Das aufstrebende industrielle Metaverse

Wie eine virtuelle Welt die Zukunft der Industrie verändern könnte.

Am 29. Oktober 2021, kurz nach der Umbenennung in Meta, lud das Unternehmen, das früher als Facebook bekannt war, eine 77-minütige Keynote auf YouTube hoch – Zuckerbergs Vision für das Metaverse. Die Kommentare waren abgeschaltet, aber die Reaktionen auf anderen Plattformen waren ungehindert. Die Bandbreite der kritischen Ansichten war so vielfältig wie die im Film gezeigten Avatare. Ein unattraktiver Weg, um Aktivitäten auszuführen, die besser auf anderen Plattformen erledigt werden könnten; eine unregulierte Grenze, die anfällig für Datenschutz- und Cybersicherheitsprobleme ist; eine Geldgrube; eine Ablenkung von echten Problemen; ein Weg zu ungesunden parasozialen Beziehungen. Doch im darauffolgenden Jahr machte sich Microsoft die gleiche Sprache zu eigen und präsentierte seine eigene Vision des industriellen Metaverse. Sollten wir genauso skeptisch sein wie Zuckerbergs Kritiker, oder laufen wir Gefahr, den nächsten grossen industriellen Trend zu übersehen? Lassen Sie es uns herausfinden.

Das industrielle Metaverse kann die Ingenieurswelt verändern.

Engineer using VR glasses in the metaverse.

Was verstehen wir unter dem „industriellen Metaverse“?

Wenn man an das Wort „industrielles Metaverse“ denkt, kommen einem vielleicht zuerst virtuelle Meetings auf einer Plattform wie Metas Horizon Worlds in den Sinn. Doch die direkte Kommunikation ist eigentlich eher eine Domäne des „Consumer Metaverse“, das auch Funktionen wie immersive Spiele, Shopping, Tourismus und mehr umfasst. Das Konzept des industriellen Metaverse hingegen ist das einer digitalen Umgebung, in der nicht nur virtuelle Gespräche stattfinden, sondern auch virtuelle Kopien von Maschinen und sogar ganze Fabriken. Vielleicht kennen Sie bereits die Schlüsseltechnologie, den digitalen Zwilling, sowie andere Bausteine des industriellen Metaversums wie Robotik, IoT, immersives Engineering Design oder Augmented oder Virtual Reality (AR/VR).

Es ist wichtig zu verstehen, dass das Metaverse mehr ist als eine 3D-Simulation. Wir können Objekte nicht nur mit einem VR-Headset in 3D betrachten oder eine AR-Brille aufsetzen und ein Heads-up-Display vor uns haben, sondern ein echtes Metaverse durchbricht die Grenzen zwischen der virtuellen und der physischen Welt mit Hilfe von Technologien wie „Mixed Reality“.

Mixed-Reality-Geräte (MR) ermöglichen es uns, ein virtuelles Objekt zu berühren und zu bewegen, das ein entsprechendes Objekt (z. B. eine Maschinenkomponente) in der realen Welt bewegt. Das industrielle Metaverse hebt nicht nur physische Barrieren auf, sondern ermöglicht auch einen nahtlosen Informationsfluss zwischen beiden Umgebungen, so als ob die beiden zu einer Einheit würden.

In der Praxis steckt das industrielle Metaverse noch in den Kinderschuhen. Es ist noch unklar, inwieweit sich das industrielle Metaverse zu einem gross angelegten digitalen Gegenstück zur realen Welt entwickeln wird – oder, vielmehr, welchen zusätzlichen Nutzen eine solche immersive virtuelle Umgebung bringen wird. Um diese Frage zu klären, ist es nützlich zu verstehen, wie sich das Metaverse in die breitere Landschaft einfügt.

Industrielles Metaverse vs. Industrie 4.0: Aufschlüsselung des Hypes

Schlagworte können im Zusammenhang mit der Einführung einer neuen Technologie das Wasser trüben, aber Industrie 4.0 und das industrielle Metaverse sind etablierte Begriffe, die sich auf unterschiedliche Konzepte beziehen. Während das industrielle Metaverse ein umfassendes und sich entwickelndes digitales Umfeld darstellt, ist Industrie 4.0 ein übergreifender Begriff, der das aufkommende Industriezeitalter oder die „vierte industrielle Revolution“ beschreibt. Somit ist das industrielle Metaverse ein Merkmal der Industrie 4.0-Ära. Es steht neben verwandten Industrie 4.0-Trends wie Big Data und Analytik, künstliche Intelligenz, Roboterautomatisierung, Internet der Dinge (IoT) und Cybersicherheit.

