Die 50 % - Idee Vom Produkt zur Produktionsanlage in der halben Zeit

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1 Die 50 % - Idee Vom Produkt zur Produktionsanlage in der halben Zeit T. Bott (BASF SE) G. Schembecker (TU Dortmund) Jahrestreffen ProcessNet PAAT-Fachgemeinschaft Jahrestagung 2009, Mannheim 2009, Weinheim

2 Vortragsinhalt Einleitung Elemente eine Innovationsprojektes Definition der Projektphasen Typische Projektlaufzeiten Ökonomische Effekte durch Laufzeitverkürzung Ergebnisse des Tutzing-Symposions 2009 Ideensammlung zur Laufzeitverkürzung Die 7 Thesen von Tutzing Weitere Aktivitäten 2

3 From Product to Production Elements of an Innovation Project Product Research Process Development Engineering & Construction Operations Time to market Production Process concept / modeling Process design / pilot trials Process development Basic Engineering Process validation / pilot trials Detail Engineering Realization Construction Product development Lab trials Product development time 3

4 From Product to Production Elements of an Innovation Project Product Research Process Development Engineering & Construction Commissioning of the plant Time to market Plant performance proven Operations Production End of Product Research Process concept / modeling Process design / pilot trials Process development Basic Engineering Lab process is operational Process validation / pilot trials Detail Engineering Realization Construction Product has been produced in desired quality Business case is defined Product development Lab trials Product development time 4

5 From Product to Production Elements of an Innovation Project Product Research Process Development Time to market Engineering & Construction Operations Procurement, Construction Start-up From Design to Plant Production Process concept / modeling Process design / pilot trials From Product to Process Process development From Process to Plant Design Realization Process validation / pilot trials Process Development Basic and Detail Engineering Basic Engineering Detail Engineering Construction Product development Lab trials Product development time 5

6 Typical Lead Times of the Elements of an Innovation Project Product Research and Development Process Development months Extended Basic Engineering (incl. Conceptual Design) Detailed Engineering & Procurement months months Construction & Start-up months Σ Product to Production months 6

7 Challenges of Globalized Market Growing market for fine chemicals and specialties Products adapted to customers needs Smaller capacities Delocalized production Market fluctuation increases Growing low-cost competition (e.g. China and India) Time to market is more and more crucial for economic success Starting a 10 year lasting innovation project equals 7

8 Economic Effect of Lead Time Reduction Typical Base Chemical Design (all figures as of today) Investment: 30 Mio. Operating cost: 40 Mio. /a Annual sales: 50 Mio. /a Typical financial conditions Two scenarios: Lead time 10 years and 5 years 8

9 Discounted Cash Flow Base Chemical Plant 100,0 Discounted Cash Flow [Mio. ] 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0-40,0-60, Invest: 30 Mio. Interest: 14 Mio. Year BEP: year 7 34 Mio. 9

10 Discounted Cash Flow Base Chemical Plant Discounted Cash Flow [Mio. ] 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0-40,0-60,0 Fast track Slow track Invest: 30 Mio. Interest: 8 Mio. BEP: year 5,5 Year 48 Mio. BEP: year 7 Invest: 30 Mio. Interest: 14 Mio. 34 Mio. 10

11 Discounted Cash Flow Base Chemical Plant Fast track investment + 10 % Discounted Cash Flow [Mio. ] 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0-20,0-40,0-60,0 Fast track Slow track Invest: 33 Mio. Interest: 9 Mio. BEP: year 6,5 Year 39 Mio. BEP: year 7 Invest: 30 Mio. Interest: 14 Mio. 34 Mio. 11

12 Learning Points Faster means savings Faster means less financial risk Keep an eye on plant efficiency (in a pinch at the expense of investment) Don t forget: once you have time, you safeguard more. Or in other words: Projects under time pressure are often more efficient! 12

13 PAAT, Bad Honnef 2008

14 Das Vorbereitungsteam D. Agar, TU Dortmund T. Bott, BASF R. Goedecke, Dechema R. Handl, Evonik Degussa J. Kussi, BTS W. Marquardt, RWTH Aachen H. Schoenmakers G. Wozny, TU Berlin X. Wu, Dechema R. Zeppenfeld, Linde 14

15 Participants in the Symposion Ca. 100 invited Participants Product Research Owner Operators Contractors Suppliers Academia Process Development Process concept / modeling Time to market Process design / pilot trials Process development Engineering & Construction Basic Engineering Process validation / pilot trials Detail Engineering Realization Construction Operations Production Product development Lab trials Product development time 15

