Das Industrielle 5G-Ökosystem

POSITION I DIGITALISIERUNG I DIGITALE INFRASTRUKTUR

Das Industrielle 5G-Ökosystem Potenziale der deutschen Industrie

Oktober 2019 Executive Summary Die deutsche Industrie ist führend in der Entwicklung komplexer Produktionstechnik sowie innovativer 23. Oktober 2017 und kundenorientierter Geschäftsmodelle. Diese Stärke kombiniert mit den Möglichkeiten der digitalen Vernetzung wird Deutschland einen entscheidenden Vorsprung im internationalen Standortwettbewerb verschaffen. Um die Vorreiterrolle zu sichern und auszubauen, muss Deutschland dem Anspruch eines Leitmarktes und Leitanbieters von 5G gerecht werden. Grundvoraussetzung hierzu ist ein sicheres, souveränes, vertrauenswürdiges und verlässliches 5G-Ökosystem, in dem Anwenderindustrien im engen Zusammenwirken mit der Telekommunikationsbranche, der Politik, der Wissenschaft und der Gesellschaft ihr volles Potenzial entfalten und sich die besten Lösungen und Standards dieser Anwendungen durchsetzen. Dabei muss es der deutschen Industrie gelingen, Synergien über einzelne Branchen hinweg zu generieren. Ausgehend von performanten Infrastrukturen hat Deutschland jetzt die Chance, die Erfolgsgeschichte Industrie 4.0 weiterzuschreiben.

Gelingt das Zusammenwirken von 5G und Industrie 4.0, so können die gewonnenen Erkenntnisse in weiteren Branchen angewendet werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die Politik gezielt innovations- und investitionsfreundliche Rahmenbedingungen schafft, die die Anschlussfähigkeit anderer Sektoren an das 5G-Ökosystem sicherstellen. Somit wird 5G ein Hebel zur erfolgreichen Digitalisierung der deutschen Wirtschaft insgesamt. Die wichtigsten Prinzipien für ein erfolgreiches Industrielles 5G-Ökosytem lauten: ▪

Weniger Aktionismus und mehr Strategie wagen

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Hohe Sicherheitsstandards für 5G gewährleisten

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Rahmenbedingungen für Netzinvestitionen sicherstellen

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Gesellschaftliche Akzeptanz für den Netzausbau fördern

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Den deutschen Mittelstand stärken

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Startup-Kultur etablieren und ausbauen

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Technologietransfer-Institutionen stärken

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Wege für neue Berufsbilder ebnen

Carolin Proft | Abteilung Digitalisierung und Innovation | www.bdi.eu

Das Industrielle 5G-Ökosystem

1. Das 5G-Ökosystem in Deutschland Beschreibung eines Industriellen 5G-Ökosystems Der Begriff des Industriellen 5G-Ökosystems ist gegenwärtig noch nicht eindeutig definiert. Er beschreibt vielmehr eine Zielvorstellung bei der Strukturelemente, Akteure und Schnittstellen in und zwischen den Unternehmen so angelegt sind, dass ein optimales Zusammenwirken mit Wissenschaft, Politik und Gesellschaft sichergestellt ist.

Quelle: BDI

Die Infrastruktur Die erhöhte Leistungsfähigkeit des neuen Mobilfunkstandards 5G1 eröffnet der Industrie neue Anwendungsmöglichkeiten auf digitaler Basis. Dabei spielen sowohl öffentliche Netze, private Campusnetze als auch deren Kombination eine wesentliche Rolle. Derartige unternehmensspezifische Lösungen lassen sich individuell vom jeweiligen Industriepartner, TK-Netzbetreibern oder spezialisierten Dienstleistern realisieren. Unabhängig der gewählten Netzarchitektur aber muss sich jede Lösung durch ein verlässliches und sicheres Netzmanagement auszeichnen. Dies gilt umso mehr in den Fällen, in denen Lösungen in KRITIS-Sektoren realisiert werden. Aus den aktuellen Arbeiten einzelner Gremien, wie z. B. der 5G ACIA (5G-Alliance for Connected Industries and Automation) 2 und der 5G-Fokusgruppe des Digitalgipfels3, wird deutlich, dass sowohl die Hardware- als auch die Softwarekomponenten für ein funktionierendes 5G-Ökosystem bereits entwickelt werden und teilweise schon dem Markt zur Verfügung stehen. Chips, Endgeräte und spezifische Softwareelemente sind laut Hersteller einsatzfähig.

In der weiteren Entwicklung wird es daher darauf ankommen, den Wettbewerbsvorteil aus den Anwendungen heraus zu generieren.

