Echte digitale Zusammenarbeit ist kollaborativ, immersiv und transformativ

Immersive Engineering und kollaborative Zusammenarbeit im industriellen Metaverse: Eine transformative Symbiose

Die Verbindung von Immersive Engineering, kollaborativen Arbeitsmethoden und Metaverse-Technologien revolutioniert die industrielle Produktentwicklung und Fertigung. Während das allgemeine Metaverse noch nach kommerzieller Tragfähigkeit sucht, nimmt das industrielle Metaverse eine Vorreiterrolle als Innovationstreiber in der Realwirtschaft ein. Dieser Bericht beleuchtet die technologischen, organisatorischen und ökonomischen Auswirkungen dieser Entwicklung anhand aktueller Forschungsprojekte und Industrieinitiativen.

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Technologische Grundlagen des Immersive Engineering im industriellen Metaverse

Vernetzte XR-Umgebungen als Basis

Moderne Extended Reality (XR)-Technologien wie Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) bilden die technologische Grundlage für immersive Engineering-Prozesse. Neue Entwicklungen wie die INSTANCE-Initiative des Fraunhofer IAO ersetzen traditionelle VR-Brillen durch hochauflösende Projektionssysteme, Echtzeit-Grafikarchitekturen und präzise Trackingsysteme. Diese Systeme ermöglichen Teams an verschiedenen Standorten, simultan mit identischen virtuellen Prototypen zu interagieren.

Eine bedeutende Innovation ist die CAVE-Technologie (Cave Automatic Virtual Environment), bei der leistungsstarke 4K-Projektionen mit 360°-Tracking kombiniert werden. Im Zentrum für Virtuelles Engineering verbessert diese Technologie die Immersion deutlich gegenüber herkömmlichen Head-Mounted-Displays und ermöglicht eine nahtlose Integration in bestehende Entwicklungsumgebungen.

Integration von CAD/PLM-Systemen mit XR-Schnittstellen

Ein entscheidender Erfolgsfaktor ist die Verknüpfung von Autorensystemen wie CAD (Computer-Aided Design) und CAE (Computer-Aided Engineering) mit den virtuellen Umgebungen. Systeme wie Siemens‘ NX Immersive Designer demonstrieren, wie parametrische 3D-Modelle nahtlos in Mixed-Reality-Brillen übertragen werden. Designänderungen lassen sich in Echtzeit in das Product Lifecycle Management (PLM)-System zurückspeichern, wodurch Medienbrüche eliminiert und Entwicklungsprozesse beschleunigt werden.

Fortschritte in physikalisch akkuraten Simulationen

Dank fortschrittlicher Ray-Tracing-Engines und Physiksimulationen können Materialeigenschaften, Strömungsverhalten und mechanische Belastungen realistisch dargestellt werden. NVIDIA Omniverse ermöglicht GPU-beschleunigte Multiphysik-Simulationen, die bis zu 40 % schnellere Iterationszyklen bieten. Systeme wie Holo-Lights AR3S erlauben Finite-Elemente-Analysen in Augmented Reality, sodass Berechnungsergebnisse direkt auf physischen Prototypen visualisiert werden können.

Kollaborative Arbeitsmodelle im industriellen Metaverse

Multimodale Interaktionsmethoden

Moderne XR-Systeme kombinieren Sprachsteuerung, Gestenerkennung und haptisches Feedback für eine intuitive Bedienung. Die Integration von 6DoF-Controllern (6 Degrees of Freedom) in Siemens‘ Partnerschaft mit Sony verbessert die Präzision bei der Manipulation virtueller Baugruppen. Eye-Tracking-Systeme analysieren die Aufmerksamkeitsverteilung in Designteams, wodurch sich die Einarbeitungszeit um bis zu 60 % gegenüber traditionellen VR-Interfaces verringert.

KI-gestützte Avatare für asynchrone Kollaboration

Künstliche Intelligenz ermöglicht es, digitale Zwillinge von Teammitgliedern zu erstellen, die Interaktionen protokollieren und auf Basis von Verlaufsdaten Entscheidungsempfehlungen generieren. AVEVAs Forschungen zeigen, dass solche KI-Avatare die Effizienz interkontinentaler Entwicklungsprojekte um 35 % steigern, indem sie Zeit- und Kulturunterschiede überbrücken.

