Datenaustausch in der Lackindustie – was ist der Stand der Dinge?

Merit van der Lee von RheoCube hat diese Frage in einem Interview Dr. Ulf Stalmach von Orontec gestellt, um die Arbeitsweise in der Branche, den Einfluss der Digitalisierung und das Potenzial für Datenaustausch in der Wertschöpfungskette zu erörtern.

Wie geht die Branche derzeit beim Prüfen und Testen vor?

Generell brauchen wir einen wissenschaftlicheren Ansatz. Bestimmte traditionelle Verfahren sind zwar seit Generationen Standard, wir sollten dabei aber dennoch nach mehr Einheitlichkeit streben. Wir beobachten Schwankungen innerhalb der Messmethoden, und oft auch bei den Rohstoffen. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass es oft große Unterschiede zwischen den Chargen von entsprechenden Gemischen gibt, die in den Endprodukten verwendet werden. Es ist höchste Zeit, dass wir uns ansehen, wie wir dabei  wissenschaftlicher vorgehen können. Eine standardisierte Vorgehensweise würde wissenschaftliche Ergebnisse und einen sehr wertvollen Satz an Messpunkten liefern.

Wie organisieren Unternehmen in der Branche derzeit ihre F & E?

Momentan verfolgen viele einen isolierten Ansatz. Experimente finden im Normalfall in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung statt, die als separate Einheit im Unternehmen existiert. Dadurch gibt es wenig Kontakt zu den Kunden, aber auch zur Produktion oder zu anderen Abteilungen, die mit den Bedürfnissen der Kunden vertraut sind. Wenn die Leute mit den richtigen Daten- und Visualisierungstools ausgestattet wären, könnten Innovationen schneller vorangetrieben werden.

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Lackhersteller verlassen sich außerdem sehr stark auf die Informationen von Seiten der Rohstofflieferanten. Diese Informationen sind aber oft nicht detailliert genug. Häufig möchten die Lieferanten die Zusammensetzung eines Produkts vor konkurrierenden Zulieferern schützen. Und auch die Hersteller geben teilweise nur ungern Daten zum Endprodukt weiter. Was aber wäre, wenn ein Lieferant solche Daten einem konkurrierenden Beschichtungsunternehmen preisgäbe?

Stellen Sie sich vor, wir hätten mehr Transparenz entlang der Lieferkette. Forscher in der Lackindustrie könnten dann besser nachvollziehen, welche Materialien im Endprodukt enthalten sind. Und die Lieferfirmen wüssten, was für ein besseres Endprodukt gebraucht wird. Beide Seiten könnten so ihre fortlaufenden Optimierungsbestrebungen intensivieren.

Simulationssoftware kann dabei helfen. Aber wie genau?

Simulationen bergen das große Potential, Silos einzureißen und die Anzahl an nötigen Testzyklen zu verringern. Sie schärfen das Verständnis dafür, wie verschiedene wissenschaftliche Parameter in einem Material miteinander interagieren. Eine Simulation hilft dabei, Ergebnisse zu interpretieren und zeigt, wo bestimmte Eckdaten angepasst werden müssen, damit ein Gemisch funktioniert. Forscher können das nutzen, um besser zu verstehen, um die richtigen Fragen zu stellen, Hypothesen aufzustellen und diese zu überprüfen. Trial-and-Error ist damit zwar nicht vollständig abgeschafft, aber die Versuche werden zielgerichteter und effektiver.

„Ein echter Game Changer“

Messungen werden durch Simulationen außerdem zuverlässiger und wissenschaftlich exakter. Wir können verschiedene Materialdaten miteinander kombinieren und die Ergebnisse visualisieren. Chemische Vorgänge innerhalb einer Rezeptur werden auf dem Bildschirm, als Grafik oder Video angezeigt. Selbst Nicht-Modellierungsexperten können Parameter variieren und Wechselwirkungen auf winzigster Ebene nachvollziehen. In den schnelllebigen Märkten von heute ist das ein echter „Game Changer“.

