Table of Contents
Geleitwort XV
Vorwort XVII
Beitragsautoren XIX
Teil I Status quo und Entwicklung der digitalen Chemieindustrie 1
1 Chemie 4.0 – eine Standortbestimmung 3 Christian Bünger
1.1 Die digitale und zirkuläre Transformation in der Chemieund Pharmaindustrie 3
1.2 Nachhaltigkeit im Fokus 4
1.3 Die digitale Transformation ist in vollem Gange 5
1.4 Stand der Digitalisierung 6
1.5 Digitalisierung für die Chemie von morgen 8
1.5.1 Künstliche Intelligenz (KI) 9
1.5.2 Plattformökonomie und Direktvertrieb 9
1.5.3 3-D-Druck – Additive Fertigung 10
1.5.4 Datengetriebene und datenbasierte Geschäftsmodelle 10
1.5.5 Smart Contracts/programmierbares Geld 11
1.5.6 Digitale Technologien im Gesundheitswesen (E-Health) 11
1.6 Ohne Changemanagement geht es nicht 12
1.7 Digitalisierung bringt zirkuläre Wirtschaft voran 13
1.8 Ausblick: noch mehr Datenanalyse und Konnektivität 14
1.9 Digitale Transformation erfordert politischen Rückenwind 14
Literaturverzeichnis 15
2 Die Digitalisierung – riesige Chance und große Herausforderung für die Chemieindustrie 19 Clara Hiemer, Prof. Dr. Carsten Suntrop und Dr. Thomas Wagner
2.1 Bedeutung und Struktur der Chemieindustrie in Deutschland 19
2.2 Herausforderungen der Chemieindustrie 21
2.3 Besonderheiten der Chemieindustrie 24
2.4 Stand der Digitalisierung in der Chemieindustrie 25
2.5 Chancen der Digitalisierung in der Chemieindustrie 29
2.5.1 Ziel-Perspektive 31
2.5.2 Funktionale Perspektive 31
2.5.3 Prozessuale Perspektive 32
2.6 Digitale Chemie der Zukunft 33
2.7 Learnings aus eigenen Digitalisierungsprojekten und Schlussfolgerungen 37
Literaturverzeichnis 40
3 In der Digitalisierung ist die Größe für Chemieunternehmen nicht mehr entscheidend 45 Dr.-Ing. Frank Jenner
3.1 Einleitung 45
3.2 Warum der Wandel unausweichlich ist 46
3.2.1 Wie Wirtschaftsökosysteme funktionieren 47
3.2.2 Die Schrift an der Wand: Vorboten der Veränderung 49
3.2.3 Nahrungsergänzungsmittel als mögliches Beispiel für ein smartes Ökosystem 49
3.3 Drei künftige Arten von Geschäftsmodellen 50
3.3.1 Basisanbieter 51
3.3.2 Plattformanbieter 52
3.3.3 Partner im Ökosystem 55
3.4 Fallbeispiele für neue digitale Geschäftsmodelle 56
3.4.1 Repairfix (BASF Coatings) 57
3.4.2 trinamiX (BASF) 57
3.4.3 Connected Factory (Holcim) 58
3.5 Fahrplan zur Disruption 60
3.6 Fazit 61
Literaturverzeichnis 62
4 Digitale Optimierungshebel in der Polyolefin-Industrie 63 Dr. Stefan Gstettner, Christian Hoffmann, Dr. Christoph Michel, Philipp Sielfeld und Dr. Fabian Uhrich
4.1 Nachhaltiger und wirtschaftlicher – Anforderungen an die Petrochemie der Zukunft 63
4.2 Potenziale der Digitalisierung 64
4.3 Wirtschaftliche Quantifizierung des Anlagenbetriebs von Raffinerien und Crackern in Echtzeit 65
4.3.1 Die Kernfrage lautet: Wie kann der Betrieb in Echtzeit wirtschaftlich optimiert werden? 66
4.3.2 Eine digitale Lösung zur wirtschaftlichen Optimierung in Echtzeit 66
4.3.3 Neue Aufgaben und Verantwortlichkeiten 67
4.3.4 Implementierung einer digitalen Lösung 68
4.3.5 Voraussetzungen für eine erfolgreiche Implementierung 68
4.3.6 Nachhaltigkeit unterstützen 69
4.4 Optimierung der Produktionsplanung in der Polymerindustrie 70