16 Questions discussed Potential for lead time reduction Impact on up- and downstream phases / workflow Risks Economic benefit other than from lead time reduction Additional costs White spots (technology, methodology) Constraints: No American Idol (DSDS) approaches / no one-time effects No relaxation of environmental protection and safety 16

17 Money Die 50%-Idee Cash Flow Net Present Value Vom Produkt zur Produktionsanlage in der halben Zeit Break Even Ergebnisse und nächste n Schritte Time 50 % Time-to-Market 100 % T. Bott, BASF SE G. Schembecker, TU Dortmund Fußzeile 17

18 Zusammenfassung der Ideen 18 Die 50% - Idee ist erreichbar

19 Auswahl und Clustering von Ideen Verfahrensentwicklung Integration von Experiment und Simulation (1), Integrierte Produkt- und Prozessentwicklung (5) Workflow-Management Einfacher, integrierter Workflow (12), Verwaltung von Informationen (15), Arbeitsablauf (17) Zusammenarbeit mit Lieferanten Standardisierung (8), Normenvielfalt reduzieren (13), Strategische Partnerschaften (11) Produktionskonzept (Module) Scale-up Strategie (4), Alternative Produktionskonzepte (3) Vormontierte Skids (18) 19

20 Maßnahmen: Verfahrensentwicklung Intensive Zusammenarbeit zwischen Verfahrensentwickler und Produktforscher ermöglichen Umfassende Modellierung und Simulation der Verfahren durchführen Scale-up fähige Komponenten in Mini-Plant Experimenten verwenden, Verzicht auf Technikumsversuche Pilotanlagen bereits für erste Produktionsmengen nutzen Verfahren an am Markt verfügbare Standardausrüstung anpassen (Verfahren folgt Markt, nicht umgekehrt) Frühzeitige Zielvorgaben (Kosten, Termine etc.) durch Geschäftseinheit einfordern und einheitsübergreifende Risikobewertung durchführen 20

21 Integrierter Ansatz für Produkt- und Verfahrensentwicklung Festlegung auf eine geeignete und wirtschaftliche Technologie zu Beginn der Verfahrensentwicklung Intensive Zusammenarbeit mit Produktforschern Raw materials Analytics, Physics Produkt Unit operations Automation technology Marketing Verfahren Plant engineering

22 Elemente der Verfahrensentwicklung Process concept / modeling Process design / pilot trials Process validation / pilot trials Elemente der Verfahrensentwicklung: Auswahl der Technologie Modellierung des Verfahrens Mini-Plant Experimente (2-5 kg/h) Scale-up der Ausrüstung Erstellung des Process Packages Technikum Produktion Labor Mini-Plant Modellierung und Simulation 22

23 Lücken in der Modellierung Verknüpfung von Verfahrensmodellen mit molekularen Modellierungsansätzen weniger Experimente Integrierter Einsatz von Strömungsmodellen (CFD) zum besseren Verständnis von Mischungsvorgängen sowie Wärme- und Stoffaustauschverhalten in komplexen Systemen Modellierung von heterogenen Systemen Modellierung und Verständnis von Feststoffoperationen Kinetics Fluid dynamics Thermodynamics Particlemodel Heat and mass transfer Apparatus 23

24 Maßnahmen: Workflow-Management Modellgestützte Entwicklungsprozesse sorgen für mehr Transparenz Gesamtprozess-Verantwortung durch alle Beteiligte einfordern; ein Team von Anfang bis zum Ende interdisziplinäre Orientierung und Ausbildung stärken Informations-Management automatisieren automatisierter Datenaustausch, auch mit Lieferanten Aufbau von Wissensmodulen in einer lernenden Organisation etablieren gute Lösungen systematisch erfassen und wiederverwenden Von Fertigungs-, Automobil- und Flugzeugindustrie lernen erfordert Kulturwechsel in Prozessindustrie 24

