Industrie + Technik

<p>Eine neue Tablettenfabrik hat das Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim als „Smart Factory“ in Ingelheim eröffnet: Alle Maschinen und Anlagen sind digital vernetzt, und fast alle Prozesse steuern sich selbst. Beschäftigte bereiten etwa Produkttransferschläuche für die Tablettenreinigung vor (Foto). Mit etwa 90 Mio. Euro gehört die Fabrik zu den drei größten Investitionen von Boehringer Ingelheim, neben Projekten in Biberach und Wien. Foto: Boehringer Ingelheim</p><div position="anchor" content-type="graphic" xml:lang="en"><img position="anchor" id="jats-graphic-4" xlink:href="urn:x-wiley:18680054:media:nadc20214119296:nadc20214119296-gra-0002">

</div><p></p>

Meldung

Boehringer Ingelheim: erste Smart Factory

Eine neue Tablettenfabrik hat das Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim als „Smart Factory“ in Ingelheim eröffnet: Alle Maschinen und Anlagen sind digital vernetzt, und fast alle Prozesse steuern sich selbst. Beschäftigte bereiten etwa Produkttransferschläuche für die Tablettenreinigung vor (Fot...

<p>Historisch haben sich in der Farben- und Lackindustrie Messmethoden f&uuml;r Entwicklung und Qualit&auml;tskontrolle etabliert, die am Endprodukt &bdquo;lackierte Oberfl&auml;che&ldquo; orientiert sind. Sie beschreiben die Qualit&auml;t eher, als sie quantitativ und wissenschaftlich fundiert zu messen.</p>
<p>Es gibt nur wenige Daten zu Rohstoffen f&uuml;r die Farben- und Lackindustrie, und die meistens nicht in elektronisch verwertbarer Form. So kam im Oktober 2016 im Vorfeld zur Konferenz Industrie 4.0 in der Lackindustrie der &bdquo;Wunsch nach Daten auf einer neutralen Plattform&ldquo; auf.<sup>1)</sup> Dieser ist bis heute unerf&uuml;llt.<sup>2)</sup> Informationstr&auml;ger wie Sicherheitsdatenbl&auml;tter, technische Merkbl&auml;tter oder Pr&uuml;fzertifikate werden von Unternehmen immer noch auf Papier oder h&ouml;chstens als PDF versendet.</p>
<p>Dies l&auml;sst zusammen mit den Messmethoden, die sich st&auml;rker am Lackierergebnis als am Rohstoff orientieren, keine systematische Datenverarbeitung im Sinn von Struktur-Wirkungsbeziehungen zu. Folglich versucht die Industrie eine solche Analyse gar nicht erst.</p>
<h2>Versuch und Irrtum</h2>
<p>In der Farben- und Lackindustrie ist die Batch-Fertigung die dominierende Fertigungsweise, bei der die Rohstoffe zum fertigen Lack zusammenger&uuml;hrt werden. Fast alle Rohstoffe daf&uuml;r &ndash; darunter Bindemittel, F&uuml;llstoffe, Pigmente, L&ouml;semittel und Additive &ndash; sind selbst Gemische schwankender Zusammensetzung. &Uuml;ber Filtration hinausgehende Reinigungsschritte sind nicht m&ouml;glich.</p>
<p>Die Produkte werden am Produktionsende auf die Anwendung hin korrigiert oder optimiert. Dazwischen sind Ausprobieren und Bauchgef&uuml;hl angesagt, aber kein wissenschaftliches, datenbasiertes Arbeiten. Die Versuch-und-Irrtum--Methode beherrscht die Branche. Dass sie sich weiterentwickelt, forderte das <i>European Coatings Journal</i> bereits im Jahr 2014.<sup>3)</sup></p>
<p>Automatisches Messen direkt im Prozess (Inline-Sensorik) kommt in der Lackproduktion selten bis nie vor, oder die Daten werden nicht ausgelesen. Ans&auml;tze von Atline-Messungen &ndash; also Untersuchungen nach manueller Probennahme im Labor nebenan &ndash; greifen auf alte Methoden wie Grindometer zur&uuml;ck: Die Probe wird aufgestrichen, und per Auge werden grobk&ouml;rnige Anteile im Lackfilm bestimmt. Daraus wird auf die Partikelfeinheit geschlossen. Das geht zwar schnell und braucht wenig Probenmaterial, ist allerdings nicht im Sinn der Digitalisierung und des Internets der Dinge f&uuml;r die Industrie (industrial internet of things, IIOT).</p>
<p>Die in der Industrie &uuml;bliche Organisationsform mit spezialisierten Abteilungen f&ouml;rdert die Intransparenz innerhalb einer Firma: Abteilungssilos stehen der Digitalisierung im Weg.<sup>4)</sup></p>
