforderung 21412.2.3 Aufbau von WACKER Digital 21512.2.4 Roadmaps, Ideengenerierung und Leuchtturmprojekte 21612.2.5 Für innovative Ansätze begeistern: Agilität und Business Model Innovation (BMI) 21612.3 WACKER Digital Frontend 21712.3.1 Neues Portal für Kundenmarketing: Digital Market Communication 21712.3.2 Am Puls der Kunden: Digital Commerce 21812.4 Fallbeispiel digitales Kundenmanagement 21812.4.1 Hohe Anforderungen: die Wahl des richtigen Systems 21812.4.2 Einführung im Big Bang 21912.4.3 Schnelle Angebotserstellung und digitales Preismanagement 21912.4.4 Optimaler Kundenservice 21912.5 WACKER Digital in Operations 22012.5.1 Spezifische Themencluster entlang der Wertschöpfungskette 22012.5.2 Fokus Produktivitätsmanagement 22112.6 Fallbeispiel Advanced Process Control (APC) 22112.6.1 APC – Prinzip und Vorteile 22112.6.2 APC in der Anwendung 22212.7 Fallbeispiel Logistik Control Tower (LCT): globale Logistikketten transparent machen 22412.7.1 Projektstart und erste Ergebnisse 22412.7.2 Klare Zielvorgabe und Ausbau des LCT 22512.7.3 Was hat WACKER durch die Einführung des LCT erreicht? 22512.8 Fallbeispiel Digital Worker – weg vom Papier, hin zu mobilen Anwendungen 22612.8.1 Auf dem Weg zum papierlosen Unternehmen 22712.8.2 Ziel: Produktivität, Sicherheit und Wissenstransfer optimieren 22712.8.3 Mehrstufiger Projektaufbau 22712.8.4 Die IT-Grundlagen schaffen 22812.8.5 Überzeugungsarbeit leisten 22812.9 WACKER Digital Foundation 22912.9.1 Den digitalen Wandel begleiten: Transformation und Communication 22912.9.2 Neue Formen der Zusammenarbeit: Digital Workplace 23112.9.3 Die Basis muss stimmen: Prerequisites und Enabler 23112.10 Fallbeispiel KI und Datenanalytik 23212.10.1 Der Mensch muss die Vorarbeit leisten 23212.10.2 KI in der Chemie: ausgezeichnete digitale Grundlagen 23212.11 Fallbeispiel Silicon Valley Challenge (SVC): ein Blick über den Tellerrand 23312.11.1 Hohe Resonanz und Kreativität 23312.11.2 Vielversprechende Ideen 23412.11.3 Neue Impulse im Unternehmen 23412.12 Zusammenfassung und Fazit 23512.12.1 Erfolgsfaktoren 23512.12.2 Hürden, Herausforderungen, Lessons Learned 23612.12.3 Sichtbare Erfolge: digital denken, erfolgreich bleiben 236Teil III Digitale Transformation in der chemischen Industrie 23913 Betriebliche Medienwerkstätten als Enabler der digitalen Transformation 241Holger Hamann, Dr. Frank Hees, Prof. Dr. Ingrid Isenhardt und Dr. Nina Schiffeler13.1 Einleitung: Konzept der Medienwerkstatt als medienkompetenzsteigernde Maßnahme 24113.2 Ziel und Ausgestaltung der Medienwerkstatt 24213.2.1 Station 1: Peer Learning Space 24413.2.2 Station 2: (Online-)Wissensmanagement 24413.2.3 Station 3: AR-Kollaboration 24513.2.4 Station 4: AR-Instruktion 24513.2.5 Station 5: VR-Umgebung 24613.3 Voraussetzungen und Erfolgsfaktoren zur Implementierung von Medienwerkstätten 24713.4 Darstellung konkreter Use Cases aus vor- und nachgelagerten Industrien 24913.5 Lessons Learned zur Implementierung und Nutzen von Medienwerkstätten 25113.6 Ableitung von Empfehlungen und Transferpotenzialen für Unternehmen der chemischen Industrie 25413.7 Fazit und Ausblick 255Literaturverzeichnis 25614 Agile Teams als organisatorische Innovation beim Betrieb chemischer Anlagen 257Gerhard Kullmann14.1 Der Wandel als Treiber der Innovation 25714.2 Leitideen für Agiles Arbeiten in der Praxis 25914.2.1 Transparenz 26014.2.2 Zeitnahes Feedback 26114.2.3 Selbstorganisation 26214.2.4 Kundenverbindung 26214.2.5 Sprint Goals 26414.2.6 Commitment 26414.2.7 Fokussierung 26514.3 Die praktische Anwendung 26614.3.1 Ausgangssituation 26614.3.2 Die agilen Anlagenteams – das Konzept 26714.3.3 Regelkommunikation in den agilen Teams 26814.3.4 Agil arbeiten wird agil eingeführt 26914.4 Die Effekte des Agilen