Intelligente Wissensdatenbanken

Integrierte Wissensgraphen verbinden CAD-Modelle mit Normen, Materialdatenblättern und historischen Projektinformationen. Unternehmen wie DXC Technology nutzen Metaverse-Umgebungen, um diese Daten als holographische Overlays kontextsensitiv bereitzustellen. Machine-Learning-Algorithmen schlagen relevante Informationen proaktiv vor und reduzieren Fehlerquoten in Design-Reviews um 28 %.

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Ökonomische Implikationen und Marktentwicklung

Marktprognosen und Investitionsstrategien

Analysen prognostizieren ein jährliches Wachstum des industriellen Metaverse-Marktes von 32,05 % bis 2034. Deloitte identifiziert drei Hauptinvestitionsfelder: 45 % der Unternehmen setzen auf digitale Zwillinge, 30 % auf KI-gestützte Kollaborationstools und 25 % entwickeln eigene XR-Ökosysteme. Durch Technologie-Sharing können Unternehmen wie Siemens und Sony Entwicklungskosten um bis zu 40 % senken.

Return on Investment (ROI)

Virtuelle Prototypisierung verringert physische Testzyklen um durchschnittlich 62 %, während simultane multidisziplinäre Reviews die Markteinfuhrzeit um 35 % verkürzen. Unternehmen wie Igus sparen jährlich 780.000 € durch virtualisierte Automatisierungstests und reduzieren Reisekosten um 89 %.

Neue Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten

Metaverse-as-a-Service-Plattformen entstehen, die Pay-per-Use-Zugang zu High-End-Simulationsressourcen bieten. Holo-Light ermöglicht es Unternehmen, Supercomputing-Ressourcen für 0,12 € pro GPU-Stunde zu nutzen, wodurch der Mittelstand neue Potenziale erschließen kann.

Herausforderungen und Erfolgsfaktoren

Interoperabilität und Standardisierung

Die Vielfalt der XR-Formate erfordert Standardisierungsinitiativen. Das Fraunhofer IAO entwickelt mit OpenXRT einen Standard, der Dateiformate und Tracking-Protokolle vereinheitlicht. Erste Tests zeigen eine 70 % Reduktion von Datenkonvertierungszeiten bei gleichzeitiger Verbesserung der Modellgenauigkeit um 92 %.

Sicherheit und Datenschutz

Blockchain-Technologien wie Siemens‘ Industrial Data Space ermöglichen eine sichere Übertragung sensibler Konstruktionsdaten. Verschlüsselte Datentoken bieten temporäre Zugriffsrechte für Partner, ohne das zentrale PLM-System zu gefährden.

Qualifikationsentwicklung und Change Management

XR-gestützte Trainingsprogramme vermitteln technische und kollaborative Kompetenzen. Gamification steigert die Abschlussquote solcher Schulungen auf 89 % im Vergleich zu 67 % bei traditionellen Methoden.

Zukunftsperspektiven

Neuroadaptive XR-Systeme

Forschungen zu Brain-Computer-Interfaces (BCI) versprechen eine Integration kognitiver Signale in Designprozesse. Erste Prototypen lesen EEG-Daten aus, um Stresslevel in Meetings zu erkennen und Lichtverhältnisse anzupassen.

Quantencomputing für Simulationen

Die ETH Zürich testet Quantenalgorithmen zur Strömungsanalyse, die Berechnungszeiten von Wochen auf Minuten verkürzen könnten.

Nachhaltigkeit durch virtuelle Fabriken

Digitale Zwillinge optimieren Produktionsanlagen energieeffizient. Simulationen reduzieren den Energieverbrauch um 23 %, während KI-gestützte Logistikplanung CO2-Emissionen um 18 % senkt.

Immersive Engineering im industriellen Metaverse ist kein Zukunftstraum, sondern ein entscheidender Innovationsfaktor. Unternehmen sollten gezielte Implementierungsstrategien, offene Ökosysteme und interdisziplinäre Kompetenzzentren fördern, um die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.