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Datenraten (bis zu 10 GB/s), Latenz (<1ms bis <=10ms), Zuverlässigkeit (99,9999%), hohe Sicherheitsstandards und die Vernetzung von Geräten 2 https://www.5g-acia.org/publications/5g-non-public-networks-for-industrial-scenarios-white-paper/ 3 https://plattform-digitale-netze.de/app/uploads/2019/02/5G-Anwendermodelle-f%C3%BCr-Industrielle-Kommunikation.pdf

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Die Bestandteile, Akteure und Prozesse Die zentralen Akteure und Bestandteile im Industriellen 5G-Ökosystem lassen sich, ausgehend von der Infrastruktur, entlang der industriellen Wertschöpfungskette und ihrer Prozesse definieren: Zulieferer, vernetzte Maschinen und Produkte, interne Unternehmensprozesse, Menschen im Unternehmen sowie der Kunde bilden das Industrielle Ökosystem ab. In all diesem eingebettet muss die Politik, gemeinsam mit Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft entsprechende Rahmenbedingungen schaffen, um ein funktionales 5G-Ökosystem auszubauen.

2. Vorreiterrolle der deutschen Industrie im 5G-Ökosystem Während die deutschen wie internationalen Unternehmen den Auf- und Ausbau der Hardware- und Softwarekomponenten in Begleitung von wissenschaftlichen Instituten bereits aktiv vorantreiben, besitzt die deutsche Industrie vor allem mit der Fähigkeit, hochkomplexe industrielle Produktions- und Dienstleistungssysteme vernetzt einzusetzen, ein Alleinstellungsmerkmal. Neben den daraus resultierenden Stärken ergeben sich mit neuen disruptiven Technologien auch Herausforderungen, die es im Zuge der Implementierung und Vorbereitung von Anwendungen rund um 5G zu beachten gilt. Die nachfolgende Darstellung hebt die Potenziale, die gleichermaßen aus den Stärken wie aus den Schwächen erwachsen, der Industrie 4.0 in Verbindung mit 5G hervor.

Stärken und mögliche Potenziale ▪

Erfolgsmodell Industrie 4.0: Die Konnektivität an der Maschine, die erhöhte Produktivität und die gesteigerte Ressourceneffizienz sind Errungenschaften von Industrie 4.0. Die Verknüpfung von Standards der Industrie 4.0 und die Leistungsfähigkeit von 5G wird diese Entwicklung positiv beschleunigen. Das Entwickeln von Industrie- und Diensteplattformen muss dabei ein Kernanliegen der Industrie sein.

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Starke internationale Märkte: Deutsche Unternehmen sind der Treiber in Effizienz und nehmen einen Spitzenplatz in internationalen Märkten ein. Über bestehende und neue Partnerschaften müssen digitale Lösungen und Geschäftsmodelle entwickelt, ausgebaut und skaliert werden.

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Zentrale Branchen: Die deutsche Industrie ist stark in zentralen Sektoren. Von der Automobilbranche, über die Chemie- und Elektroindustrie, bis hin zum Maschinenbau: Mit der Weiterentwicklung von 5G müssen Kerntechniken, Kerndienste, Kernanwendungen mithilfe der neuen Technologie ausgebaut werden.

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Starker Mittelstand: Mit 5G entstehen neue Konzepte, die – von der Großindustrie ausgehend – passgenau auf den Mittelstand übertragen werden müssen. Zeitgleich müssen innovative digitale Lösungen und Geschäftsmodelle über den Mittelstand in die Industrie übertragen werden können.

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Enge Kundenbindung: Darüber hinaus zeichnet sich die deutsche Industrie durch enge Kundenbeziehungen aus. 5G ermöglicht ein höheres Werteversprechen für den Nutzer. Auch hier spielen intelligente Dienste und Plattformen eine zentrale Rolle.

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Schwächen und mögliche Potenziale ▪

Spielraum im Umsetzen von Innovationen: Der Erfolg eines 5G-Ökosystems basiert auch auf einem Erfahrungsaustausch zwischen den Wertschöpfungspartnern. Zum Teil fehlende Kooperationen und eine geringe Fehlertoleranz beeinträchtigen jedoch große wie kleine Unternehmen in ihren Handlungsspielräumen. Ausgewählte nationale und internationale Partnerschaften, vor allem auch mit Startups, können erhebliche Lernkurven mit sich bringen und das Innovationspotenzial deutlich stärken.

