Die Entwicklung nachhaltigerer und leistungsstärkerer Produkte ist die Grundlage unserer Vision einer sauberen Zukunft im Bereich Haushaltspflege bei Unilever. Die Skalierung neuer Technologien vom Labor zur Produktion birgt erhebliche und spannende Herausforderungen. Wie können wir Innovationen so gestalten, dass sie sowohl unseren Konsumenten als auch unserem Planeten zugutekommen?
In der Prozessentwicklung sind wir überzeugt, dass der größte Mehrwert entsteht, wenn Versuchsplanung (DOE) und Modellierung zu den Kernkompetenzen jedes Prozessingenieurs gehören. Deshalb haben wir eine global aktive Community of Practice aufgebaut, die auf einem 70:20:10-Ansatz für digitale Weiterbildung basiert und durch DOE und Modellierung in hochwertigen Projekten wirkungsvolle Innovationen hervorbringt. Die Entwicklung einer „digitalen Denkweise“ hat unsere Ingenieure befähigt, als Einzelpersonen Wirkung und Wert zu erzielen und durch strukturierte Datenerfassung und statistische Modellierung tiefgreifende technische Expertise in Technologien der neuen Generation zu entwickeln. Dieser Ansatz hat die Einführung nachhaltiger Biotenside und CO₂ -armer Formulierungen direkt in der Produktion ermöglicht und gleichzeitig Kosten und Komplexität entlang der Lieferketten reduziert. Neue, effiziente Prozesswege, optimiert durch Modellierung, haben zu Einsparungen im zweistelligen Millionenbereich und zu Leistungsverbesserungen unserer Produkte im Bereich Home Care geführt.
Von der Rezeptur bis zur Fabrik – unser Ansatz zur Prozessentwicklung trägt dazu bei, die Clean Future-Revolution durch einen digitalen Innovationsansatz voranzutreiben.
Hallo, ich bin Ewan und arbeite als Prozessentwicklungsingenieur im Bereich Haushaltspflege bei Unilever. Heute möchte ich Ihnen zeigen, wie wir eine aktive globale Community für einen digitalen Ansatz in Sachen Innovation und Nachhaltigkeit aufgebaut haben. Ob Sie nun die Marken oder das Unternehmen selbst kennen: Unilever ist einer der weltweit größten Konsumgüterkonzerne mit einem Portfolio führender Marken mit sozialem Mehrwert, Haushaltspflegemarken wie Persil, OMO und Comfort sowie bekannteren Marken wie Ben & Jerry's und Dove. Wir sind in Zukunftswachstumsmärkten unübertroffen präsent. Als Unternehmen verfolgen wir einen konsequent wirtschaftlichen Ansatz mit dem Ziel, nachhaltig zu wirtschaften.
Dieser Fokus auf Nachhaltigkeit trägt maßgeblich zum Schutz unseres Planeten bei – durch die 3,4 Milliarden Menschen, die unsere Produkte täglich in über 190 Ländern nutzen. Dank unserer Reichweite als nachhaltiges Unternehmen erzielten wir 2022 einen Umsatz von über 60 Milliarden Euro.
Unser Unternehmenszweck und unsere Ambitionen spiegeln sich deutlich in unserer Strategie für eine saubere Zukunft wider. Diese Strategie umfasst Produkte, die in puncto Leistung unübertroffen sind, ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis in allen Preissegmenten bieten und zudem nachhaltig sind. Die Kombination dieser drei Aspekte in jedem einzelnen Produkt, das wir unseren Kunden – dem Mittelpunkt unserer Strategie – anbieten, macht sie so fortschrittlich. Über 50 Beispiele belegen die tatsächliche Wirkung und die unternehmerische Stärke, die diese Strategie ermöglicht hat.