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Optimierte Prozesse durch immersive Technologien: Innovation neu gedacht

Die rasante Entwicklung von immersiven Technologien, kollaborativen Arbeitsansätzen und der Digitalisierung in Form des industriellen Metaverse eröffnet Unternehmen völlig neue Perspektiven in der Produktentwicklung und Fertigung. Diese moderne Herangehensweise an das Engineering führt nicht nur zu einer deutlichen Beschleunigung von Entwicklungszyklen, sondern bietet auch die Möglichkeit, Design- und Fertigungsprozesse ganzheitlich zu optimieren. In diesem Kontext wird deutlich, dass immersive Engineering-Methoden und kollaborative Ansätze weit mehr sind als nur Trends – sie sind zentrale Bausteine, um in einer zunehmend digitalisierten Welt wettbewerbsfähig zu bleiben.

Neue technologische Grundlagen: Immersive Engineering im industriellen Metaverse

Die Grundlage dieses Wandels bildet eine Kombination aus fortschrittlichen Virtual- und Augmented-Reality-Lösungen, die weit über klassische VR-Brillen hinausgehen. Anstelle einzelner Head-Mounted-Displays werden zunehmend hochauflösende Projektionssysteme und Echtzeit-Grafikarchitekturen eingesetzt, die ein gemeinsames Arbeiten in virtuellen Umgebungen ermöglichen. Beispielsweise wird in speziellen Laboren ein sogenanntes XR-Ökosystem aufgebaut, das über präzise Trackingsysteme und immersive Projektionen den Nutzer in eine dreidimensionale Welt eintauchen lässt. Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte CAVE-Umgebung, in der Lichtstarke 4K-Projektionen und 360°-Tracking genutzt werden, um ein noch realitätsnäheres Erlebnis zu schaffen.

Eine besondere Rolle spielt dabei die Integration von CAD- und PLM-Systemen in diese virtuellen Räume. Moderne Systeme ermöglichen es, parametrische 3D-Modelle direkt in die virtuelle Umgebung zu übertragen, sodass Designänderungen in Echtzeit synchronisiert werden können. Diese bidirektionale Schnittstelle stellt sicher, dass alle Beteiligten – unabhängig von ihrem physischen Standort – stets auf dem gleichen Stand arbeiten. Dabei wird ein sogenannter Closed-Loop-Ansatz verfolgt, der Medienbrüche eliminiert und dynamisch an die aktuellen Anforderungen angepasst wird. So können beispielsweise Designteams in einem internationalen Projekt gleichzeitig an einem Modell arbeiten, ohne dass Zeitverzögerungen oder Informationsverluste entstehen.

Ein weiterer Meilenstein in diesem Bereich ist die Entwicklung physikalisch akkurater Simulationsumgebungen. Durch den Einsatz moderner Ray-Tracing-Engines und präziser Physiksimulationen können Materialeigenschaften, Strömungsverhalten und mechanische Belastungen in virtuellen Prototypen realistisch dargestellt werden. Diese Fortschritte ermöglichen es Ingenieuren, das Verhalten von Materialien und Bauteilen unter realen Bedingungen bereits in der digitalen Phase zu testen. So können beispielsweise Simulationen durchgeführt werden, die zeigen, wie sich ein Bauteil bei extremer Beanspruchung verhält, was zu einer deutlichen Reduktion von teuren Prototypentests führt.

Kollaborative Arbeitsmodelle in der neuen digitalen Welt

Ein wesentlicher Aspekt der modernen industriellen Entwicklung liegt in der Zusammenarbeit über geografische und kulturelle Grenzen hinweg. Dank immersiver Technologien können Teams an verschiedenen Standorten in Echtzeit zusammenarbeiten, als säßen sie im gleichen Raum. Hier kommen multimodale Interaktionsparadigmen ins Spiel: Systeme, die Sprachsteuerung, Gestenerkennung und haptisches Feedback miteinander kombinieren, ermöglichen eine intuitive Bedienung der virtuellen Umgebung. So wird beispielsweise die Präzision bei der Manipulation von virtuellen Bauteilen durch spezielle Controller (wie 6DoF-Controller) erheblich verbessert. Gleichzeitig können Eye-Tracking-Systeme eingesetzt werden, um die Aufmerksamkeit der Nutzer zu analysieren und die Arbeitsumgebung optimal an deren Bedürfnisse anzupassen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Einarbeitungszeit für neue Nutzer mit solchen Systemen im Vergleich zu herkömmlichen VR-Interfaces um bis zu 60% reduziert werden kann.