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Ausbaufähige Startup-Kultur und fehlendes Risikokapital: Innovative Startups sind Treibstoff des Strukturwandels und Teil unserer technologischen Wettbewerbsfähigkeit. Noch mangelt es im Industriestandort Deutschland an ausgeprägter Gründungskultur und privatem Wagniskapital, v. a. für die Wachstumsphase von Jungunternehmen. Mit Blick auf die neue 5GTechnologie entsteht ein enormes volkswirtschaftliches Potenzial, neue Geschäftsmodelle voranzutreiben. Erste Startups haben bereits Anwendungen für den zukünftigen Mobilfunkstandard entwickelt, weitere können und sollten folgen.

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Tendenz zu closed shops: Neueste Erkenntnisse aus Entwicklung und Forschung werden oft noch in Silos behandelt und selten branchenübergreifend weitergegeben. Offenheit und Transparenz durch vereinheitlichte, sektorübergreifende Konnektivität und letztendlich auch Vertrauen müssen Grundvoraussetzung für Unternehmen aller Branchen sein.

3. Ausgewählte Anwendungsfelder Der Erfolg oder Misserfolg des 5G-Ökosystems für industrielle Anwendungen wird auch dadurch mitentschieden werden, ob es uns gelingt, skalierbare Sicherheitslösungen auch jenseits der Infrastrukturebene, Standards und Anknüpfungspunkte an die Potenziale des Anwendungsfeldes Industrie 4.0 zu generieren und zu implementieren. Sofern weitere Branchen sich diesen Entwicklungen annehmen und eine Anknüpfungsfähigkeit herstellen, werden nicht nur die Produktion, sondern auch andere Sektoren von 5G profitieren. Dabei ist das Einbinden von Künstlicher Intelligenz elementarer Bestandteil.

Automobilindustrie Vernetztes und autonomes Fahren (neue Mobilitätsdienstleister) 5G wird durch eine noch schnellere und sichere Vernetzung von Verkehrssystemen neue Anwendungen in der Automobilindustrie ermöglichen. In Zukunft sollen selbstfahrende Fahrzeuge nicht nur autonom Entscheidungen treffen, sondern auch untereinander kommunizieren und kooperieren. Somit erhält das vorausschauende Fahren eine ungeahnte neue Dimension. Das dadurch entstehende vernetzte und intelligente Verkehrssystem Straße ermöglicht erst das intelligente und automatisierte Fahren und eine reibungslose intermodale Verkehrssteuerung. Es wird positive Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit haben und letztendlich auch das persönliche Fahrerlebnis (B2C) verbessern. Dies wird dann auch Auswirkungen auf andere Industriezweige wie z. B. Logistik (B2B) haben.

Eine der Grundlagen für vernetztes Fahren sind schnelle und zuverlässige Kommunikationsnetze unter Einsatz von 4G- und 5G-Technologien. Die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen selbst und zu den einzelnen zukünftig vernetzten Bestandteilen der Verkehrsinfrastruktur ist dabei zentraler Bestandteil. Die Herausforderung besteht u. a. darin, dass unterschiedliche Anwendungen (z. B. Routen-

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planung, Telematic etc.) unterschiedliche Anforderungen an die Funknetze stellen, die es entsprechend zu managen gilt. Für sicherheitsrelevante Aspekte kann künftiges 5G zusätzlichen Nutzen bringen.

Fertigung und Produktion in der Fabrik Wettbewerbsfähige Automobilfabriken der Zukunft wandeln sich von einer statischen und sequenziellen Produktion zu einem zeitlich und räumlich flexibel und modular aufgebauten Produktionssystem, um auf volatile Marktanforderungen angemessen reagieren zu können. Um dem Rechnung zu tragen, werden mobile Produktionsanlagen nötig sein, deren Basis drahtlos sein muss. Für die Automobilindustrie ist dabei die Nutzung lokaler Campusnetze von zentraler Bedeutung, um somit der Dynamik des Marktes entgegnen zu können.

Maschinen- und Anlagenbau Maschinen- und Anlagenbauer erhalten ihre Wettbewerbsfähigkeit, indem sie ihre Maschinen 5Gready herstellen und diese somit als Produktionsmittel mit einer 5G-Schnittstelle ausrüsten. Darüber hinaus wird im Maschinen- und Anlagenbau die Produktion mittels der 5G-Vernetzung flexibilisiert und effizienter ausgestaltet. Somit entstehen zum Beispiel eine bessere Vernetzung fahrerloser Transportsysteme oder vernetzte mobile Assistenzsysteme (AR/VR-Systeme). Die Möglichkeit der Nutzung lokaler Campusnetze wird Innovationen im Bereich der Anwendung von 5G im Maschinen- und Anlagenbau beflügeln und die Verschmelzung der Domänen Funktechnologie und Maschinenbau beschleunigen.