4.4.1 Wie Polymerhersteller den Produktionsplanungsprozess innerhalb der Supply-Chain-Optimierung weiter verbessern können 70
4.4.2 Voraussetzungen für eine erfolgreiche Implementierung 72
4.5 Erhöhung der Resilienz durch die Quantifizierung von S&OP-Szenarien 73
4.5.1 Die analytische szenariobasierte Synchronisation von Nachfrage und Angebot in der petrochemischen Industrie 73
4.6 Advanced Analytics zur Optimierung der Preissetzung bei Polyolefinen 76
4.6.1 Advanced Analytics zur Optimierung der Preissetzung 77
4.6.2 Grenzen eines datengetriebenen Preisfindungsverfahrens 78
4.6.3 Einbettung des Algorithmus in den Pricing-Prozess 79
4.7 Ausblick 79
5 Digitalisierung im Mittelstand der Chemieindustrie 81 Dr. Martin Schäfer, Prof. Dr. Carsten Suntrop, Dr. Martin Watzke und Ludz Wilkening
5.1 Der chemische Mittelstand 81
5.1.1 Wirtschaftskraft und Bedeutung 81
5.1.2 Charakter, Besonderheiten und Herausforderungen 82
5.1.3 Digitalisierung im chemischen Mittelstand 83
5.2 Stand der Dinge in der Digitalisierung mittelständischer Chemieunternehmen 83
5.2.1 Pragmatischer Mittelstand 83
5.2.2 Digitalisierungsgrad 85
5.3 Weg zum digitalen chemischen Mittelstand 87
5.3.1 Zielbilder des chemischen Mittelstandes 88
5.3.2 Maßnahmen und Digital-Programme 89
5.4 Chancen und Risiken der Digitalisierung im chemischen Mittelstand 91
5.4.1 Wissensmanagement und digitale Prozesse als Chancen 91
5.4.2 Sicherheit der Daten und Mitarbeiter-Überforderung als Risiken 93
5.5 Erfolgsfaktoren der Digitalisierung des chemischen Mittelstandes 95
5.5.1 Investition und Akzeptanz 95
5.5.2 Schnelligkeit und Umsetzungsqualität 96
5.5.3 Geschäftsführer – eine entscheidende Rolle 97
5.6 Ausblick und Fazit 97
Literaturverzeichnis 99
Teil II Praxisbeispiele Chemie 4.0 101
6 Digitalisierung der Customer Journey in der Bauchemie – MAPEI 103 Dr. Uwe Gruber, Anke Hattingh und Bernd Lesker
6.1 Bauchemie – Rahmenbedingungen und Anforderungen 103
6.2 Die Customer Journey in der Bauchemie 104
6.2.1 Der typische Kunde 105
6.2.2 Bedürfnisse von Kunden 106
6.2.3 Kontaktpunkte von Kunden 108
6.3 Herausforderung digitale Interaktion aus Sicht von Hersteller, Handel und Verarbeiter 110
6.3.1 Definition von Personas für die digitale Ansprache 110
6.3.2 Bedürfnisse realitätsnah erkennen 110
6.3.3 Entwicklung, Einführung und Pflege digitaler Medien und Tools 111
6.3.4 Beispiel Beschreibung Persona 112
6.4 Einsatz digitaler Medien und Tools in der Interaktion zwischen Hersteller, Handel und Verarbeiter 112
6.4.1 Kundenorientierte Ansprache 112
6.4.2 Verzahnung digitaler und physischer Touchpoints 113
6.4.3 Beispiel Hersteller-Produktlaunch 113
6.5 Einfluss der Digitalisierung auf die Customer Journey 115
6.5.1 Kaufverhalten, Dialog und Informationsflut 115
6.5.2 Herausforderungen und typische Fragestellungen 115
6.5.3 Die Customer Journey Map als Antwort auf viele Fragen 117
6.5.4 Customer-Journey-Strategie – intern und extern 118
6.6 Chancen und Risiken der Umsetzung 118
6.6.1 Veränderungen meistern 118
6.6.2 Crossmediale Kommunikation 119
6.6.3 Social-Media-Kanäle – das Risiko als Chance 120
6.6.4 Die Bedeutung von Statistiken digitaler Maßnahmen 121
6.6.5 Digitaler Ausbildungsstand und Know-how der Mitarbeiter 121