Wenn F&E-Mitarbeiter einen fixen Ausgangspunkt für ihre Messungen haben, können sie Abweichungen früher erkennen und buchstäblich Tausende unnötiger Labortests vermeiden. Stellen Sie sich vor, Sie könnten eine Abweichung innerhalb einer Charge sehen und Proben mit bestimmten Eigenschaften aussortieren. Die Tests würden dann nur mit den vielversprechenden Optionen fortgesetzt. Die Anzahl der Testzyklen nimmt dramatisch ab. Die Kosten- und Zeitersparnis wäre enorm.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das gesammelte Wissen aus mehreren Experimenten an einem einzigen Ort gespeichert werden kann. Erkenntnisse über bestimmte Formulierungen können zum Nutzen der Allgemeinheit aufbewahrt werden. Das verhindert darüber hinaus auch Doppelarbeit. Wenn Wissenschaftler online auf Informationen zugreifen oder Kontakt zu einer Person aufnehmen können, die über das erforderliche Wissen verfügt, muss ein Test möglicherweise nicht wiederholt werden. Für ein bestimmtes Experiment können sich Forscher alle Bestandteile ansehen oder nachvollziehen, wie eine Probe hergestellt wurde. Erfahrung zu teilen, reduziert die Arbeitsbelastung für alle.

Mit welchen physikalischen Methoden arbeiten Wissenschaftler bei ihren Beschichtungsexperimenten?

Die Stabilität von Dispersionen ist ein gutes Beispiel. Im Moment fehlen uns oft Messwerte dazu, wie die einzelnen Chemikalien miteinander interagieren. Wir wissen also ziemlich wenig über die Chemie, die hinter den verwendeten Rohstoffen steckt. Wenn wir solche Fragen beantworten können, erhalten wir eine Grundlage für wertvolle Erkenntnisse und hilfreiche Daten, die wir über längere Zeit nachverfolgen können. Selbst wenn Rohstoffzulieferer sich über die Chemie in ihren Produkten austauschen würden, wüssten die Käufern oft gar nicht, welche Fragen sie stellen sollten.

Wir arbeiten also mit komplexen Systemen, verstehen aber deren Wechselwirkungen nicht wirklich und wissen auch nicht genau, was im Inneren vorgeht. Es entstehen Gemische, in denen allerhand Wechselwirkungen auf Säure-, Ionen- oder Partikelbasis vor sich gehen, aber wir setzen uns nicht mit all diesen wertvollen Informationen auseinander. Das Zauberwort hier heißt „Datentransparenz“ – das ist der Schlüssel.

Warum sollten Lackhersteller Daten mit anderen Unternehmen in der Wertschöpfungskette teilen?

Aus meiner Sicht gibt es zwei Hauptgründe, die für Datenaustausch sprechen. Erstens müssen nicht alle in der Branche dieselben Experimente gesondert wiederholen. Anstatt dieselbe Forschung erneut durchzuführen, könnten wir ein Datendepot erstellen, von dem wir letztendlich alle profitieren.

„Eine solide Informationsbasis“

Zweitens steigt die Qualität der Ergebnisse, die wir durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz erhalten können, mit der Anzahl der verfügbaren Datenpunkte. Dadurch, dass wir diese Messpunkte teilen, erzielen wir also alle bessere Ergebnisse. Indem sie ihre Kräfte bündeln, erhalten alle Beteiligten in der Wertschöpfungskette eine solide Informationsbasis. Für die Zukunft stelle ich mir ein Ökosystem vor, einen Raum, in dem jeder der Beteiligten die Daten hinzufügt oder findet, die er gerade benötigt.

Allgemein gefragt: Welche Art von Daten kann man gemeinsam nutzen?

Klassische Sicherheitsdatenblätter sind da ein guter Ausgangspunkt. Wir könnten Daten zu Formulierungen so austauschen, dass sie detailliert genug sind, um Sinn zu ergeben, gleichzeitig aber anonym genug, um keine genauen Lieferanten preiszugeben. Dadurch bekämen wir alle ein besseres Bild davon, mit welchen spezifischen Inhaltsstoffen wir die gewünschten Eigenschaften in einem Endprodukt erreichen können.

Diese Art der Sichtbarkeit ist ein wesentlicher Bestandteil von Produktinnovationen. Auch wenn der IP-Schutz weiterhin ein Problem darstellt, können wir dennoch einen Weg finden, um bestimmte Abschnitte der Daten zu anonymisieren und dennoch valide, nützliche Informationen bereitzustellen.

Allgemein sollten gemeinsam genutzte Informationen aussagekräftig genug sein, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen herstellen zu können. Wenn wir die chemische Struktur von Rohstoffen mit den gewünschten Eigenschaften im Endprodukt verbinden, sehen wir genau, was passiert, sobald wir eine Sache verändern. In der Pharma- und Kunststoffindustrie ist diese Vorgehensweise längst Standard. Natürlich haben vor allem Regulierungen dafür gesorgt, dass die Pharmaindustrie transparenter geworden ist. Aber es funktioniert – und das, ohne den einzelnen Akteuren in der Branche zu schaden.

Was sind die kurzfristigen Vorteile beim Teilen von Daten?