Industrielle Landwirtschaft Die neue Netzwerktechnologie 5G verbessert die Informationsübertragung von dezentralen Sensoren.

5G erleichtert damit die Automatisierung landwirtschaftlicher Standardprozesse. Aufgrund der verbesserten Effizienz in diversen Bereichen der landwirtschaftlichen Betriebe wird es in der Folge unter anderem möglich sein, mehr Lebensmittel zu erzeugen.

Chemische Industrie Die Digitalisierung von Produktionsanalagen wird mit 5G vorangetrieben. Unzählige Sensoren und Aktoren können somit schneller und ohne Verzögerung kommunizieren.

Für die Chemie- und Pharmaindustrie sind unter anderem die lokalen Netze von großem Interesse.

Diese ermöglichen es Unternehmen, über eigene campusbezogene Lösungen volle Kontrolle über das eigene Netz zu haben. Dadurch ist es möglich, diese lokalen Netze flexibel auszubauen und die Reichweite sensibler Prozessdaten auf das Campusgelände zu begrenzen.

Elektroindustrie Industrie 4.0 Die Unternehmen der Elektroindustrie sind zum einen Hersteller von 5G-Produkten, die für die industrielle Produktion genutzt werden. Und zum anderen wird 5G in der Produktion sämtlicher Teilbranchen der Elektroindustrie zum Einsatz kommen. Mit der industrietauglichen 5G-Technologie wird die Ver-

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netzung in und zwischen Produktionsanlagen, vom Lieferanten bis hin zum Kunden, zukünftig effizienter gestaltet werden. Lokale Campusnetze sind dabei ein zentraler Bestandteil, um die hohen Anforderungen an eine Industrie 4.0-kompatible Kommunikation adäquat adressieren zu können und Innovationen zu heben.

Programme Making and Special Events (PMSE) 5G wird auch in der Veranstaltungstechnik bzw. der Kultur- und Kreativwirtschaft (z. B. bei Großveranstaltungen, Konzerten oder im Theater) eine wichtige Rolle spielen. Lokale Campusnetze sind auch hier Grundlage für neue, innovative Geschäftsmodelle.

4. Forderungen der deutschen Industrie Das 5G-Ökosystem wird maßgeblich die Zukunfts- und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie im globalen Kontext bestimmen. Dabei spielen die wirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen, in welche die Akteure und die Infrastruktur eingebettet sind, eine entscheidende Rolle. Die gesamte deutsche Industrie – anwendende Industrieunternehmen und Telekommunikationsanbieter – ist bereit, die bevorstehenden Herausforderungen gemeinsam anzugehen. Dazu braucht es kräftigen Rückenwind aus der Politik. Die wichtigsten Prinzipien für ein verlässliches, souveränes und sicheres 5G-Ökosystem lauten: ▪

Weniger Aktionismus und mehr Strategie wagen: Mit Blick auf die Komplexität des 5GÖkosystems, der damit einhergehenden Anforderungen an die Netze sowie internationalen Wettbewerbsdruck kann nur ein schlüssiges Gesamtkonzept der Bundesregierung, welches innovative Freiräume für die Unternehmen schafft, echte Fortschritte erzielen. Hierzu braucht es mehr Koordinierung und den unbedingten Willen einer engen Abstimmung zwischen den Ressorts.

Darauf aufbauend muss die Politik zudem im engen Schulterschluss mit Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft: ▪

Hohe Sicherheitsstandards für 5G gewährleisten: Um langfristig die Sicherheit von Netzen, vernetzter Anlagen und Dienste zu gewährleisten, müssen gleich hohe Kriterien für alle Betreiber von 5G-Infrastrukturen gelten4. Auch sollten Hersteller von entsprechenden Hard- und Softwarekomponenten der Netzinfrastruktur in diese regulatorische Betrachtung mit eingebunden werden5. Europaweit müssen einheitliche / harmonisierte Sicherheitsstandards zügig weiterentwickelt werden. Zudem sollten ausreichend Ressourcen zur Zertifizierung und Überprüfung kritisch eingestufter Technologien zur Verfügung stehen. Falls festgeschriebene Standards nicht eingehalten werden, bedarf es entsprechender Maßnahmen seitens des Regulierers. In all diesen Betrachtungen müssen darüber hinaus auch die Anbieter von Hard- und Softwarelösungen, die an die 5G-Netzinfrastruktur angeschlossen sind, nach einem risikobasierten Ansatz in die Sicherheitsüberlegungen einbezogen werden 6.