Das industrielle Metaverse ist nicht neu

Computergestütztes Design (Computer-aided Design, CAD) gibt es seit den 1950er Jahren, und CAM (Computer-aided Manufacture, d.h. computergestützte Fertigung) folgte bald darauf. 1982 prägte der Autor William Gibson den Begriff „Cyberspace“ als allgemeine Bezeichnung für die Internetumgebung, wobei das Metaverse als die nächste Generation des heutigen Cyberspace angesehen wird. Es ist also unzutreffend zu sagen, dass diese Technologie ohne Beispiel ist. Was jedoch neu ist, ist die Verknüpfung unserer digitalen und physischen Welten. Anstatt ein Produkt digital zu entwerfen und dann zu einem physischen Prototyp zu wechseln, können Informationen nun in beide Richtungen fließen. Prototypen können mit VR-Headsets oder AR-Brillen virtuell getestet werden, während physische Objekte gescannt und auf einem Computerbildschirm manipuliert werden können, wobei die Daten in Echtzeit aus der physischen Umgebung in die virtuelle übertragen werden.

Vielleicht haben Sie bereits andere Elemente des industriellen Metaverse an Ihrem Arbeitsplatz genutzt, ohne sich dessen bewusst zu sein. IoT-Geräte zur Überwachung von Umweltbedingungen, selbstfahrende Fahrzeuge, Robotik und 3D-Simulationen, die Daten aus der realen Welt nutzen, gibt es schon seit einiger Zeit. Wir beginnen jedoch erst jetzt, die Vorteile der Verknüpfung dieser Elemente zu erkunden.

Der digitale Zwilling und seine potenziellen Anwendungsfälle

Im Zentrum des industriellen Metaverse steht das Konzept des digitalen Zwillings. Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell, das ein Objekt in der realen Welt widerspiegelt und Ereignisdaten und andere Eingabedaten von diesem Objekt erfasst. Durch die Nutzung dieser Daten mit Hilfe von KI und anderer Software können wir eine Reihe von Anwendungsfällen in den Bereichen Planung, Echtzeitreaktion, Wartung, Optimierung, agile Produktentwicklung, Qualitätsverbesserung und mehr erschliessen.

In einem Offshore-Windpark werden beispielsweise Sensoren an den Turbinen angebracht, die die aktuelle Windgeschwindigkeit, Wellenhöhe, Vibrationen und mehr an den Kontrollraum übermitteln. Diese Daten werden dann in ein 3D-Modell eingespeist, das das Verhalten der Turbine in Echtzeit darstellt. Der digitale Zwilling erfasst nicht nur ein vollständiges Bild an einem Ort und erleichtert die Visualisierung, sondern ermöglicht den Ingenieuren auch die Durchführung von Simulationen und die Beantwortung komplexer Fragen, z. B. welche Teile früher als geplant ausgetauscht werden müssen, wenn die Häufigkeit von Stürmen im nächsten Jahrzehnt zunimmt. Anstatt Daten zu exportieren und umfangreiche manuelle Berechnungen durchzuführen, können solche Fragen durch einfaches Ändern einer Variablen und Ausführen einer Simulation beantwortet werden. Auf diese Weise ist es möglich, durch vorbeugende Wartung die Lebensdauer und Produktivität der gesamten Anlage zu verlängern.

Neben der Beantwortung von Fragen können digitale Zwillinge auch Erkenntnisse liefern, die proaktives Handeln erleichtern. In unserem Windpark-Szenario könnte ein Algorithmus für maschinelles Lernen Wetter- und Energiedaten aus den vergangenen Jahren und von mehreren Anlagen analysieren, um neue Korrelationen zwischen Wettermustern und Energiebedarf zu finden. Diese Erkenntnisse könnten automatisch zur Feinabstimmung der Anlageneinstellungen in Echtzeit genutzt werden.

Digitale Zwillinge in der Ausbildung: Ein weiterer potenzieller Anwendungsfall für die Industrie

Szenarien wie das oben beschriebene mögen wie ein Argument dafür klingen, unsere Autonomie und unser Denkvermögen an Maschinen abzugeben. Das ist jedoch nicht das Ziel. Vielmehr geht es darum, mühsame oder sich wiederholende Aufgaben auszulagern, damit wir uns auf anspruchsvollere Probleme konzentrieren und körperliche Risiken vermeiden können. Eine mögliche Anwendung ist die Ausbildung. Digitale Zwillinge können verwendet werden, um Mitarbeitende im Umgang mit schweren Maschinen zu schulen; Boeing zum Beispiel verwendet digitale Zwillinge seiner Flugzeugkomponenten, um die Arbeiter am Fliessband zu schulen. Dadurch können nicht nur Fehler gemacht werden, ohne dass dies Konsequenzen hat, sondern auch die Einarbeitungszeit verkürzt und die Bindung der Mitarbeitenden an das Unternehmen verbessert werden. Für potenzielle Arbeitskräfte kann es auch einfacher sein, sich einen Arbeitsplatz vorzustellen und zu erleben, bevor sie das Stellenangebot annehmen. Digitale Zwillinge können auch verwendet werden, um Fehlfunktionen von Anlagen und Unfälle zu simulieren: Die Vorhersage, welchen Weg Fabrikarbeiter nehmen werden, um einem Feuer zu entkommen, kann mit einer VR-Simulation viel einfacher sein.

