Die Debatte um Digitalisierung hat die deutsche Wirtschaft in den vergangenen Jahren geprägt. Im Bereich der Kunststoffindustrie, und noch konkreter im Bereich der Herstellung von Kunststoffverpackungen, mangelt es allerdings an aktuellen und belastbaren Informationen über den Status quo der Digitalisierung. Daher dient das Interview mit Mauritius Schmitz vom Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) als Bestandsaufnahme und beleuchtet, in welchen Bereichen Potenziale liegen und wo die Branche Nachholbedarf hat.
Zum Stand der Digitalisierung in der Kunststoff(verpackungs)industrie:
Ein Interview mit Mauritius Schmitz vom Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV)
Mauritius Schmitz ist seit 2019 wissenschaftlicher Direktor im Bereich Digitalisierung beim IKV und ist Experte für Simulation, digitale Informationstechnologie und Prozessautomatisierung. Das IKV ist eines der größten Institute für Kunststoffverarbeitung und konzentriert sich im Bereich Digitalisierung auf die Entwicklung anwendungsorientierter digitaler Lösungen für die Industrie. Aufgrund der guten Ausstattung der Anlagen- und Maschinentechnik dient das Institut und das darin angegliederte Plastics Innovation Center 4.0 Projektpartnern auch als eine Art „Spielwiese“. Hier werden nicht nur Grundlagen für die IT-Infrastruktur geschaffen, sondern auch die Vernetzung von Maschinen erprobt, neue Datenquellen erschlossen und die Entwicklung innovativer Methoden und Prototypen vorangetrieben.
Die Digitalisierung fängt bei der Erfassung von Daten an
Herr Schmitz, wie würden Sie den aktuellen Stand der Digitalisierung in der Kunststoffverpackungsindustrie beschreiben?
„Die Digitalisierung fängt bei der Erfassung von Daten an, und damit meine ich die Erfassung von Prozessdaten. Hier ist der Stand der Digitalisierung sehr divers – dies hängt vor allem von der Größe des Unternehmens ab.
Viele kleine und mittelständische Unternehmen haben noch nicht hinreichend in die Digitalisierung investiert, da dies mit erheblichen Kosten verbunden ist und eine spezifische Kompetenz voraussetzt. Auch der Produktfokus und damit die eingesetzte Technologie beeinflussen den Digitalisierungsgrad. So sind Verfahren wie das Spritzgießen aufgrund des hohen Automatisierungsgrades datentechnisch deutlich zugänglicher. Die Voraussetzung für Digitalisierung ist in diesem Bereich niedrigschwelliger. Gleichzeitig haben Unternehmen, die sich auf die Herstellung technischer Teile spezialisieren, in der Regel höhere Margen. Durch die höheren Entwicklungskosten ist in vielen Fällen auch eher ein Budget für die Prozessautomatisierung und Digitalisierung eingestellt. Dadurch sind Hersteller technische Teile oftmals Vorreiter.
Im Vergleich dazu ist die Extrusion weniger technologisch geprägt, die Maschinenlaufdauer ist länger und der Anteil der Materialkosten am Produkt höher. Aufgrund des vergleichsweise hohen Materialpreises ist der Anreiz, zusätzlich in Digitalisierungslösungen zu investieren, nicht groß, da dies mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Dazukommt, dass viele Maschinen noch voll funktionsfähig und nur mit sehr viel Aufwand zu digitalisieren bzw. zu vernetzen sind. Im Allgemeinen scheint die Kunststoffverpackungsindustrie mit Blick auf die Digitalisierung eher schwach aufgestellt zu sein – aber auch hier ist ein Wandel zu beobachten. Gerade neue Extrusionsanlagen verwenden digitale Schlüssellösungen im Paket.
Tatsächlich KI-getriebene Systeme sind in der Praxis nur wenig verbreitet. Diese setzen oftmals Expertenkenntnisse voraus und sind komplex in ihrer Anwendung, während sie gleichzeitig kostenintensiv sind.