<h2>Webshops und Management</h2>
<p>Im Dezember 2020 meinten mehr als 90 Prozent der Teilnehmer einer Umfrage, die &uuml;ber den Stammtisch zum Thema Lackchemie der GDCh-Vereinigung f&uuml;r Chemie und Wirtschaft (VCW-Stammlack) lief: Die Digitalisierung bringe gute Chancen f&uuml;r die Lackbranche.<sup>5)</sup> Ein F&uuml;nftel setzte demnach Digitalisierungsprojekte um, und knapp ein Viertel plante dies. Leider wurde der Ort der Umsetzung nicht abgefragt; anzunehmen ist ein hoher Anteil Webshops sowie Planungs- und Managementsysteme (enterprise resource planning, ERP; customer relationship management, CRM).</p>
<p>Eigentlich m&uuml;sste die Branche alle M&ouml;glichkeiten digitaler Werkzeuge nutzen, denn sie beklagt seit Monaten den Arbeitsaufwand, um die schlechte Rohstoffversorgungslage durch Alternativ-, Ersatz- oder Austauschrohstoffe zu kompensieren und lieferf&auml;hig zu bleiben. An Neuentwicklungen ist f&uuml;r das Laborpersonal in den Entwicklungsabteilungen deshalb derzeit nicht zu denken, selbst wenn es keinen Fachkr&auml;ftemangel g&auml;be.<sup>6)</sup></p>
<h2>Mehr Nachhaltigkeit</h2>
<p>Mit dem European Green Deal steht der Lackbranche eine sinnvolle Herausforderung bevor: Die EU m&ouml;chte zum Vorreiter in Sachen Nachhaltigkeit werden, und ein Ziel ist dabei, gef&auml;hrliche Substanzen zu vermeiden.<sup>7)</sup> Dies wird sicher einhergehen mit einer reduzierten Rohstoffpalette. Ein erster Schritt Richtung Nachhaltigkeit ist das Konzept des europ&auml;ischen Lackverbands (Conseil Europ&eacute;en de l&lsquo;Industrie des Peintures, des Encres d&lsquo;Imprimerie et des Couleurs d&lsquo;Arts, Cepe), alle Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen sowie ressourcenbezogenen Belastungen zu ermitteln, die ein Produkt verursacht (product environmental footprint, PEF).<sup>8)</sup></p>
<p>Die bisherigen Parameter, mit denen ein Lackentwickler arbeitete &ndash; Preis und Qualit&auml;t &ndash;, werden demnach durch weitere erg&auml;nzt werden. Darunter sind Nachhaltigkeit der Rohstoffe, Beschaffung, effizientere Produktion und weniger Abfall, wodurch sich die Komplexit&auml;t vervielfacht.</p>
<h2>Das ideale Konstrukt</h2>
<p>Digitalisierung braucht vor allem qualitativ gute Daten. Deshalb m&uuml;ssen die Messmethoden valide und reproduzierbar sein. Messungen an lackierten Proben zeigen oft Schwankungen innerhalb der Probe und innerhalb mehrerer Proben des gleichen Materials. Die Trocknungsgeschwindigkeit, Temperatur, Schichtdicke und die Arbeit des Lackierers beeintr&auml;chtigen die Reproduzierbarkeit.</p>
<p>Aus objektiven, reproduzierbaren Messungen lassen sich Daten gewinnen, mit denen bei ausreichender Anzahl Modelle entstehen &ndash; Grundlage f&uuml;r k&uuml;nstliche Intelligenz (KI). Gute Modelle liefern gute Voraussagen f&uuml;r erfolgversprechende Experimente. Mit den Modellen lassen sich Versuche sparen und damit Zeit, Ressourcen und Abfall &ndash; die Digitalisierung f&ouml;rdert hier die Nachhaltigkeit.</p>
<p>F&uuml;r die Produktion gilt das Gleiche: Gute Modelle helfen beim Verst&auml;ndnis der Lacksysteme, und genaue Daten aus reproduzierbaren Messungen erlauben, Regelkreise zu etablieren, die konstante Lieferqualit&auml;ten bringen.</p>
<h2>Ein neutrales &Ouml;kosystem</h2>
<p>Ein Regelkreis ben&ouml;tigt Input von Anwendern und Rohstoffdaten von Lieferanten &ndash; also Datenquellen au&szlig;erhalb der Firma. Zudem fallen in einer Lackfabrik aufgrund der Vielfalt an Parametern zu geringe Datenmengen an f&uuml;r eine statistische Auswertung, wie sie KI liefern w&uuml;rde &ndash; die f&uuml;r einen Lacktechniker gro&szlig; erscheinende &bdquo;Big Data&ldquo; ist nicht big genug.</p>