25 Eigenschaften von Entwicklungsprozessen Quelle: Marquardt et al. 25

26 Vollintegrierter Datenaustausch Quelle: Marquardt et al. 26

27 Maßnahmen: Zusammenarbeit mit Lieferanten Automatisiertes Informations- und Datenmanagement für Lieferanten und Sub-Lieferanten öffnen Strategische Partnerschaften mit Lieferanten eingehen integrierter Teamansatz, kein Bidding-Prozess Lieferanten eigenständig Funktionsaufgaben in Arbeitspaketen bearbeiten, liefern und in Betrieb nehmen lassen Lieferantenstandards akzeptieren; generell Normenvielfalt reduzieren und Marktstandards etablieren weg vom 100%-Anspruch Rahmenverträge mit Lieferanten eingehen, Katalogsystem etablieren Verzicht auf individuellen Bidding-Prozess 27

28 Zusammenarbeit mit Lieferanten Verantwortung für gesamte Funktionseinheiten an Lieferanten übertragen Source: Zeton Inc. Bestellung nach Katalog anstelle aufwändiger Spezifikation 28

29 Maßnahmen: Produktionskonzepte Produktionsanlagen kleiner bauen; (mehrere) dezentrale Produktionseinheiten anstelle von world-scale Anlagen Kopiereffekte in Planung und Bau nutzen; Serieneffekte nutzen Produktionsanlagen aus standardisierten Funktionsmodulen zusammenfügen Prozessentwicklung auf marktgängige Funktionsmodule zuschneiden ( keine individuelle Optimierung) Scale-up mit Hilfe von Numbering-up oder Equaling-up aus Labor- bzw. Mini-Plant Experimenten nutzen zur Verringerung des Funktionsrisikos Pilotanlagen als Produktionsanlagen nutzen 29

30 Economy of scale traditioneller Produktionsprozesse Invest 1 Invest 2 = Capacity 1 Capacity initial capacity utilization Specific invest [ /t] scale-up risk Plant capacity [t/a] 30

31 Herausforderung für neue Smart Scale - Produktionskonzepte world scale technology smart scale technology Specific invest [ /t] Plant capacitiy [t/a] 31

32 Smart Scale Produktionskonzepte mit neuen Reaktortechnologien Neue Reaktortechnologien ermöglichen drastische Reduzierung von Prozessstufen Prozessintensivierung Prozessintensivierung führt zu Vorteilen speziell bei kleinen/ mittleren Anlagenkapazitäten Smart Scale Produktion Smart Scale Produktionen laufen kontinuierlich und weitgehend automatisiert Low Cost Verfahren Source: European Roadmap for Process Intensification 32

33 Signifikante Verringerung der Baugröße durch Smart Scale Technologien Product Development Process Development Engineering Construction Start-up & Production m 0,2 0,5 m Mikro- & Milli- Reaktortechnologie Verringerung der Baugröße um Faktor >10

34 Millireaktoren Identische Dimensionen für den Scale-up vom Labor Produktion zur Scale up durch Equaling up & Numbering up Source: Ehrfeld BTS GmbH Source: Ehrfeld BTS GmbH Source: Fluitec Georg AG Source: Fluitec Georg AG 34

35 Haupttreiber für neue Verfahren mit Smart Scale Technologien Kostenreduzierung Schneller am Markt Bessere Produkteigenschaften Modulare Anlagen 35

36 Modulares Produktionskonzept Raw- Raw- Materials Polymerization Work Work up up Product Monomer 1 Monomer 2 Milli-Reactor Work-Up (e.g. Stripping) 36

37 Die 7 Thesen von Tutzing Sei schnell, denn der Markt wartet nicht Denke und plane in Modulen und Standardlösungen Nutze wieder verwendbare Modelle für Prozesse, Informationen und Arbeitsabläufe Kenne Deinen Einfluss auf Wirtschaftlichkeit und Risiko des Projektes Vermeide Perfektionismus, denn eine Punktlandung kostet Zeit und Geld Vertraue Deinem Kunden / Lieferanten Bringe Kontinuität ins Projekt, von der Entwicklung bis zur Inbetriebnahme 37

38 Tutzing Nachfolgeaktivitäten Tutzing 50 % Portal Anmeldung erforderlich Ergebnissicherung Zusammenfassung und Strukturierung Workshop Modularisierung Roadmap Status-quo zusammenstellen Zielvorstellungen beschreiben Aktionsplan zur Erreichung der Zielvorstellungen ProcessNet; Juli 09 PAT-Leitung; 18. Sept. 09 PAT; 04. Dez. 09 Tutzing-Vorbereitungsteam; Treffen am 25. Sept. 09 Telekonferenz 28. Okt. 09 Treffen am 09. Nov. 09 Entscheider und Politik ansprechen 38