Im Bereich der häuslichen Pflege ist es die Prozessentwicklung, die unsere Strategie für eine saubere Zukunft in die industrielle Produktion überführt. Wir nehmen die Ambitionen von Formulierungsforschern und Marketingexperten auf und skalieren sie von Laborkonzepten bis hin zur optimierten Produktion im industriellen Maßstab weltweit. Typischerweise geschieht dies in vier Schlüsselschritten. Der erste Schritt ist das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Formulierung und Prozess. Ob es sich nun um den Einfluss der Temperatur handelt, der das Produkt dickflüssiger und schwerer pumpbar macht, oder um Auswirkungen auf die Produktklarheit, also ob es klar oder trüb aussieht – wir müssen diese Wechselwirkungen im Vorfeld verstehen, damit sie in alle nachfolgenden Schritte einfließen können. Der nächste Schritt ist die Prozessroutenplanung.
Wir beginnen zu verstehen und ein Konzept dafür zu entwickeln, wie wir diesen Prozess gestalten wollen – sowohl im Pilotmaßstab (klein) als auch im Großmaßstab, also in unseren Werken weltweit. Auf diesen beiden Schritten aufbauend können wir dann Regeln für die Skalierung entwickeln. Dies geschieht im Rahmen der Skalierung im Pilotmaßstab. Unabhängig davon, ob wir das Produkt in Chargen von 50, 100 oder 200 Kilogramm oder sogar mehr herstellen, entwickeln wir hier die Regeln, die im Werksmaßstab Anwendung finden, wo wir tonnenweise pro Charge produzieren. Daraus resultiert der Hauptversuch im Werk. Hierbei testen wir unser Produkt in laufenden Produktionsprozessen weltweit.
In jedem dieser Schritte können wir viele Daten und wertvolle Erkenntnisse gewinnen, die wir im nächsten Schritt einfließen lassen. Wir wollen so explorativ wie möglich vorgehen, um den Innovationsprozess voranzutreiben und Produkte zu entwickeln, die konzeptionell neuartig sind und den Wünschen unserer Kunden entsprechen. Unser Ziel ist es, diese Daten und unseren explorativen Ansatz in eine durchgängig digital gesteuerte Innovationspipeline zu integrieren.
Genau das haben wir versucht. Wir wollten einen hypothesenbasierten Ansatz für die Versuchsplanung erproben und benötigten eine neue Rezeptur für die Markteinführung einer unserer beliebten Haushaltspflegemarken. Die Einführung sollte in über elf Fabriken weltweit erfolgen, mit über 25 Mischanlagen unterschiedlicher Typen, Größen und Anlagengrößen. Das ist eine große Herausforderung und im Grunde ein globaler Rollout. Wie können wir dies optimieren, um eine herausragende Produktleistung zu erzielen, die unseren Kunden einen hohen Mehrwert bietet und gleichzeitig nachhaltig ist?
Denn jede Optimierung in diesem Schritt kommt unseren 3,4 Milliarden Konsumenten weltweit und letztlich auch unserem Planeten zugute. Wir begannen mit der Aufstellung einer Hypothese, die die Prozessparameter umfasste, die unser Produkt beeinflussen könnten – sei es die Produktqualität selbst oder der Prozess. Wir erprobten ein Versuchsdesign im Pilotmaßstab. Durch die Durchführung im kleineren Maßstab vor der Skalierung auf eine Fabrik konnten wir Kosten und Rohstoffe minimieren und den Prozess sogar beschleunigen. Anhand dieser Daten konnten wir beginnen, einige unserer Qualitätsparameter zu modellieren. Ein konkretes Beispiel ist hier dargestellt.
Dies ermöglichte es uns, die tatsächlichen kritischen Kontrollpunkte zu identifizieren, nicht nur im Prozess selbst, sondern auch bei einigen Formulierungsparametern. Hier sehen wir die Vorhersage unseres Produkts. Die Viskosität ist temperaturabhängig. Ein weiterer Qualitätsparameter ist Parameter 2, der auch die Materialien A und B umfasst.