Nachhaltigkeit ist hier ein gutes Beispiel. Neue Gesetze und sich verändernde Bedürfnisse der Endkunden erfordern eine Neubewertung des gesamten Produktionsprozesses – von Rohstoffen über Zwischenprodukte bis hin zu Beschichtungen und dem letztendlich beschichteten Produkt. Durch die gemeinsame Nutzung von Daten wird dabei Doppelarbeit vermieden.

Beispielsweise braucht der Umwelteinfluß einer Chemikalie nur einmal berechnet werden,  das Ergebnis kann dann innerhalb der ganzen Wertschöpfungskette geteilt werden. Den Anfang könnten Rohstoffanbieter machen, indem sie ihre Daten freigeben. Käufer dieser Materialien könnten im Gegenzug ihre Ergebnisse bei der Verwendung der Rohstoffe teilen und so weiter, bis wir eine Grundlage aus gemeinsam nutzbaren Informationen aufgebaut haben. Dann können wir damit anfangen, gemeinsame Standards zu definieren.

„Nichts davon kann digital weiterverwendet werden“

Sehen Sie sich SDB-Daten an. Diese Informationen müssen Sie ohnehin weiterverarbeiten – aber momentan geschieht das nur in Formaten wie PDF. Nichts davon kann digital weiterverwendet werden. Warum senden wir diese Informationen nicht in einem benutzerfreundlicheren Format und fügen dann noch weitere chemische Daten hinzu? Es würde viel guten Willen zeigen, vor allem im Bereich Nachhaltigkeit.

Am Anfang müssten die Rohstofflieferanten stehen. Sie können solche Neuerungen einleiten, befürchten aber, dass Datenaustausch sie verwundbar macht. Wenn man sich jedoch insbesondere die Lackindustrie ansieht, so lassen sich die Rohstoffe verschiedener Lieferanten ohnehin nur begrenzt austauschen. In den meisten Fällen handelt es sich um einzigartige Produkte – da gibt es also eigentlich nichts zu verbergen.

Wie funktioniert das bisher?

Im Moment wird kaum ein Unternehmen in der Farben- und Lackbranche bei Problemen, etwa mit einer Formulierung, den gesamten Rohstoff-Markt scannen. Das wäre einfach zu viel verlangt. Stattdessen werden die zuständigen Mitarbeiter ein Angebot vom bevorzugten Lieferanten des Unternehmens einholen. So ein Angebot hilft aber nur dann weiter, wenn das Portfolio des befragten Lieferanten zum Problem passt. Wenn der Zulieferer lediglich eine 60-prozentige Lösung anbietet, ist das das Beste, was der Lackhersteller liefern kann.

Stattdessen muss das Hauptaugenmerk auf dem Endkunden liegen. Was ist das beste Produkt für dessen Bedürfnisse? Vielleicht ist Lieferant A für bestimmte Anwendungen am besten, während Lieferant B besser für andere geeignet ist? Indem wir die richtige Wahl treffen, können wir das beste Endprodukt liefern. Ein Simulationstool hilft uns bei der Suche nach den optimalen Zutaten. Davon ausgehend können Beschichtungsunternehmen aktiv auf den perfekten Lieferantenmix abzielen, anstatt einfach auf alte Kontakte zurückzugreifen. Auch die Zulieferer profitieren davon. Wenn sie wissen, was benötigt wird, können sie ihre eigenen Produkte besser positionieren.

„Wir verpassen die Gelegenheit, unsere Angebote zukunftssicher zu machen“

Wenn wir uns also zunächst auf den Endverbraucher konzentrieren und ein System schaffen, in dem wir Informationen austauschen, wird klar, wer die besten Zutaten oder die größte Erfahrung für verschiedene Endprodukte hat. Besser noch: Wenn es die richtigen Materialien noch gar nicht gibt, ergibt sich eine Chance für Innovation. Außerhalb des Systems würden wir solche Informationen nicht annähernd so schnell erhalten. Und, vielleicht noch schlimmer: wir würden gar nicht erst ausloten, was es alles noch nicht gibt. Wir alle verpassen dadurch also die Gelegenheit, unsere Angebote zukunftssicher zu machen.

Spielen Simulationen auch dabei eine Rolle?

Es gibt eine inhärente Verbindung zwischen diesem „Ökosystem“ und Simulationen. Wir alle könnten uns zu einer riesigen Informationsdatenbank zusammenschließen, aus der wir Daten extrahieren können, um sie in Simulationen einzuspeisen. Auf diese Weise wären wir in der Lage, bessere Formulierungen zu erstellen und die entstehenden Wechselwirkungen dabei sofort zu erkennen. Wir können auf dem Bildschirm schnell visualisieren, was passiert, wenn wir verschiedene chemische oder umweltbedingte Variablen verändern. Die Kombination aus robusten Daten und leistungsstarken Simulationen macht also den Unterschied.