6.6.6 Digitale Unternehmensausrichtung und der Geschäftserfolg 122
6.7 Zusammenfassung, Ausblick und Learnings 122
Literaturverzeichnis 123
7 Innovationsmotor Digitalisierung: Wie TECTRION digitale Lösungen für die Instandhaltung der Zukunft entwickelt 125 Sascha Büttgen, Alexander Hoffmann, Marcel Roos und Dirk Wintersehl
7.1 Einleitung 125
7.2 Digitale Innovationen bei TECTRION 127
7.3 Digital Maintenance bei TECTRION 130
7.4 Smarte Innovationslösungen dank dem Innovationsmotor Digitalisierung 135
Literaturverzeichnis 141
8 Digitale Transformation von Forschung und Entwicklung in der BASF 143 Dr. Stefan Dreher, Dr. Rainer Lemke, Prof. Klaus-Juergen Schleifer und Dr. Hergen Schultze
8.1 Einleitung 143
8.1.1 Möglichkeiten der Digitalisierung in Forschung und Entwicklung (FuE) 143
8.1.2 FuE der BASF in digitaler Transformation 144
8.2 Das digitale Labor der Zukunft 145
8.2.1 Effizientes und integriertes Labordatenmanagement 146
8.2.2 Automatisierte Laborarbeitsabläufe und Geräteanbindung 147
8.2.3 Erweiterte Mensch-Maschine-Interaktion im Labor 148
8.3 Wirkstoffe aus dem Cyberspace? 149
8.3.1 Eigenschaften von Wirkstoffen 149
8.3.2 Modellbasierte Berechnung der Bioverfügbarkeit 150
8.3.3 Modellbasierte Berechnung der Wirksamkeit 151
8.3.4 Modellbasierte Berechnung der unerwünschten Wirkungen 152
8.3.5 Wirtschaftliche Relevanz der digitalen Wirkstoffentwicklung 152
8.4 Autonome Forschungsmaschinen 153
8.4.1 Herausforderungen in der industriellen Materialentwicklung 154
8.4.2 Aktuelles Paradigma: die Probe 154
8.4.3 Treibende Kräfte: die Daten 154
8.4.4 Digitale Herangehensweisen: Simulationen und Statistik 156
8.4.5 Vision: künstliche Intelligenz ändert alles 157
8.4.6 Herausforderungen in der digitalen Materialentwicklung 157
8.5 Wichtige Erkenntnisse der bisherigen digitalen Transformation 158
8.6 Abkürzungsverzeichnis 159
Literaturverzeichnis 159
9 Der interdisziplinäre Lösungsansatz sichert die Value Proposition: Erfahrungen des ersten digitalen Zwillings bei der YNCORIS 161 Holger Mengel, Frank Schöggl und Michael Strack
9.1 Einleitung 161
9.2 Modernisierung bestehender Anlagen 163
9.3 Der digitale Zwilling, eine Innovation? 164
9.4 Die unterschiedlichen digitalen Zwillinge 165
9.4.1 Der Anlagen-Zwilling 165
9.4.2 Der Asset-Zwilling 165
9.4.3 Der Performance-Zwilling 166
9.4.4 Der Produktions-Zwilling 166
9.4.5 Kosten und Nutzen des digitalen Zwillings 167
9.5 Der digitale Zwilling bei YNCORIS ,,Kühlwassersystem im Chemiepark Hürth“ 168
9.6 Implementierungsvorgehen 171
9.6.1 Reifegradmodell als Rahmenwerk 171
9.6.2 Komplexität in Bezug auf Digital-Projekte 172
9.6.3 Mit Agilität und den richtigen Kompetenzen zum Ziel 172
9.7 Zusammenfassung und Fazit 174
10 Praktische künstliche Intelligenz – Digital Operational Excellence bei COVESTRO 177 Dr.-Ing. Pietro Valsecchi
10.1 Grundlagen von KI 177
10.1.1 Die innere Funktionsweise eines neuronalen Netzwerks und wie es lernt 178
10.1.2 Maschinelles Lernen und Deep Learning 179
10.2 Anwendungsbereiche für KI 180
10.2.1 KI-Methoden für APM und Predictive Maintenance 180
10.2.2 KI-Methoden für rotierende Maschinen 182
10.2.3 Komplexe Modelle in großen Parameterräumen 182