Zusammengefasst: Bei den wenigsten KMUs existiert eine systematische digitale Datenerfassung der Produktion in Kombination mit intelligenten Systemen. Aber auch hier ist eine Veränderung beobachtbar, wenn alte Maschinen überholt oder ersetzt werden.“
Jede prozentuale Steigerung der Effizienz lohnt sich
Welche Potenziale sehen Sie für die Kunststoffverpackungsindustrie bei der Digitalisierung?
„Digitalisierung ist immer eine Kosten-Nutzen-Rechnung. Aktuell ist es so, dass die Digitalisierungseffekte – und damit der Break-even – noch schwer allgemein monetär zu bewerten sind. Verbunden damit, dass Investitionen in digitale Prozesse noch sehr teuer sind, tätigen diese nur wenige Unternehmen. Und das, obwohl der generierte Mehrwert vielfältig ist. Für viele Unternehmen kann zum Beispiel schon eine digitale Prozessvisualisierung hilfreich sein. Diese gibt Aufschluss darüber, wie die Produktion läuft, wo Schwierigkeiten bestehen, woraus diese resultieren und welche Auswirkungen beispielsweise ein Schlechtteil im Nachfolgeprozess haben kann. Mit diesem Wissen kann der Prozess (automatisch) optimiert werden, wodurch der Ausschuss reduziert, der Prozess effizienter gestaltet werden kann und die Produktionskapazität erhöht wird. Wenn man sich vorstellt, dass mittels digitaler Prozesse in der Massenproduktion bspw. zwei Prozent mehr produziert werden kann, dann rechnet sich das. Gerade mit Blick auf den hohen Durchsatz in der Verpackungsindustrie lohnt sich jede prozentuale Steigerung der Effizienz. Dies wiederum wirkt sich positiv auf den Umsatz aus.
Niedrigschwellige Mehrwerte ergeben sich vor allem im Bereich der Datenerfassung und Datenverfügbarkeit. Grundsätzlich sind die Stärken der Digitalisierung riesig, ob sie tatsächlich ein Mehrwert schafft oder nicht, hängt auch mit dem Know-how des Benutzers zusammen. Allerdings gibt es kaum digitale Prozesse oder Systeme, über die gesagt werden kann, dass sie flächendeckend einen Mehrwert stiften. Vielmehr ist der Weg zur passenden digitalen Lösung sehr individuell und jedes Unternehmen muss seinen eigenen Umgang damit finden.“
Sie beschreiben den Prozess als sehr unternehmensspezifisch. Halten Sie einen stufenweisen Einstieg in die Digitalisierung, z. B. beginnend mit der Datenerfassung, für sinnvoll oder empfehlen Sie eine klare, zukunftsorientierte Digitalisierungsstrategie?
„Beides ist möglich. Im Idealfall existiert jedoch eine Strategie, sodass klar ist, wie die neu gewonnen Daten genutzt werden können und welche Maßnahmen daraus ableitbar sind. Das verarbeitende Unternehmen kennt seine Herausforderungen bzw. sein Potenzial in der Regel gut. Innovationen können im besten Fall aus dem Unternehmen selbst heraus entstehen, das wäre der Königsweg. Allerdings ist es möglich, auch den umgekehrten Schritt zu gehen. Dies ist dann sinnvoll, wenn sich Unternehmen bislang eher wenig mit ihren Prozessdaten auseinandergesetzt haben. Einige Probleme werden erst durch die digitale Verfügbarkeit von Daten und die damit verbundene Sichtweise auf die Prozesse aufgedeckt. Anschließend können Strategien und Handlungsempfehlungen entwickelt werden.“
Welche Chancen bietet die Digitalisierung für die Kunststoffverpackungsindustrie?