<p>Helfen k&ouml;nnte hier ein neutrales System f&uuml;r die Rohstoff-, Formulierungs-, Mess-, Produktions- und Anwendungsdaten, in das alle Beteiligten Daten eingeben und daf&uuml;r Erkenntnisse erhalten. Die Datenmengen wachsen mit der Zahl der Teilnehmer &ndash; je mehr Teilnehmer, desto mehr Daten, desto h&ouml;her die Qualit&auml;t der Modelle, desto besser die Voraussagen und Vorschl&auml;ge. IP-Schutz durch Anonymisierung sollte dabei selbstverst&auml;ndlich sein.</p>
<p>F&uuml;r Cristel Davidson, Cepe-Gesch&auml;ftsf&uuml;hrerin, sollten Unternehmer &bdquo;in Erw&auml;gung ziehen, Teams zu bilden, die die Ideen des EU Green Deal auf Unternehmensebene &uuml;bersetzen&ldquo;.<sup>9)</sup> Teamarbeit und das Festlegen auf eine gemeinsame Basis (PEF) sind die Bausteine f&uuml;r eine erfolgreich agierende Lackbranche &ndash; wobei das Team die gesamte Wertsch&ouml;pfungskette vom Rohstofflieferanten bis zum Lack-Endanwender enthalten muss.</p>
<h2>Das digitale Prozessmodell</h2>
<p>Ein schematisierter Lackherstellungsprozess produziert aus Rohstoffen nach deren Qualit&auml;tskontrolle &uuml;ber ein in der Entwicklungsabteilung ausgearbeitetes Rezept Lacke, die in der Qualit&auml;tskontrolle gepr&uuml;ft und beim Kunden appliziert werden (Abbildung rechts, oben).</p>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/9x36JWmBTH2GZwnVR9E8" />
<figcaption><label>Abb. 1: </label>Oben: Status Quo typischer Prozessabl&auml;ufe in der Lack- und Farbenindustrie; unten: ein Wunschprozess. Die Pfeile zeigen, wie Daten hin- und herlaufen. Beim Wunschprozess ist die Kommunikation vollst&auml;ndiger, und es flie&szlig;en zudem Informationen statt nur Daten.</figcaption>
</figure>
<p>In der Praxis sind die Bereiche Rohstoffe, Produktion und Kunde eher Black Boxes (Abbildung rechts, Mitte). Die Bereiche tauschen h&ouml;chstens Messwerte, aber keine Informationen &uuml;ber deren Bedeutung aus, da systematische Zusammenh&auml;nge fehlen. Eine effektive Lackproduktion etabliert dagegen Regelkreise (Abbildung rechts, unten), um Korrekturen m&ouml;glichst im laufenden Prozess durchf&uuml;hren zu k&ouml;nnen. Abweichungen werden in den Prozess zur&uuml;ckgef&uuml;hrt und f&uuml;r k&uuml;nftige Produktionen eingearbeitet. Gleiches gilt f&uuml;r Daten, die in vorgelagerten Schritten ermittelt und dynamisch in den Produktionsprozess integriert werden.</p>
<p>Auch die Rohstoffdaten sind in den Prozess integriert, ebenso wie die anwendungstechnischen Daten beim Kunden. Durch die Vernetzung der Daten &uuml;ber den gesamten Wertsch&ouml;pfungsprozess lassen sich Modelle erstellen, die &uuml;ber Algorithmen analysiert und auf m&ouml;gliche Verbesserungen hin optimiert werden &ndash; digitale Zwillinge der Lacke, an denen die Algorithmen virtuell mit den unterschiedlichsten Parametern arbeiten und L&ouml;sungsvorschl&auml;ge unterbreiten.</p>
<p>Die Voraussetzungen f&uuml;r eine Smart Paint Factory, also eine voll vernetzte, digitalisierte Lackfabrik, existieren. Die Lackbranche k&ouml;nnte sie f&uuml;r sich anpassen.<sup>10)</sup> Die gr&ouml;&szlig;ten H&uuml;rden sind Silodenken &ndash; firmenintern wie -&uuml;bergreifend &ndash; und fehlende Daten aus dem Prozesskettenbeginn. Diese Probleme zu l&ouml;sen bedarf einer ge&auml;nderten Einstellung. Wir sind &uuml;berzeugt: Der Wandel ist nicht mehr weit.</p>
<h2>AUF EINEN BLICK</h2>
<p>Die Lackbranche braucht Teamarbeit &uuml;ber die gesamte Wertsch&ouml;pfungskette und eine gemeinsame Datenbasis.</p>
<p>Die Produktion sollte Regelkreise f&uuml;r Korrekturen im laufenden Prozess enthalten. Ebenso sind Rohstoff-, Mess- und anwendungstechnische Daten zu integrieren.</p>
<p>Vernetzte Daten f&uuml;hren zu digitalen Lack-Zwillingen, an denen Algorithmen virtuell mit den Produktionsparametern arbeiten und Vorschl&auml;ge unterbreiten.</p>
<p>Die gr&ouml;&szlig;ten H&uuml;rden f&uuml;r eine vernetzte, digitalisierte Lackfabrik sind Silodenken und fehlende Daten.</p>
<h2>Die Autoren</h2>