Arbeitens 27014.5 Ausblick und Fazit 27115 SAP SE – mit IT zum intelligenten Chemieunternehmen 273Christian Boos und Dr. Marko Lange15.1 Eine traditionelle Industrie wird digital 27315.2 Die neuen technischen Möglichkeiten moderner betriebswirtschaftlicher Anwendungssoftware 27515.3 Softwareanwendungsbeispiele für Industrie 4.0 in der chemischen Industrie 27715.3.1 IT-Bausteine für das digitale Chemieunternehmen 27715.3.2 Das intelligente Labor 27915.3.3 Die digitale Fabrik 27915.3.4 Adaptive Logistik 28015.3.5 Moderne Kundeninteraktion 28015.3.6 Integration von Front- und Backoffice 28115.4 Digitalisierung als Schlüssel zum Erfolg für mehr Nachhaltigkeit in Chemieunternehmen 28215.4.1 Transparenz erzeugen 28415.4.2 Potenziale erkennen und bewerten 28615.4.3 Optimierung durchführen 28615.4.4 Mit Blockchain die Nachhaltigkeit von Rohmaterialien transparent machen 28715.4.5 Geschäftsanalytik und maschinelles Lernen als Treiber der innerbetrieblichen Nachhaltigkeit 28715.4.6 Nachhaltiges Finanzmanagement 28815.4.7 QuartaVista – ein datengetriebener Ansatz, um Anreize für ein nachhaltiges Handeln zu schaffen und zu belohnen 28815.5 Mögliche Umsetzungsschritte 289Literaturverzeichnis 29016 Digitalisierung ist kompliziert. Die Transformation dorthin aber hochkomplex 293Michael Meinecke und Andreas Rechel16.1 Einführung in die Systemtheorie 29316.2 Besonderheiten der digitalen Transformation 29616.3 Digitale Transformation der chemischen Industrie 29816.4 Tipps zum Gelingen von Transformationsprozessen 30016.5 Persönliche Standortbestimmung 305Literaturverzeichnis 30617 Zusammenarbeit mit Start-ups als Innovationstreiber für die chemische Industrie 307Dr. Frank Funke, Stefan Kohl und Marco R. Majer17.1 Einleitung: Notwendigkeit externer Innovation 30717.2 Gründe für die Zusammenarbeit mit Start-ups 30917.3 Herausforderungen bei der Zusammenarbeit mit Start-ups 30917.4 Mögliche Formen zur Zusammenarbeit mit Start-ups 31117.5 Digitalisierung als Katalysator für die Zusammenarbeit mit Start-ups 31417.6 Besonderheiten mittelständischer Unternehmen 31617.7 Intermediäre zwischen Start-ups und etablierten Unternehmen 31717.8 Learnings und Handlungsempfehlungen 31817.9 Fazit und Ausblick 320Literaturverzeichnis 32118 Erfolgreich durch digitale Netzwerk-Kompetenz: Praxis-Tipps für Aufbau und Pflege digitaler Netzwerke 323Dr. Holger Bengs und Tobias Kirchhoff18.1 Netzwerken ist unsere neue Lebensversicherung 32318.1.1 Fallstudie 1: informelles digitales Netzwerken 32518.2 Vorteile des digitalen Netzwerkens 32518.3 Individuelle und organisatorische Kompetenzen 32618.4 Tipps zum persönlichen digitalen Netzwerken 32718.4.1 Fallstudie 2: disziplinenübergreifende Fachdiskussionen 32818.5 Neue Formate zur Zusammenarbeit 32918.5.1 Fallstudie 3: kooperative Wertschöpfung 33018.6 Zukunftsperspektiven der digitalen Zusammenarbeit in Netzwerken 33118.7 Hilfreiche Entscheidungsfragen für digitales Netzwerken 33318.8 Netzwerke für die Digitalisierung 33418.9 Customer Relationship Management (CRM) – digitale Organisation von Netzwerken 33618.10 Fazit 336Literaturverzeichnis 33719 Fokus in der Umsetzung durch ein digitales Zielbild 339Clara Hiemer, Prof. Dr. Carsten Suntrop und Dr. Thomas Wagner19.1 Bedeutung und Struktur des digitalen Zielbilds 33919.2 Voraussetzungen für das digitale Zielbild 34319.2.1 Trends in der Chemie und Digitalisierung 34319.2.2 Externe Lösungen der Digitalisierung 34319.3 Interne Ideen zur Digitalisierung 34819.4 Digitaler Zweck 35019.5 Entwicklung digitaler Ziele 35419.6 Digitalisierungs-Roadmap 35719.7 Digitalisierungs-Enabler 36019.8 Digitale Organisation 36619.9 Fazit: Zusammenfassung, Learnings und Ausblick 372Literaturverzeichnis 373Autorenverzeichnis 375Stichwortverzeichnis 391