Effizienteres Design und Prototyping: Wie das industrielle Metaverse die globale Fertigung verändern könnte

Wenn eine neue Fabrik gebaut wird, ist es nicht ungewöhnlich, dass die Arbeitnehmer sie anders nutzen, als von den Konstrukteuren vorgesehen. Es kann vorkommen, dass sie eine Abkürzung zwischen zwei Maschinen nehmen, anstatt dem vorgesehenen Weg zu folgen, und dabei Verletzungen und Schäden an der Ausrüstung riskieren. Das Testen des digitalen Zwillings eines vorgeschlagenen Layouts mit einer Vielzahl von Arbeitern könnte dazu beitragen, diese Risiken zu mindern und das ideale Layout zu ermitteln, um die Anzahl der Laufwege und manuellen Tätigkeiten zu minimieren. Neben den offensichtlichen Vorteilen für die Sicherheit kann dies auch zu erheblichen Produktivitätssteigerungen führen. Durch den Einsatz von digitalen Zwillingsprototypen konnte Siemens die Kapazität seines Werks in Nanjing nach eigenen Angaben um 200 % steigern.

Auf der Ebene des Produktdesigns können virtuelle Prototypen ohne den zeitlichen und finanziellen Aufwand des 3D-Drucks getestet werden, und es ist einfacher, Feedback von Personen an verschiedenen Standorten einzuholen. All dies führt zu einer geringeren Fehlerspanne in der Produktion, kürzeren Vorlaufzeiten und weniger Rücksendungen von Endverbrauchern.

Weitere bemerkenswerte Beispiele für digitale Zwillinge im Design sind der Einsatz von VR bei Boeing, um neue Flugzeugsitze und Gepäckfächer zu testen, und die digitalen Zwillingsstädte von Ericsson, die bei der Entscheidung über die Platzierung der 5G-Türme verwendet wurden. Digitale Zwillinge realer Städte werden auch von Herstellern autonomer Fahrzeuge eingesetzt, um ihre Fahrzeuge zu testen.

The industrial metaverse can help to reduce our carbon footprint.

Könnte uns das industrielle Metaverse dabei helfen, den Weg zu Netto-Null zu beschleunigen?

Die visuelle Neuartigkeit dieser neuen Technologien kann leicht dazu führen, dass einer ihrer grundlegendsten Vorteile übersehen wird: die Fähigkeit, uns dabei zu helfen, unseren CO2-Fußabdruck rasch zu verringern. Jedes Objekt, das simuliert werden kann, anstatt in der realen Welt hergestellt und transportiert zu werden, spart Kohlenstoffemissionen, Wasser und andere wichtige Ressourcen. Techniker im Außendienst können ein Problem aus der Ferne lösen, indem sie mit dem Bediener vor Ort durch einen digitalen Zwilling gehen. Für Büroangestellte könnten virtuelle Besprechungen noch produktiver werden als heute, da sie weniger reisen müssen. VR und räumliches Audio könnten beispielsweise dafür sorgen, dass Sie Ihre Kollegen in unterschiedlicher Lautstärke sprechen hören, je nachdem, in welche Richtung Sie schauen, während Sensoren an Ihren Fingern Ihre Handbewegungen erfassen könnten. Werden diese Technologien jemals in der Lage sein, ein persönliches Gespräch im wirklichen Leben exakt nachzubilden? Nein. Aber wie bei Telefongesprächen und Video wird sich der Kompromiss in immer mehr Szenarien lohnen.

Vielleicht wird es zum ersten Mal möglich sein, dieses wichtige Ziel mit einem fortschrittlicheren Produktdesign und niedrigeren Kosten in Einklang zu bringen, anstatt dass Nachhaltigkeit ein Kompromiss ist.

Herausforderungen, die wir bewältigen müssen

Natürlich ist das industrielle Metaverse, so wie es derzeit konzipiert ist, keine digitale Utopie. Das Konzept birgt viele Herausforderungen, nicht zuletzt, weil es von einem Ökosystem von Unternehmen und Verbrauchern gebildet wird und nicht von einer geschlossenen Plattform, die von einem einzigen Technologieunternehmen kontrolliert wird. Dies sind einige der Probleme, derer sich jeder bewusst sein sollte, der am industriellen Metaverse beteiligt ist.