Parameter 2 und Material A haben kaum Einfluss auf die Viskosität, der wirklich interessante Aspekt liegt jedoch in der Temperatur und dem Material B. Selbst bei weiterer Temperaturreduzierung bleiben wir innerhalb der Spezifikationen. Dasselbe gilt für die Reduzierung von Material B. Es besteht also Potenzial für Energieeinsparungen durch Temperaturreduzierung und Kostensenkungspotenzial durch die Reduzierung von Material B. Beides führt letztendlich zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen.
Das war der geschäftliche Nutzen, den wir mit diesem Ansatz erzielen konnten: Einsparungen im zweistelligen Millionenbereich bei den Materialien und eine globale Energiereduzierung für mehr Nachhaltigkeit – alles für eine saubere Zukunft. Und das ist die Leistung eines einzelnen Ingenieurs oder eines kleinen Teams. Wenn wir das erreichen können, warum sollten wir diese Schlüsselkompetenzen nicht jedem Ingenieur vermitteln? Genau das haben wir uns vorgenommen.
Wir wollten Versuchsplanung und Modellierung zu Schlüsselkompetenzen für alle Ingenieure in der Prozessentwicklung für die häusliche Pflege weltweit machen. Diese Ingenieure haben unterschiedliche Muttersprachen, leben in verschiedenen Ländern und Zeitzonen und befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. Ziel war es, sicherzustellen, dass alle von einem einzigen Programm profitieren können. Verschiedene Teams arbeiten an unterschiedlichen Produkten und entwickeln daher Spezialisierungen; beispielsweise möchten sie bestimmte Funktionen von Jump nutzen. Wir haben eine globale Community of Practice geschaffen, in der sich Ingenieure austauschen, ihre Erfahrungen teilen und sich gemeinsam weiterbilden können.
Wir haben hierfür den sogenannten 70:20:10-Ansatz gewählt. Zehn Prozent der Zeit wurden für strukturierte Schulungen aufgewendet, die von JMP-Champions geleitet wurden – Ingenieuren mit fortgeschrittenen JMP-Kenntnissen innerhalb unseres Teams, die gemeinsam mit anderen Entwicklungsteams ihre Kompetenzen erweiterten. Zwanzig Prozent flossen in den Erfahrungsaustausch. Regelmäßige Community-of-Practice-Sitzungen mit Ingenieuren und ihren Mentoren ermöglichten es uns, unsere Erfahrungen, Schwierigkeiten und Herausforderungen sowie unsere Fortschritte mit JMP zu teilen und so alle Beteiligten weiterzubilden. Die 70 Prozent sind der wichtigste Teil dieses Programms: die praktische Anwendung von Schlüsseltechnologien in anspruchsvollen Projekten.
Diese Projekte sind wichtige Investitionen, die wir realisieren wollen. Der Einsatz von Versuchsplanung (DOE) kann die Projektlaufzeiten verkürzen, Produkte optimieren und uns ein völlig neues Verständnis des Produktverhaltens ermöglichen. Würden wir DOE und Modellierung optional gestalten, würde sich nichts ändern. Wir wollen unsere Arbeitsweise verändern und müssen diesen Ansatz daher in unsere wichtigsten Projekte integrieren.
Wir begannen damit, eine solide und strukturierte Datenerfassung zu etablieren und damit die Grundlage für all unsere zukünftigen Modellierungsarbeiten zu schaffen. Unser Ziel war es, einen Versuchsplanungsansatz (DOE) zu verfolgen. Hierfür nutzten wir in der Regel ein benutzerdefiniertes Design in JMP mit einer Antwortfläche. Dieses war komplex genug, um die Formulierungen und Prozesse präzise abzubilden, aber nicht so komplex, dass es zu viel Zeit in Anspruch nahm oder für unsere Ingenieure weltweit unverständlich gewesen wäre.
Darauf aufbauend wollten wir die Kompetenzen unserer Ingenieure in Datenanalyse und Modellierung stärken, damit sie Erkenntnisse über die Rezepturen und Prozesse gewinnen können. Auch hier handelt es sich um eine einfache lineare Regression mit der Methode der kleinsten Quadrate. Wir wollten sicherstellen, dass unsere Modelle keine Multikollinearität aufweisen. Wenn wir eine effektive Temperatur messen, wollen wir hundertprozentig sicher sein, dass es sich tatsächlich um Temperatur handelt und nicht um ein Artefakt einer anderen Wechselwirkung. Das eigentliche Ziel dieses Vorhabens ist es, Experteningenieure auszubilden, die wertvolle technologische Erkenntnisse gewinnen können.