10.2.4 Supervised Algorithmen für einen Kompressor 184
10.2.5 Die versteckten Herausforderungen des Trainingsdatensatzes 186
10.2.6 Änderungen in der Konfiguration und Auslöser des erneuten Trainings 189
10.2.7 Das Blackbox-Problem 190
10.2.8 Das Vorhersagen von Fehlermodi 190
10.2.9 Schwingungsüberwachung und aggregierte Fehlerdatenbanken 191
10.2.10 Die Anwendung digitaler Zwillinge für das Training von KI 193
Literaturverzeichnis 194
11 Künstliche Intelligenz und datengetriebene Entscheidungsfindung im Chemiekonzern 195 Dr. Yves Gorat Stommel
11.1 Künstliche Intelligenz (KI) und ihre unternehmerische Relevanz 195
11.2 Die Relevanz von KI für das Chemieunternehmen 197
11.2.1 KI als Teil eines Arbeitsprozesses 198
11.2.2 Praxis-Beispiel 1: Neuproduktentwicklung im Formmassen-Bereich 198
11.2.3 KI als Teil oder Befähiger eines Produktes 199
11.2.4 Praxis-Beispiel 2: Digitaler Assistent für die Farb- und Lackindustrie 199
11.2.5 KI als Befähiger eines Geschäftsmodells 200
11.2.6 Praxis-Beispiel 3: Precision Livestock Farming (PLF) 200
11.2.7 Inkrementelle und disruptive Auswirkungen der KI 201
11.3 Von der Einzelanwendung zur konzernweiten Nutzung von Daten und KI 201
11.3.1 KI als Breitentechnologie und -kompetenz 201
11.3.2 Erfassung des momentanen Entwicklungsstandes und des Zielbildes 202
11.3.3 Eine konzernübergreifende Strategie für Datennutzung inklusive KI 203
11.3.4 KI für die Belegschaft, am Beispiel von Angeboten bei Evonik 205
11.4 Zusammenfassung 208
11.5 Abkürzungsverzeichnis 209
Literaturverzeichnis 209
12 WACKER Digital – Transformation eines traditionellen Chemieunternehmens zu einem datenbasierten Konzern 213 Nadine Baumgartl, Jörg Krey und Dirk Ramhorst
12.1 Wacker Chemie AG: Partner, Impulsgeber und Innovator 213
12.2 Digitalisierung bei WACKER: das Programm WACKER Digital 214
12.2.1 Ein Programm als Katalysator 214
12.2.2 Digitalisierung als Chance und Herausforderung 214
12.2.3 Aufbau von WACKER Digital 215
12.2.4 Roadmaps, Ideengenerierung und Leuchtturmprojekte 216
12.2.5 Für innovative Ansätze begeistern: Agilität und Business Model Innovation (BMI) 216
12.3 WACKER Digital Frontend 217
12.3.1 Neues Portal für Kundenmarketing: Digital Market Communication 217
12.3.2 Am Puls der Kunden: Digital Commerce 218
12.4 Fallbeispiel digitales Kundenmanagement 218
12.4.1 Hohe Anforderungen: die Wahl des richtigen Systems 218
12.4.2 Einführung im Big Bang 219
12.4.3 Schnelle Angebotserstellung und digitales Preismanagement 219
12.4.4 Optimaler Kundenservice 219
12.5 WACKER Digital in Operations 220
12.5.1 Spezifische Themencluster entlang der Wertschöpfungskette 220
12.5.2 Fokus Produktivitätsmanagement 221
12.6 Fallbeispiel Advanced Process Control (APC) 221
12.6.1 APC – Prinzip und Vorteile 221
12.6.2 APC in der Anwendung 222
12.7 Fallbeispiel Logistik Control Tower (LCT): globale Logistikketten transparent machen 224
12.7.1 Projektstart und erste Ergebnisse 224
12.7.2 Klare Zielvorgabe und Ausbau des LCT 225
12.7.3 Was hat WACKER durch die Einführung des LCT erreicht? 225
12.8 Fallbeispiel Digital Worker – weg vom Papier, hin zu mobilen Anwendungen 226
12.8.1 Auf dem Weg zum papierlosen Unternehmen 227