Sicherheit

Die Möglichkeit, eine Anlage aus der Ferne zu steuern, eröffnet eine völlig neue Schnittstelle, die von Personen mit böswilligen Absichten genutzt werden könnte. So wie Industrieanlagen ein höheres Maß an Sicherheit erfordern als ein Einfamilienhaus, kann die Cybersicherheit auf Verbraucherebene für industrielle Anwendungen nicht ausreichend sein.

Schutz des geistigen Eigentums

Einem privaten Unternehmer würde es schwer fallen, bei einem Rundgang durch das Werk eines Konkurrenten heimlich Prototypen und Maschinen zu fotografieren. Der Zugang zu einem digitalen Zwilling könnte es jedoch einfacher machen, sensible Informationen mit einer einfachen Bildschirmaufnahme zu erfassen. Die Hersteller müssen Wege finden, um die Daten auf diejenigen zu beschränken, die sie benötigen, ohne die Nutzbarkeit eines digitalen Zwillings für alle anderen zu beeinträchtigen.

Interoperabilität

Nur wenige Menschen sind für ein Metaverse im Stil des Web 2.0, in dem nur ein Akteur herrscht. Ein Ökosystem mit vielen konkurrierenden Plattformen kann jedoch zu schwierig sein, wenn keine offenen Standards angewendet werden. Stellen Sie sich beispielsweise vor, Sie sind ein Hersteller, der einen virtuellen Prototyp eines neuen Bauteils entwickelt hat. Sie demonstrieren ihn einem Kunden und möchten ihn in den digitalen Zwilling seiner Fabrik importieren. Wenn beide IT-Konfigurationen unterschiedliche Standards haben, ist dies möglicherweise nicht möglich. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die Lösungen plattform- und hardwareunabhängig sind.

Veraltete Hardware/Software

Eine Fabrik voller intelligenter Sensoren und fortschrittlicher Robotertechnik erfordert eine extrem schnelle und stabile Internetverbindung. Auch die Latenzzeit ist bei der Fernverwaltung von Anlagen von entscheidender Bedeutung. Aus diesen Gründen müssen Unternehmen möglicherweise stark in Upgrades für 5G-Netzwerke und Wi-Fi 6-Geräte investieren. Edge-Computing-Geräte, die Daten dort erfassen, verarbeiten und analysieren, wo sie entstehen (z. B. auf einer Windturbine), werden wahrscheinlich eine entscheidende Komponente sein.

Skeuomorphismus

Als der Wandkalender auf ein digitales Format umgestellt wurde, behielten die Entwickler das Format bei, bei dem ein ganzer Monat auf einer Seite angezeigt wird. Auch wenn wir dies gewohnt sind, ist es nicht die beste Art, die Zukunft zu visualisieren, wenn wir uns den letzten Tagen des Monats nähern. Bei der Gestaltung digitaler Zwillinge sollten wir die gleichen Fallstricke beachten. Ist es notwendig, jedes Objekt in 3D nachzubilden, oder könnten einige Funktionen ablenkend und überflüssig sein? Ist es wichtig, einen Ganzkörper-Avatar zu haben, oder ist es einfacher, mit einem Kollegen in Kontakt zu treten, wenn man nur seine Stimme hören kann?

Inklusion

Die Ergebnisse variieren zwar, aber es scheint, dass eine große Anzahl von Menschen an Reisekrankheit leidet, wenn sie ein VR-Gerät länger als 15 Minuten benutzen. Bei der Entwicklung immersiver Erlebnisse müssen wir dafür sorgen, dass sie für so viele Menschen wie möglich zugänglich und angenehm sind. Dazu gehören auch Anpassungen für Benutzer, die hör- oder sehbehindert sind oder Schwierigkeiten mit der Bewegung haben.

Zusammenfassung

Die vielfältigen kritischen Reaktionen auf Meta und seine Vision des Metaverse für Verbraucher spiegeln das enorme Umwälzungspotenzial dieser Technologie wider. Auch im industriellen Kontext haben wir gesehen, dass diese Entwicklung nicht ohne Probleme und Herausforderungen ist. Auf der anderen Seite könnte sie große Vorteile in Form von Interaktivität, Effizienz und dem Potenzial, die Zusammenarbeit zu nutzen, bieten. Das Potenzial zur Erreichung der Kohlenstoffreduktionsziele ist allein schon ein Grund, das industrielle Metaverse ernst zu nehmen, ganz zu schweigen von der seltenen Gelegenheit, gleichzeitig Produktivitätssteigerungen, Kostensenkungen und Produktinnovationen zu erzielen. Aus diesen Gründen planen viele Hersteller beträchtliche Investitionen in diesem Bereich oder haben sie bereits getätigt. In den kommenden Jahren wird sich zeigen, ob das industrielle Metaverse auf globaler Ebene verwirklicht wird.

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