<p>Den Beitrag haben Ulf Stalmach (oben) und Ralph Jan W&ouml;rheide verfasst. Stalmach ist Key Account Manager bei Orontec in Dortmund, dem im Jahr 2014 gegr&uuml;ndeten Anbieter von Systemen f&uuml;r die Farben- und Lackindustrie. Der promovierte Chemiker f&ouml;rdert Austausch und Netzwerken unter Chemikern als Moderator von Stammtischen der GDCh-Vereinigung f&uuml;r Chemie und Wirtschaft (VCW) und hat den ersten lackthemenspezifischen Stammtisch &bdquo;Stammlack&rdquo; gegr&uuml;ndet. W&ouml;rheide ist Wirtschaftsingenieur und einer der Orontec-Gr&uuml;nder. Der gesch&auml;ftsf&uuml;hrende Gesellschafter entwickelt Test-, Software- und Beratungskonzepte und initiierte die Smart-Paint-Factory-Initiative. <a href="https://orontec.com" target="_blank" rel="noopener">orontec.com</a>, <a href="https://smartpaintfactory.com" target="_blank" rel="noopener">smartpaintfactory.com</a></p>
<div><img src="https://media.graphcms.com/oB1huqlGSvCDwrlJC7wY" /></div>
<div><img src="https://media.graphcms.com/xBIEO1fPSI6oe89wSQ7Q" /></div>
<p></p>
<ul class="references">
<li><sup>1 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://european-coatings.com/articles/archiv/digitization-in-the-coatings-industry" target="_blank" rel="noopener">european-coatings.com/articles/archiv/digitization-in-the-coatings-industry</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>2 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://european-coatings.com/articles/2021/08/a-central-database-for-compliance-declarations" target="_blank" rel="noopener">european-coatings.com/articles/2021/08/a-central-database-for-compliance-declarations</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>3 </sup>D. Gagro, Eur. Coat. J. 2014, (11), 10</li>
<li><sup>4 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://sloanreview.mit.edu/article/whats-holding-your-data-program-back" target="_blank" rel="noopener">sloanreview.mit.edu/article/whats-holding-your-data-program-back</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>5 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://chemanager-online.com/news/neuausrichtung-der-farben-und-lackbranche-erfordert-umdenken" target="_blank" rel="noopener">chemanager-online.com/news/neuausrichtung-der-farben-und-lackbranche-erfordert-umdenken</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>6 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://xing.com/communities/posts/die-zusammenfassung-vom-14ten-nummer-stammlack-zum-thema-formulierungs-flexibilitaet-wie-geht-r-und-d-1022499049" target="_blank" rel="noopener">xing.com/communities/posts/die-zusammenfassung-vom-14ten-nummer-stammlack-zum-thema-formulierungs-flexibilitaet-wie-geht-r-und-d-1022499049</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>7 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://farbeundlack.de/artikel/2021/07/interview-green-deal-und-die-lackindustrie" target="_blank" rel="noopener">farbeundlack.de/artikel/2021/07/interview-green-deal-und-die-lackindustrie</a></ext-link>(Stand 13.09.2021)</li>
<li><sup>8 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://linkedin.com/pulse/its-coming-eu-product-environmental-footprint-pef-david-brunt/" target="_blank" rel="noopener">linkedin.com/pulse/its-coming-eu-product-environmental-footprint-pef-david-brunt/</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>9 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://farbeundlack.de/artikel/2021/08/wir-werden-zeigen-muessen-dass-beschichtungen-teil-der-loesung-sind" target="_blank" rel="noopener">farbeundlack.de/artikel/2021/08/wir-werden-zeigen-muessen-dass-beschichtungen-teil-der-loesung-sind</a></ext-link>(Stand 13.9.2021)</li>
<li><sup>10 </sup><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://chemanager-online.com/en/news/working-data-instead-documents" target="_blank" rel="noopener">chemanager-online.com/en/news/working-data-instead-documents</a></ext-link>(Stand 14.9.2021)</li>
</ul>

Meldung

Boehringer Ingelheim: erste Smart Factory

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...