12.8.2 Ziel: Produktivität, Sicherheit und Wissenstransfer optimieren 227
12.8.3 Mehrstufiger Projektaufbau 227
12.8.4 Die IT-Grundlagen schaffen 228
12.8.5 Überzeugungsarbeit leisten 228
12.9 WACKER Digital Foundation 229
12.9.1 Den digitalen Wandel begleiten: Transformation und Communication 229
12.9.2 Neue Formen der Zusammenarbeit: Digital Workplace 231
12.9.3 Die Basis muss stimmen: Prerequisites und Enabler 231
12.10 Fallbeispiel KI und Datenanalytik 232
12.10.1 Der Mensch muss die Vorarbeit leisten 232
12.10.2 KI in der Chemie: ausgezeichnete digitale Grundlagen 232
12.11 Fallbeispiel Silicon Valley Challenge (SVC): ein Blick über den Tellerrand 233
12.11.1 Hohe Resonanz und Kreativität 233
12.11.2 Vielversprechende Ideen 234
12.11.3 Neue Impulse im Unternehmen 234
12.12 Zusammenfassung und Fazit 235
12.12.1 Erfolgsfaktoren 235
12.12.2 Hürden, Herausforderungen, Lessons Learned 236
12.12.3 Sichtbare Erfolge: digital denken, erfolgreich bleiben 236
Teil III Digitale Transformation in der chemischen Industrie 239
13 Betriebliche Medienwerkstätten als Enabler der digitalen Transformation 241 Holger Hamann, Dr. Frank Hees, Prof. Dr. Ingrid Isenhardt und Dr. Nina Schiffeler
13.1 Einleitung: Konzept der Medienwerkstatt als medienkompetenzsteigernde Maßnahme 241
13.2 Ziel und Ausgestaltung der Medienwerkstatt 242
13.2.1 Station 1: Peer Learning Space 244
13.2.2 Station 2: (Online-)Wissensmanagement 244
13.2.3 Station 3: AR-Kollaboration 245
13.2.4 Station 4: AR-Instruktion 245
13.2.5 Station 5: VR-Umgebung 246
13.3 Voraussetzungen und Erfolgsfaktoren zur Implementierung von Medienwerkstätten 247
13.4 Darstellung konkreter Use Cases aus vor- und nachgelagerten Industrien 249
13.5 Lessons Learned zur Implementierung und Nutzen von Medienwerkstätten 251
13.6 Ableitung von Empfehlungen und Transferpotenzialen für Unternehmen der chemischen Industrie 254
13.7 Fazit und Ausblick 255
Literaturverzeichnis 256
14 Agile Teams als organisatorische Innovation beim Betrieb chemischer Anlagen 257 Gerhard Kullmann
14.1 Der Wandel als Treiber der Innovation 257
14.2 Leitideen für Agiles Arbeiten in der Praxis 259
14.2.1 Transparenz 260
14.2.2 Zeitnahes Feedback 261
14.2.3 Selbstorganisation 262
14.2.4 Kundenverbindung 262
14.2.5 Sprint Goals 264
14.2.6 Commitment 264
14.2.7 Fokussierung 265
14.3 Die praktische Anwendung 266
14.3.1 Ausgangssituation 266
14.3.2 Die agilen Anlagenteams – das Konzept 267
14.3.3 Regelkommunikation in den agilen Teams 268
14.3.4 Agil arbeiten wird agil eingeführt 269
14.4 Die Effekte des Agilen Arbeitens 270
14.5 Ausblick und Fazit 271
15 SAP SE – mit IT zum intelligenten Chemieunternehmen 273 Christian Boos und Dr. Marko Lange
15.1 Eine traditionelle Industrie wird digital 273
15.2 Die neuen technischen Möglichkeiten moderner betriebswirtschaftlicher Anwendungssoftware 275
15.3 Softwareanwendungsbeispiele für Industrie 4.0 in der chemischen Industrie 277
15.3.1 IT-Bausteine für das digitale Chemieunternehmen 277
15.3.2 Das intelligente Labor 279
15.3.3 Die digitale Fabrik 279
15.3.4 Adaptive Logistik 280
15.3.5 Moderne Kundeninteraktion 280
15.3.6 Integration von Front- und Backoffice 281