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Siehe weiterführende Forderungen BDI-Stellungnahme zum Vorschlag der BNetzA zum Katalog von Sicherheitsanforderungen §109 TKG (April 2019) 5 Siehe weiterführende Forderungen BDI-Position „Daten-, Dienste-, und Netzsicherheit im Bereich 5G“ (Februar 2019) 6 Siehe weiterführende Forderungen BDI-Position „Konsistente Cyber-Regulierung für Europa“ (Oktober 2019)

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Rahmenbedingungen für Netzinvestitionen sicherstellen: Wettbewerb ist eine Antriebsfeder für Innovationen und Spitzenleistungen. Gleichzeitig müssen sich die Investitionen in die digitale Infrastruktur in Deutschland für Netzbetreiber und Investoren lohnen. Faire Bedingungen, Planungssicherheit und die Minimierung von Investitionsrisiken können dies sicherstellen.

Für den Ausbau von öffentlichen Fest- und Mobilfunknetzen bedeutet dies, die Genehmigungsverfahren zu vereinfachen und Genehmigungszeiten erheblich zu beschleunigen. Darüber hinaus sollten öffentliche Liegenschaften idealerweise unentgeltlich für den Auf- und Ausbau der Mobilfunkstandorte bereitgestellt werden. Für den Aufbau lokaler Campusnetze sind Rahmenbedingungen zu schaffen, welche Investitionen und Innovationen beflügeln. Für die Frequenznutzer müssen unter anderem die Antragsverfahren umsetzbar und die Nutzung des Spektrums planbar sein.

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Gesellschaftliche Akzeptanz für den Netzausbau fördern: Die Telekommunikationsbranche, die Anwenderindustrie, die Politik und die Wissenschaft müssen im engen Schulterschluss den gesamtgesellschaftlichen Nutzen von 5G frühzeitig herausstellen und diesen bürgernah kommunizieren. Sachliche Argumente sollten durch öffentlichkeitswirksame Veranstaltungsformate sowie durch bürgernahe Dialoge auf regionaler Ebene kommuniziert werden, um falsche Fakten, Vorurteile und Mythen aus dem Weg zu räumen.

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Den deutschen Mittelstand stärken: Die Chancen und Potenziale eines 5G-Ökosystems müssen an den Mittelstand kommuniziert werden. Dabei gilt es, die Einzigartigkeit der Vernetzung in Deutschland zwischen Mittelstand und Großindustrie herauszustellen und zu nutzen.

Die Potenziale von 5G und Digitalisierung sind für den Mittelstand eine Chance, gemeinsam mit den Erstnutzern von industriellem 5G neue, innovative, nicht proprietäre Industriestandards und darauf angepasste 5G-Komponenten zu entwickeln. Dies kann zu einem globalen Wettbewerbsvorteil für die deutsche Industrie werden.

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Startup-Kultur etablieren und ausbauen: Unternehmerisches Scheitern ist in Deutschland nach wie vor mit einem Stigma behaftet. Deutschland muss als Investitionsstandort für privates Wagniskapital attraktiver werden. Für eine effektive Finanzierung sind steuerliche, rechtliche und regulatorische Hürden abzubauen.

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Technologietransfer-Institutionen stärken: Universitäten und öffentliche Forschungseinrichtungen sind zentrale Partner in der Weiterentwicklung von 5G-Anwendungen. Eine engere Kooperation zwischen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft muss die Leitplanke für zukünftige Maßnahmen abbilden.

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Wege für neue Berufsbilder ebnen: Neue Ausbildungsprogramme, Weiterbildungsmaßnahmen und Umschulungen müssen länderübergreifend koordiniert, erprobt und umgesetzt werden.

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Über den BDI Der BDI transportiert die Interessen der deutschen Industrie an die politisch Verantwortlichen. Damit unterstützt er die Unternehmen im globalen Wettbewerb. Er verfügt über ein weit verzweigtes Netzwerk in Deutschland und Europa, auf allen wichtigen Märkten und in internationalen Organisationen. Der BDI sorgt für die politische Flankierung internationaler Markterschließung. Und er bietet Informationen und wirtschaftspolitische Beratung für alle industrierelevanten Themen. Der BDI ist die Spitzenorganisation der deutschen Industrie und der industrienahen Dienstleister. Er spricht für 39 Branchenverbände und mehr als 100.000 Unternehmen mit rund 8 Mio. Beschäftigten. Die Mitgliedschaft ist freiwillig. 15 Landesvertretungen vertreten die Interessen der Wirtschaft auf regionaler Ebene.

Impressum Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. (BDI) Breite Straße 29, 10178 Berlin www.bdi.eu T: +49 30 2028-0

Redaktion Carolin Proft T: +49 30 2028-1529 c.proft@bdi.eu Dokumentnummer: D 1095

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