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Innovations- und Effizienzsprünge
in der chemischen Industrie?
Wirkungen und Herausforderungen von Industrie 4.0 und Co.
Dr. Jan Christopher Brandt

VDI Technologiezentrum GmbH
 Impulsgeber und Unterstützer von Innovation
 Energie, Gesundheitswirtschaft, IKT, Photonik, Produktions- und
Prozesstechnik, Werkstoffe, Zivile Sicherheit
 Innovationsanalysen, Technologieanalysen, Foresight,
Innovationsstrategien, Forschungsmanagement, Internationalisierung
 Interdisziplinäres Team aus über 200 Mitarbeitern/innen

Digitalisierung der Welt
2001
2012 nach 244 Jahren letzte
gedruckte Ausgabe der
Encyclopædia Britannica
8-Sp.
LP Tape
CD
Digital
0
8
16
1973 1985 1997 2009
Mrd.$
Jahr
Apple heute
weltgrößter
Musikhändler
⊗ Napster
0
60
Mio.Stück
eBooks-Absatz Deutschland
Datenquelle: RIAA, VDI TZ
Bildquelle: Maria Elena / flickr
Bildquelle: wikipedia
Bildquelle: wikipedia

Digitalisierung der Welt
 „Roboterjournalisten“ verfassen Sport- und Börsenberichterstattung.
 Der Algorithmus Lsjbot ist der produktivste Wikipedia-Autor mit 10,000
Einträgen pro Tag.
 Die Software VITAL ist seit Mai 2014 Vorstandsmitglied bei Deep
Knowledge Ventures.
Bildquelle: Nmedia / fotolia.

Digitalisierte Ökonomie
Brynjolfsson, McAfee 2014
 Unternehmen werden in der digitalisierten Ökonomie gezwungen,
sich zu transformieren oder sie werden das Zeitliche segnen
 Geringqualifizierte Arbeiten werden deutlich
reduziert (Race Against Machines)
 Die Hochqualifizierten werden die Gewinner sein
 Vor allem für die „Mittelqualifizierten“ gilt:
„Learning to Race With Machines“,
d.h. deutliche Steigerung der Qualifikation

Digitalisierung der Produktion - Industrie 4.0
Bildquelle: VDI e. V.

Digitalisierung der Produktion
 Industrie 4.0, Industrial Internet, The Internet of Things, The Internet of
Everything
 Flexibel und wandelbar
 Nicht deterministisch
 Hochgradig dezentralisiert
 Multi-Agenten-Steuerung
 Cloud-basiert
 Transformation der Geschäftsprozesse,
Migration der cyberphysischen Systeme
Bildquelle: peshkova / fotolia.

Motivation für die Prozessindustrie
Bildquelle: VDI/VDE GMA

Branchenperspektive
 Branchenspezifische Vereinbarungen zu Schnittstellen und
Datenaustausch
 Branchenspezifische Konzepte von Selbstorganisation
Industrie 4.0 kann branchenspezifisch unterschiedliche Bedeutungen
bekommen, unter anderem abhängig davon, ob die Fertigung
kontinuierlich oder diskret abläuft.

Branchenperspektive: Chemische Industrie
modulare Produktionsanlagen Modularisierung
digitale Prozessanalysetechniken
Automatisierung
selbstorganisierte Produktion
verteilte Produktion

Prozessinnovationen in der zukünftigen chemischen
Industrie
2015 2020 2025
IT-Sicherheit
Hybridisierung von Prozessen
Sensorik 2015+
Ethernet-in-the-field
Integrated Engineering
Modularisierung
Logistik für modulare und verteilte Produktion
Plug&Produce
Globale Vernetzung
Globale IT-Services für vernetzte Anlagen
Verteilte Produktion
Industrielle Symbiose

Herausforderungen der chemischen Industrie
(Beispiele)
 Internationaler Wettbewerb (z. B. China, USA, Japan)
 Verfügbarkeit und Verteuerung von Rohstoffen
 Demographischer Wandel
 Wachstumschance Fein- und Spezialchemie
 Kleinere ertragreiche Märkte, häufige Produktwechsel
 Steigerung der Innovationsausgaben und Steigerung der
innovativ tätigen Unternehmen erwartet
 Neue Produkte in Fein- und Spezialchemie
 Investitionskosten in Anlagen senken, Flexibilität verbessern,
Time-To-Market verkürzen, Effizienz steigern

Modularisierung, Plug&Produce
 Vernetzte modulare Produktionsanlagen eröffnen Potenziale für eine
verteilte Produktion nah beim Kunden oder nah beim Rohstoff
 Flexibilität steigern und Kosten reduzieren mit Plug&Produce-fähigen
modularen Anlagen
 Vernetzung von Anlagen und Modulen schafft Zugriff auf Echtzeit-
Betriebsdaten und bietet Potenziale für IT-Services zur
Anlagenoptimierung
 Verteilte Produktion kann Chancen für industrielle Symbiose mit
Siedlungs- oder Gewerbegebieten eröffnen
Bildquelle: INVITE GmbH

Modularisierung, Plug&Produce
 Modulare, vernetzte, verteilte Produktionsanlagen werden
Arbeitsorganisation und Qualifizierungsanforderungen deutlich
verändern
Bildquelle: INVITE GmbH
 Geräte anschließen ohne Automatisierungstechniker
 Automatische Datenübertragung zur Selbstkonfiguration der
Anlage.