„Die Digitalisierung bietet viele Chancen, insbesondere auch mit Blick auf Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft. Durch die Automatisierung und Optimierung von Prozessen können Unternehmen effizienter arbeiten und den Materialverbrauch reduzieren. Dies ist besonders wichtig, um den Einsatz von recycelten Materialien zu ermöglichen und die Umweltbelastung zu verringern.“
Ein interessanter Hinweis. Können Sie die Potenziale der Digitalisierung anhand von Recyclingprozessen näher erklären?
„Die Digitalisierung ermöglicht es, Prozesse zu automatisieren und zu optimieren, was zu einer effizienteren Nutzung von Ressourcen führt. Beispielsweise kann durch den Einsatz von digitalen Technologien in der Produktion der Materialverbrauch reduziert und der Einsatz von recycelten Materialien erleichtert werden. Denn wenn Wissen darüber besteht, welche Materialien in welchem Verhältnis für einen Prozess zur Verfügung stehen, kann die Zusammensetzung entsprechend angepasst werden, um die Qualität zu sichern. Zum Beispiel kann bei Schwankungen im Rezyklatmaterial die Mischung modifiziert werden, sodass die gewünschte Materialeigenschaft erhalten bleibt. Dies ist besonders wichtig, da mechanisch recycelte Materialien oft nicht die gleiche Qualität bzw. die gleichen Eigenschaften wie neue Materialien haben. Durch die Digitalisierung kann diese Anpassungen automatisiert vorgenommen und so die Effizienz und Nachhaltigkeit der Produktion gesteigert werden. Voraussetzung für diesen Prozess ist eine gut vernetzte und damit digitale Informationsbeschaffenheit der Materialdaten – im Vergleich dazu ist eine Messung oft kostenintensiver.
Dieser digitale Prozess verringert folglich nicht nur die Umweltbelastung, sondern unterstützt auch die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft, in der Materialien wiederverwendet und Abfälle minimiert werden. Durch die genaue Überwachung und Anpassung von Prozessen sowie die damit verbundene Prozessrobustheit, kann die Qualität von Produkten, die aus recycelten Materialien hergestellt werden, verbessert werden, was wiederum die Akzeptanz dieser Produkte auf dem Markt erhöht – und Kosten einspart.”
Sehen Sie auch Chancen für die Branche beim Handling des sogenannten Digital Product Pass (DPP)?
„Es gibt verschiedene Institutionen und daher auch Varianten eines DPP – den einen DPP mit einer einheitlichen und spezifischen Definition gibt es bislang nicht. Das sind mitunter langwierige Standardisierungsprozesse. Sobald ein Standardisierungsprozess abgeschlossen ist, kann sich ein Ökosystem entwickeln. Beispielsweise sehen wir dies bei der Entwicklung der Datenschnittstellen. Hat sich eine Spezifikation durchgesetzt, so ist das Schreiben einer Software, die automatisch Anlagen anbindet nur noch halb so schwierig und es treten Skaleneffekte auf. Dies sehen wir beispielsweise bereits beim Spritzgießen mit der EUROMAP 63 oder 77. Mit Blick auf den DPP ist aktuell alles noch etwas unklar: Welche Daten genau müssen aufgenommen und vor allem zur Verfügung gestellt werden?
Betrachtet man den ganzen Kreislauf müssten alle Stakeholder der Lieferkette, den DPP bedienen. Dies könnte bereits manuell über eine Web-Oberfläche geschehen, erfordert aber viel Commitment. In Zukunft wäre es wünschenswert, dass Sensoren die Daten liefern und dann automatisch in den DPP einfließen.”
Nehmen Sie also die Unsicherheit über Standards als Hemmnis für die Digitalisierung der Branche wahr?
„Das ist sicherlich für viele ein sehr großes Hemmnis für einen kurzfristigen Einsatz digitaler Lösungen. Dennoch halte ich es für sinnvoll, mit der Digitalisierung von Prozessen zeitnah zu beginnen. Indem Unternehmen bereits früh digitale Produkte und Systeme einsetzten und testen, bauen sie Kompetenz mit der Evaluation und Implementierung digitaler Prozesse auf.”