Wir gehen über kundenspezifische Designs und einfache Regressionsanalysen hinaus und wenden uns anderen Funktionalitäten wie Simulationen zu. Wir untersuchen beispielsweise, ob wir Produktspezifikationen simulieren können, indem wir Optimierungsfunktionen nutzen, um unsere Produkte hinsichtlich Chargenzykluszeit oder Kosten zu optimieren, und ob wir zu komplexeren Modellierungsmethoden übergehen können. Wir entfernen uns von der numerischen Modellierung der Viskosität und beginnen, andere Faktoren wie Schaum zu berücksichtigen.
Genau das ist uns gelungen. Ich werde Ihnen anhand einiger Fallstudien zeigen, wie wir überlegene Produkte entwickelt, Produkte mit einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis angeboten und unseren Kunden Einsparungen ermöglicht haben. Außerdem haben wir es geschafft, nachhaltige Produkte auf den Markt zu bringen – all diese drei Aspekte gleichzeitig. Das erste Beispiel zeigt ein Produkt, das zu den komplexesten gehört, die wir je entwickelt haben.
Alles begann mit der Charakterisierung mittels Versuchsplanung (DOE). Die Modellierung des Formulierungsraums half uns, ein tiefgreifendes Verständnis der Formulierung zu entwickeln. Auf dieser Grundlage können wir die Formulierung optimieren. Dies ist entscheidend, denn im Sinne unserer Vision einer sauberen Zukunft wollen wir unsere Formulierungen grundlegend verändern – nicht nur für Flüssigkeiten, sondern auch für Pulver, Gele, Kapseln, Cremes und Riegel. Wir müssen lernen, wie wir möglichst nachhaltige Formulierungen herstellen und diese mit hoher Leistung und einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis anbieten können. Deshalb ist die Charakterisierung so wichtig.
Dieses Produkt war sehr komplex, und wir mussten es produktionstechnisch umsetzen können. Daher haben wir eng mit den Produktionsteams zusammengearbeitet, um Produktionsdaten in unser Modell zu integrieren. So konnten wir simulieren, wie sich die Rezeptur in unseren Werken verhält. Dies schuf Vertrauen – nicht nur beim Rezeptur- und Prozessentwicklungsteam, sondern auch bei den Produktions- und Marketingteams. Dank der Ergebnisse unserer Modellierung konnten wir mehrere Millionen Euro an Investitionskosten einsparen.
Die aktuelle Situation ermöglicht es uns, die Risiken der Rezepturen bereits in der Entwicklungsphase – vor der Skalierung, im praktischen Einsatz und vor der Werksaufnahme – zu minimieren, da wir Vertrauen in die korrekte erste Skalierung von Produkten gewinnen können, die leistungsstärker und preiswerter sind als je zuvor. Dieses Produkt ist zu 100 % nachhaltig. Mithilfe von Versuchsplanung und Modellierung sind wir in der Lage, überlegene, preiswerte und nachhaltige Produkte herzustellen.
Das zweite Beispiel ist äußerst ähnlich. Es handelt sich um ein Produkt, das Sie wahrscheinlich sehr häufig verwenden. Es ist sehr bekannt. Auch hier haben wir zunächst nicht nur die Rezeptur, sondern auch den Herstellungsprozess charakterisiert. Die Untersuchung der Wechselwirkungen führte zu neuen Erkenntnissen – Erkenntnissen, die wir zuvor weder hinsichtlich der Rezeptur noch des Prozesses hatten.