Darüber hinaus eröffnet der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) völlig neue Wege der Zusammenarbeit. KI-gestützte digitale Zwillinge, also virtuelle Abbilder realer Teammitglieder, können Entscheidungen protokollieren und auf Basis historischer Daten Handlungsempfehlungen geben. Diese sogenannten Avatare unterstützen interkontinentale Projekte, indem sie zeitliche und kulturelle Barrieren überwinden und so für mehr Konsistenz und Effizienz im Entwicklungsprozess sorgen. Durch den Einsatz solcher intelligenten Systeme kann die Koordination in großen, internationalen Teams deutlich verbessert werden, was sich in einer Reduktion von Kommunikationsfehlern und einer Beschleunigung des gesamten Entwicklungszyklus niederschlägt.

Ein weiterer innovativer Ansatz ist die Nutzung kontextadaptiver Wissensdatenbanken. In modernen Arbeitsumgebungen werden Informationen aus verschiedensten Quellen – von CAD-Modellen über Materialdatenblätter bis hin zu historischen Projektinformationen – miteinander verknüpft und als holographische Overlays in die virtuelle Umgebung eingeblendet. Dies führt dazu, dass Designfehler frühzeitig erkannt und vermieden werden können. Die Integration von Machine-Learning-Algorithmen, die Nutzerinteraktionen analysieren, ermöglicht es, relevante Informationen proaktiv vorzuschlagen und so den gesamten Designprozess intelligenter und effizienter zu gestalten.

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Wirtschaftliche Chancen und zukünftige Entwicklungen

Aus ökonomischer Sicht bietet das industrielle Metaverse enorme Potenziale. Experten prognostizieren für diesen Markt ein beeindruckendes Wachstum, da Unternehmen zunehmend in digitale Zwillinge, KI-gestützte Kollaborationstools und eigene XR-Ökosysteme investieren. Strategische Partnerschaften zwischen Technologieanbietern können dabei helfen, Entwicklungskosten erheblich zu senken. So ist es möglich, durch Technologie-Sharing bis zu 40% der Kosten einzusparen, was den Return on Investment (ROI) noch attraktiver macht.

Die virtuellen Prototypisierungen, die durch immersives Engineering ermöglicht werden, reduzieren physische Testzyklen deutlich. Dies führt nicht nur zu einer Verkürzung der Entwicklungszeiten, sondern auch zu erheblichen Kosteneinsparungen. Es gibt bereits Unternehmen, die durch den Einsatz von AR-gestützten Wartungssystemen und virtualisierten Testzyklen Einsparungen in Millionenhöhe erzielt haben. Gleichzeitig wird der Einsatz von Metaverse-as-a-Service-Plattformen immer populärer. Solche Plattformen bieten den Zugang zu High-End-Simulationsressourcen auf Basis eines Pay-per-Use-Modells an, was besonders für mittelständische Unternehmen attraktive Möglichkeiten eröffnet, ohne in teure Infrastruktur investieren zu müssen.

Auch die Art und Weise, wie Unternehmen Wertschöpfungsketten organisieren, steht im Wandel. Durch die Integration virtueller Fabriken können Produktionsprozesse bereits in der Entwurfsphase energieoptimiert geplant und simuliert werden. Beispielsweise ist es möglich, den Energieverbrauch durch virtuelles Balancing der Produktionslinien signifikant zu senken. KI-gestützte Logistiksimulationen tragen zusätzlich dazu bei, den CO₂-Ausstoß in der gesamten Supply Chain zu reduzieren. Dies stellt nicht nur einen wirtschaftlichen Vorteil dar, sondern unterstützt auch die Zielsetzungen in puncto Nachhaltigkeit und Umweltschutz.