Welche Herausforderungen sehen Sie darüber hinaus bei der Umsetzung von Digitalisierungsmaßnahmen?
„Hier kommen verschiedene Herausforderungen zusammen. Eine zentrale Herausforderung ist die bereits erwähnte Kosten-Nutzen-Rechnung. Viele Unternehmen zögern, in digitale Lösungen zu investieren, da der unmittelbare Nutzen oft nicht sichtbar ist bzw. der Aufwand nicht abgeschätzt werden kann. Es fehlt häufig an Know-how und geeigneten Standards, um die Digitalisierung effizient umzusetzen. Es fängt mit der Schnittstelle an, hier ist die Herausforderung noch gering. Als Nächstes folgt die Software zur Datenerfassung, diese ist oftmals sehr teuer – gerade dann, wenn es eine maßgeschneiderte und umfassende Lösung ist. Da können gerne mal mehrere Hunderttausend Euro ins Land gehen, um eine gesamte Produktion zu digitalisieren. Die dazu im Vergleich kostengünstigeren Lösungen erfordern wiederum viel firmeninternes Know-how. Hier zeigt sich, dass es unheimlich schwierig ist, diese Kompetenz bei Mitarbeitenden aufzubauen.”
Es geht auch um die Automatisierungs- und vor allem Prozesstechnik.
In welchen konkreten Bereichen besteht Ihrer Kenntnis nach in den Unternehmen der Branche der größte Weiterbildungsbedarf im Umgang mit der Digitalisierung?
„Bei der Digitalisierung im Produktionskontext kommen Kompetenzen unterschiedlicher Domänen zusammen, die einerseits sehr komplex und andererseits sehr vielfältig sind. Dafür muss ein Unternehmen bzw. deren Mitarbeitende vorbereitet sein. Ich glaube, dass es oftmals zielführend ist, jemanden aus der Domäne Kunststoff weiterzuentwickeln, als zum Beispiel aus anderen Fachrichtungen in die Domäne hinein zu entwickeln. Entscheidend ist das Prozessverständnis, denn es sollte eine Vorstellung davon geben, wohin die unternehmensspezifische digitale Entwicklung gehen und was damit erreicht werden soll. Dafür eignet sich etwa eine Person mit einem Ingenieurshintergrund. In der heutigen Digitalisierungsdiskussion im Kontext der Kunststoffverarbeitung geht es nicht nur um die Optimierung von operativen Prozessen, sondern auch um die Automatisierungs- und vor allem Prozesstechnik. Interdisziplinär aufgestellte Fachkräfte in diesem Bereich verfügen über ein grundlegendes Verständnis von Maschinen und ihrer Funktionsweise, unabhängig davon, ob es sich um analoge, digitale, serielle oder netzwerkbasierte Systeme handelt, sowie über moderne Informatikkenntnisse. Diese Fachkenntnisse sind entscheidend, weil sich traditionelle Digitalisierung und Automatisierung, die auf proprietären Steuerungssystemen basieren, weiterentwickelt und in neue Strukturen integriert. Sobald Daten aus einer Schnittstelle extrahiert werden, gibt es unzählige Möglichkeiten der Datenverarbeitung und dazu einen riesen Blumenstrauß an technologischen Lösungen. Die Wahl der richtigen Datenbank ist nur der Anfang. D.h. im Vordergrund muss bei der Entwicklung von Fachkräften in der Digitalisierung stehen, ein breites und vor allem aktuelles Wissen über mögliche Technologien zu entwickeln.
Um es kurz zu machen: Kompetenzen im Bereich Industrial Internet of Things sollten zentraler Bestandteil einer Weiterbildungsstrategie sein.”
Haben Sie Empfehlungen für unsere Mitgliedsunternehmen, wie eine Weiterbildung von Mitarbeitenden gelingen kann bzw. welche Anlaufstellen es für Fortbildungen gibt?