Wir können auch damit beginnen, den Kreislauf zu schließen, indem wir aus fehlgeschlagenen Formulierungen lernen. Wurden die richtigen Variablen optimiert? Vielleicht erfüllt eine Formulierung die rheologischen Anforderungen, aber nicht die der Anwender? Vielleicht war die Form eines Partikels anders? Durch eine Simulation können Sie Ihre Inhaltsstoffe besser verstehen.

Zu entdecken, warum die Dinge so funktionieren, wie sie funktionieren, bietet eine wertvolle Informationsgrundlage. Man kann viel gewinnen, wenn Simulationsexperten und die Forschergemeinde aufeinandertreffen. Man öffnet damit die Tür für Datenaustausch auf einer ganz neuen Ebene.

Wie kann ein Simulationstool dabei helfen, mit dem Markt Schritt zu halten?

Die Art und Weise, wie Beschichtungen hergestellt werden, wird sich in Zukunft verändern. Schon jetzt müssen Verbindungen REACH-zertifiziert sein, die Verbotslisten werden länger. Bei neuen Rezepturen müssen wir so agieren, dass wir die Sicherheit des Produktes beweisen können. Neue Formulierungen erfordern neue Rohstofflieferanten. Gleichzeitig müssen wir bei allem die Kosten und die Umweltauswirkungen im Blick behalten. Um das alles in dem erforderlichen Tempo zu schaffen, müssten die Forschungs- und Entwicklungsteams exponentiell wachsen. Viele neue Formulierungen erfordern zusätzliche Kapazitäten. Wir müssen also intelligenter arbeiten und wo immer möglich auf digitale Tools zurückgreifen.

Kundenwünsche sind ein weiteres Problem. Endprodukte werden auf zunehmend anspruchsvollere Verbraucher zugeschnitten. Beschichtungsunternehmen sollen jederzeit das richtige Produkt auf Lager haben. Wir befinden uns also in einer Umbruchsituation, in der sich die Herstellungsprozesse verändern werden und eine schnelle Markteinführung von entscheidender Bedeutung ist. Das bedeutet, dass einjährige F&E-Zyklen einfach nicht mehr realisierbar sein werden. Schnelle Maßlösungen und die Fähigkeit, auf Marktveränderungen zu reagieren, sind entscheidend.

Gibt es Beispiele dafür, wo das Teilen funktioniert hat?

Beim fünften European Chemstry Partnering Event gab es ein tolles Beispiel. Ein Frankfurter Bioreaktorunternehmen wollte wissen, warum sich die Ergebnisse seiner Kompositionen ständig unterschieden. Ein anderer Teilnehmer eines bayerischen Unternehmens hatte innerhalb von Sekunden die Antwort: „Sie brauchen einfach bayerisches Wasser.“ Das war wirklich das fehlende Glied: Es lag an der Art und Konzentration der Salze im Wasser.

„Sie brauchen bayerisches Wasser“, das klingt eigentlich nach einem netten Witz, aber diese Art des Teilens spart viele Stunden Arbeit. In den unsicheren Zeiten heute ist dies die Art von Zusammenarbeit, die wir brauchen. Wir können alleine weitermachen wie bisher oder gemeinsam wachsen. Gemeinsame Daten sind der Schlüssel dafür. Das beginnt mit dem Abbau der Barrieren zwischen Abteilungen, Unternehmen und innerhalb der Wertschöpfungskette. Dann statten wir die Menschen mit smarten Werkzeugen aus – ganz besonders die digital versierten Wissenschaftler, von denen es immer mehr gibt.

Jeder Akteur in der Lackbranche sollte sich eine Frage stellen: Warten wir auf den Umbruch oder nutzen wir die digitalen Möglichkeiten schon jetzt zu unserem Vorteil? Ich hoffe, dass die meisten so früh wie möglich auf den Zug aufspringen werden. Es gibt noch viel zu tun, aber die Beschichtungsindustrie kann sich durchsetzen, wenn sie jetzt zu handeln beginnt.

Eventtipp:

Am 1-2. Juni haben Sie die Gelegenheit bei der dritten FARBE UND LACK Industrie 4.0 Online-Konferenz mit Digitalisierungsexperten aus der Branche über die Zukunft der Lackentwicklung und Produktion zu diskutieren und sich von Fachvorträgen annerkanter Experten inspirieren zu lassen.