Mit diesem Verständnis und diesem Modell konnten wir die Produktionszeit jeder einzelnen Charge im Werksmaßstab um 26 % reduzieren – eine Verkürzung der Chargenzykluszeit um 26 %. Das ist nicht nur eine Zeitersparnis, denn die eingesparte Zeit steht uns nun für die Herstellung anderer Produkte zur Verfügung – dieses Produkts und all unserer anderen Marken, die wir an unsere Kunden liefern. Wir schöpfen die Produktionskapazität unseres Werks voll aus und entwickeln unser Modell weiter. Neben der Chargenzykluszeit können wir nun auch Kosten und andere Qualitätsparameter einbeziehen, um mehrere Parameter gleichzeitig zu modellieren und zu analysieren.
Dies ermöglichte es uns, eine hohe Leistung beizubehalten, die Kosten zu senken – Einsparungen, die wir an unsere Kunden weitergeben können – und die Nachhaltigkeit unserer Produkte durch eine Reduzierung des Polymeranteils um 21 % zu verbessern. Polymere sind üblicherweise nicht biologisch abbaubar. So können wir erneut die Leistung aufrechterhalten, unseren Kunden einen hohen Mehrwert bieten und nachhaltige Produkte liefern – nicht nur für unsere Kunden, sondern auch für unseren Planeten.
Um einige wichtige Erkenntnisse aus unserer bisherigen Laufbahn zu teilen: Der Fokus auf hochwertige Projekte hat uns maßgeblich geholfen, die hier sichtbaren Geschäftserfolge zu erzielen. Dadurch konnten wir die relevanten Stakeholder für unseren digitalen Innovationsansatz gewinnen und diesen nicht nur in der Rezepturentwicklung, sondern auch in der Prozessentwicklung, der Lieferkette und anderen Teams ausbauen. Wir haben die Prozessentwicklung hinter uns gelassen und expandieren nun in diesem Bereich.
Zweitens trugen regelmäßige Präsentationen dazu bei, die gewonnenen Erkenntnisse – 20 % unserer Entwicklung – zu erhalten und die Wertschöpfung für das Unternehmen aufrechtzuerhalten. Durch die Erstellung und Durchführung dieser Präsentationen fiel es uns deutlich leichter, dieses Verständnis auch anderen Teams und Stakeholdern zu vermitteln. Dies förderte die Akzeptanz der Stakeholder.
Die dritte Erkenntnis ist, dass das individuelle Mentoring anfangs zwar eine enorme Ressourceninvestition darstellte, sich aber als mit Abstand wertvollste Maßnahme für uns erwies. Diese Investition in der Anfangsphase trug maßgeblich dazu bei, die Kompetenzen unserer Ingenieure schnell zu erweitern. Die professionelle Zusammenarbeit von Ingenieuren mit JMP half uns, den Fokus auf das Wesentliche in Bezug auf Formulierung, Prozess und Gesamtstrategie zu richten. All dies unterstreicht die Bedeutung des Prozesses, und langfristiges Engagement ist entscheidend für eine erfolgreiche Veränderung unserer Arbeitsweisen. Das geht nicht von heute auf morgen. Es ist ein langer Weg, der auch Opfer erfordert.
Ihre Produktivität ist anfangs etwas geringer, wenn Sie neue Tools erlernen und neue Arbeitsweisen ausprobieren. Auch Ihr Output ist zunächst niedriger. Die wirklichen Erfolge stellen sich jedoch ein, sobald die Produktivität steigt. Denn jede technische Erkenntnis, die Sie aus Ihren Modellen gewinnen, eröffnet neue Forschungsfelder und führt zu weiteren Erkenntnissen. Hier beginnt die Entwicklung eines zirkulären Innovationsprozesses. Genau diesen zirkulären Innovationsprozess wenden wir jetzt an – nicht nur in der Prozessentwicklung, sondern im gesamten Bereich der häuslichen Pflege.
Ich bin Ewan und habe Ihnen gerade gezeigt, wie wir bei Unilever eine aktive globale Community für einen digitalen Ansatz in Bezug auf Innovation und Nachhaltigkeit aufgebaut haben. Vielen Dank.