Arbeitsorganisation und Qualifizierung
Disziplinübergreifender, transparenter Informationsaustausch
 Verfahrenstechnik / Prozessleittechnik
 Engineering / Maintenance
 Vom Sensor zur automatischen Nachbestellung / Austausch
 Produktionsfeinplanung in Abhängigkeit des Anlagenzustands /
- prognose

Arbeitsorganisation und Qualifizierung
 Augmented Reality(AR)-Konzept und Implementierung
(Tablets, Glasses, Handschuhe, …), kontextsensitive
Mitarbeiterinteraktion
 Konzepte zu flexibler Arbeitsorganisation, zum flexiblen
Einsatz von Mitarbeitern über breite
Qualifizierungsbereiche durch AR-Unterstützung
 Qualifizierungskonzepte für die Nutzung von AR in einer
flexiblen Organisation Bildquelle: DFKI

Arbeitsorganisation und Qualifizierung
 Erweiterte-Realität-Anwendungen (Augmented Reality, AR)
 unterstützen Mitarbeiter bei der Umsetzung von Aufgaben
 ermöglichen die Durchführung erweiterter Aufgabenbereiche mit
breiteren Qualifikationsanforderungen.
 Vernetzung von Mitarbeitern, von Produktionssystemen, von
Unternehmen, Lieferanten, Kunden ermöglicht Mitarbeitern mehr
Freiräume und Flexibilität bei der Gestaltung und Wahl von Arbeitsplatz
und Arbeitsmitteln

Arbeitsorganisation und Qualifizierung
Ferndiagnosesystem und Wartungs-App für Service-Mitarbeiter
 Informationen zur zu wartenden Anlage
 Identifizierte Fehler und wahrscheinliche Lösungen
 Schulungskonzept für vorher nicht bekannte Anlagentypen
Bildquelle: twnkls AR

Ansätze für die Prozessindustrie
Assistenzsysteme
 Für Produktexperten
 Für Anlagenfahrer
 Für Maintenance
Selbstdiagnose der Komponenten und Anlagen
 Predictive & Preventive Maintenance
Automatische Optimierung der Nutzung von Anlagen-
und Personalkapazitäten

Globale IT-Services
 Pay-Per-Use Geschäftsmodelle ermöglichen Skalierungseffekte
auch für kleine Anbieter und Stückzahlen
 Kosteneffiziente und IT-sichere Technologien für Fernzugriff
und Aggregat-übergreifende Cloud-Lösung
 (selbst-)lernende Verfahren zur Analyse von
Zustandsinformationen, um Fernwartung und –störungsanalyse
zu ermöglichen
 Optimierungsverfahren für verlässliche Fernbetriebsfahrpläne

Vom Produkt zum Service
 Hersteller wird im Kundenauftrag zum Betreiber/Bereitsteller
seines Aggregats, Maschine, Anlage..
 Beispiele: Bereitstellung von Prozessgasen und/oder –wärme
für chemische Industrie statt Verkauf des Aggregats.
 Aggregate-Hersteller entwickelt Technologie für sicheren
Fernzugriff und cloudbasierte Datenanalyse

Zusammenfassung
SelbstoptimierungHybridisierung
Individualisierung Virtualisierung

Industrie 4.0 ist Resultat des Zusammenwirkens von …
 … Technik; Herausforderungen:
 Vernetzung von Wertschöpfungsnetzen,
 Kundenindividuelle Produktion (Höchstmögliche Flexibilitäten)
 … Mensch; Herausforderungen:
 Flexibleres Arbeiten bzgl. Volumina, Technologien,
Arbeitsmodellen
 Kompetenzentwicklung
 … Rahmenbedingungen, Infrastruktur und Organisation:
 Breitbandinfrastruktur
 Sicherheitsstandards
 Kooperationsfähigkeit

Plattform Industrie 4.0
Geschäftsstelle

Kontakt
VDI Technologiezentrum GmbH
Dr. Jan Christopher Brandt
VDI-Platz 1, 40468 Düsseldorf
Telefon +49 211 6214-391
Telefax +49 211 6214-97391
Internet www.vditz.de
E-Mail brandt@vdi.de

Anlage

Strukturen der chemischen Industrie im Überblick
 Umsatz: 145 Mrd. Euro
 Beschäftigte: 325.000, ca. 25 % Frauen
 Betriebe: ca. 1600
 4,3 % der Unternehmen erwirtschaften 83 % des Umsatzes
 Exportquote: 57 %
 DE stärkster Chemiestandort in Europa
(Stand 2013)

Vermarktung von Technologiedaten
Qualifizierte Technologiedaten jenseits des Standardumfangs einer
Produktionsanlage verbessern qualitäts- und termingerechte
Auftragsabwicklung
Steigerung der Kundenbindung und Veredelung der
Produktionsmaschine durch digitale Dienste. Erweiterte
Dienstleistungen zur Prozessoptimierung beim Anlagenbetreiber
und Verbesserung des eigenen Produkts.
Aufwertung von Rohmaterialien durch Ergänzung um
Technologiedaten.

Vermarktung von Technologiedaten
 Technischer und organisatorischer Aufbau einer
Transaktionsplattform
 Standardisierte Beschreibung und Schutz von
Technologiedaten

Europaweite Service-Plattformen zur Nutzung
vernetzter Infrastruktur
Vernetzung von Infrastruktur und Schaffung von Produktions- und
Service-Plattformen, über die flexibel zwischen Anbietern
gewechselt werden kann.
 effizientes Marktmodell
 technische Harmonisierung von Schnittstellen und
Datenstandards
 klare rechtliche Rahmenbedingungen

Digitalisierung der Welt
Transistors/CPU (1000)
Taktfrequenz (MHz)
Leistung (W)
Perf/Clock (ILP)
197ß 1980 1990 2000 2010

Digitalisierung der Welt
197ß 1980 1990 2000 2010
1955 1975 1995 2015
Jahr
Bit density
Preis

Digitalisierung der Welt
197ß 1980 1990 2000 2010
0,1
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
1970 1980 1990 2000 2010 2020
MIPS
Frequenz (MHz)