„Es gibt aktuell sehr viele Weiterbildungsangebote im Bereich Digitalisierung – aber diese sind nicht kunststoffspezifisch und damit auch oft nicht zielführend. Im IKV erstellen wir unternehmensspezifische Weiterbildungskonzepte, die als Lehrgänge, mehrtägige Trainings, Intensivtrainings oder Schulungsprogramme über mehrere Monate gestaltet werden können. Aus dem Bereich Kunststoff gibt es auch weitere Einrichtungen wie das SKZ oder der VDMA, die ebenfalls gewinnbringende Weiterbildungs- und Beratungsangebote anbieten können.”
Was sind Ihrer Meinung nach die Risiken für Unternehmen, die den Anschluss an die Digitalisierung verpassen?
„Unternehmen, die die Digitalisierung vernachlässigen, riskieren, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu verlieren. Sie könnten Schwierigkeiten haben, mit effizienteren und innovativeren Konkurrenten mitzuhalten. Je effizienter ein Unternehmen produziert, desto eher kann dieses weiterhin in Deutschland produzieren. Unternehmen, die sich nicht digital aufstellen, arbeiten letztlich weniger effizient, haben weniger Kostenersparnis bei Fehlern, bei Setups, bei neuen Prozessen oder der Verbesserung von Prozessen. Es geht außerdem darum, dass sich Unternehmen der Branche mit qualitativ hochwertigen Produkten richtig positionieren und dann vielleicht sogar ein USP vorweisen.
Aktuell können viele Unternehmen noch die Digitalisierung umgehen, aber in Zukunft wird es viele Anforderungen geben, die mithilfe digitaler Lösungen besser zu bewerkstelligen sind. Das kann irgendwann das Bedienen von Produktpässen oder das automatische Erstellen von Nachhaltigkeitsberichten sein. Alle Informationen, die dann nicht digital zur Verfügung stehen, verursachen einen großen Aufwand. Aus diesem Grund halte ich eine Datenerhebung in allen Bereichen – insbesondere über den Stand der Produktion – für notwendig.”
Würden Sie abschließend gerne eine Empfehlung für unsere Mitgliedsunternehmen zum weiteren Vorgehen mit Blick auf die Digitalisierung aussprechen?
„Ich empfehle mindestens eine verantwortliche Person im Unternehmen, die den Freiraum hat, sich intensiv mit digitalen Prozessen zu beschäftigen. Das mag zwar zunächst keinen monetären Mehrwert für das Unternehmen haben, hilft aber, das nötige Wissen auszubilden und eine geeignete Strategie zu entwickeln, um dann erste Schritte in Richtung Digitalisierung einzuleiten und nachhaltig einen Mehrwert zu generieren.
Um Mitarbeitende von Digitalisierungsmaßnahmen zu überzeugen, ist es wichtig, dass die Art der Digitalisierung stimmt. Das bedeutet, analoge Prozesse sollten nicht 1:1 ins Digitale überführt werden; das hat oft keinen Mehrwert.”
Gibt es abschließend noch Aspekte, die Sie erwähnen möchten?
„Die wirtschaftliche Lage in vielen Bereichen der Kunststoffindustrie ist derzeit angespannt, was die Digitalisierung erschwert. Gleichzeitig überlagert die Nachhaltigkeitsoffensive den Hype um die Digitalisierung. In meinen Augen ist eine nachhaltige Branche jedoch nicht ohne die Digitalisierung zu schaffen. Allerdings verlangen die Nachhaltigkeitsanforderungen der Digitalisierung etwas ab, wo sie aktuell noch nicht ist. Nachhaltigkeit und Digitalisierung werden also gleichermaßen strapaziert. Damit Unternehmen den Anschluss nicht verpassen, ist es dennoch wichtig, den Fokus auf digitale Lösungen zu legen, um langfristig wettbewerbsfähig sowie nachhaltig zu sein.”