15.4 Digitalisierung als Schlüssel zum Erfolg für mehr Nachhaltigkeit in Chemieunternehmen 282
15.4.1 Transparenz erzeugen 284
15.4.2 Potenziale erkennen und bewerten 286
15.4.3 Optimierung durchführen 286
15.4.4 Mit Blockchain die Nachhaltigkeit von Rohmaterialien transparent machen 287
15.4.5 Geschäftsanalytik und maschinelles Lernen als Treiber der innerbetrieblichen Nachhaltigkeit 287
15.4.6 Nachhaltiges Finanzmanagement 288
15.4.7 QuartaVista – ein datengetriebener Ansatz, um Anreize für ein nachhaltiges Handeln zu schaffen und zu belohnen 288
15.5 Mögliche Umsetzungsschritte 289
Literaturverzeichnis 290
16 Digitalisierung ist kompliziert. Die Transformation dorthin aber hochkomplex 293 Michael Meinecke und Andreas Rechel
16.1 Einführung in die Systemtheorie 293
16.2 Besonderheiten der digitalen Transformation 296
16.3 Digitale Transformation der chemischen Industrie 298
16.4 Tipps zum Gelingen von Transformationsprozessen 300
16.5 Persönliche Standortbestimmung 305
Literaturverzeichnis 306
17 Zusammenarbeit mit Start-ups als Innovationstreiber für die chemische Industrie 307 Dr. Frank Funke, Stefan Kohl und Marco R. Majer
17.1 Einleitung: Notwendigkeit externer Innovation 307
17.2 Gründe für die Zusammenarbeit mit Start-ups 309
17.3 Herausforderungen bei der Zusammenarbeit mit Start-ups 309
17.4 Mögliche Formen zur Zusammenarbeit mit Start-ups 311
17.5 Digitalisierung als Katalysator für die Zusammenarbeit mit Start-ups 314
17.6 Besonderheiten mittelständischer Unternehmen 316
17.7 Intermediäre zwischen Start-ups und etablierten Unternehmen 317
17.8 Learnings und Handlungsempfehlungen 318
17.9 Fazit und Ausblick 320
Literaturverzeichnis 321
18 Erfolgreich durch digitale Netzwerk-Kompetenz: Praxis-Tipps für Aufbau und Pflege digitaler Netzwerke 323 Dr. Holger Bengs und Tobias Kirchhoff
18.1 Netzwerken ist unsere neue Lebensversicherung 323
18.1.1 Fallstudie 1: informelles digitales Netzwerken 325
18.2 Vorteile des digitalen Netzwerkens 325
18.3 Individuelle und organisatorische Kompetenzen 326
18.4 Tipps zum persönlichen digitalen Netzwerken 327
18.4.1 Fallstudie 2: disziplinenübergreifende Fachdiskussionen 328
18.5 Neue Formate zur Zusammenarbeit 329
18.5.1 Fallstudie 3: kooperative Wertschöpfung 330
18.6 Zukunftsperspektiven der digitalen Zusammenarbeit in Netzwerken 331
18.7 Hilfreiche Entscheidungsfragen für digitales Netzwerken 333
18.8 Netzwerke für die Digitalisierung 334
18.9 Customer Relationship Management (CRM) – digitale Organisation von Netzwerken 336
18.10 Fazit 336
Literaturverzeichnis 337
19 Fokus in der Umsetzung durch ein digitales Zielbild 339 Clara Hiemer, Prof. Dr. Carsten Suntrop und Dr. Thomas Wagner
19.1 Bedeutung und Struktur des digitalen Zielbilds 339
19.2 Voraussetzungen für das digitale Zielbild 343
19.2.1 Trends in der Chemie und Digitalisierung 343
19.2.2 Externe Lösungen der Digitalisierung 343
19.3 Interne Ideen zur Digitalisierung 348
19.4 Digitaler Zweck 350
19.5 Entwicklung digitaler Ziele 354
19.6 Digitalisierungs-Roadmap 357
19.7 Digitalisierungs-Enabler 360
19.8 Digitale Organisation 366
19.9 Fazit: Zusammenfassung, Learnings und Ausblick 372
Literaturverzeichnis 373
Autorenverzeichnis 375
Stichwortverzeichnis 391