Herausforderungen und Lösungsansätze

Trotz der zahlreichen Vorteile, die das industrielle Metaverse bietet, gibt es auch Herausforderungen, die es zu meistern gilt. Eine der zentralen Fragestellungen betrifft die Interoperabilität und Standardisierung der eingesetzten Technologien. Da unterschiedliche Systeme und Formate miteinander kommunizieren müssen, sind neue Standardisierungsinitiativen notwendig. So arbeiten beispielsweise mehrere Forschungsinstitute daran, einheitliche Standards für XR-Formate, Tracking-Protokolle und Physik-Engines zu entwickeln. Erste Tests zeigen, dass eine solche Standardisierung die Datenkonvertierungszeiten drastisch reduzieren und die Genauigkeit der Modelle erheblich verbessern kann.

Ein weiterer kritischer Punkt ist die Datensicherheit in verteilten und dezentralen Systemen. Bei der Übertragung sensibler Konstruktionsdaten über verschiedene Standorte hinweg ist es unerlässlich, höchste Sicherheitsstandards einzuhalten. Moderne Ansätze nutzen Blockchain-basierte Lösungen, um den sicheren Datentransfer zu gewährleisten. Verschlüsselte Datentoken und Zero-Knowledge-Proofs stellen sicher, dass sensible Informationen nur für autorisierte Partner zugänglich sind, ohne das zentrale System zu gefährden.

Ein ebenso wichtiger Aspekt ist die Qualifizierung der Mitarbeiter. Um den Wandel hin zu immersiven Arbeitsumgebungen erfolgreich zu gestalten, sind umfangreiche Schulungen und Qualifizierungsprogramme notwendig. Moderne Lernkonzepte, die VR-gestützte Trainingsmodule und Gamification-Elemente integrieren, haben gezeigt, dass sie die Abschlussraten signifikant steigern können. Unternehmen, die in die Weiterbildung ihrer Mitarbeiter investieren, stellen sicher, dass sie auch in Zukunft kompetent und agil auf neue Herausforderungen reagieren können.

Neugestaltung des Engineerings

Ein Blick in die Zukunft zeigt, dass sich die Möglichkeiten des industriellen Metaverse weiter ausdehnen werden. Forscher arbeiten bereits an der Integration neuroadaptiver Systeme, die es ermöglichen sollen, kognitive Signale direkt in Designprozesse einzubinden. Erste Prototypen nutzen EEG-Daten, um Stress oder Ermüdung in virtuellen Meetings zu messen und die Arbeitsumgebung automatisch anzupassen. Dies könnte beispielsweise bedeuten, dass die Helligkeit der virtuellen Umgebung oder die Lautstärke von Hintergrundgeräuschen an die Bedürfnisse der Nutzer angepasst wird.

Auch die Anwendung von Quantencomputing in Echtzeitsimulationen verspricht, komplexe Berechnungen deutlich zu beschleunigen. Durch die Kombination von Quantenalgorithmen mit immersiven Visualisierungstechniken könnten beispielsweise Strömungsanalysen, die heute noch Wochen dauern, in wenigen Minuten durchgeführt werden. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der Materialforschung und im Bereich der Bauteilermüdung.

Neben diesen technologischen Fortschritten spielt auch der Nachhaltigkeitsaspekt eine immer wichtigere Rolle. Digitale Zwillinge und virtuelle Fabriken ermöglichen es, Produktionsprozesse schon in der Planungsphase auf Energieeffizienz zu optimieren. Unternehmen können so nicht nur Kosten sparen, sondern auch einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz leisten. Beispielsweise lassen sich durch die Simulation von Produktionslinien und die Integration von KI-gestützten Logistiklösungen CO₂-Emissionen erheblich reduzieren.

Insgesamt zeigt sich, dass die Transformation hin zum industriellen Metaverse nicht als kurzfristiger Trend zu verstehen ist, sondern als langfristiger, strategischer Wandel. Unternehmen, die frühzeitig in immersive Technologien und kollaborative Arbeitsmodelle investieren, positionieren sich nicht nur wirtschaftlich vorn, sondern tragen auch aktiv zur Gestaltung einer nachhaltigen und innovativen Industrie der Zukunft bei.

Handlungsempfehlungen für Unternehmen

Um die Chancen dieser Entwicklungen voll auszuschöpfen, sollten Unternehmen folgende Strategien in Betracht ziehen:

„Es ist wichtig, mit kleinen, klar umrissenen Anwendungsfällen zu beginnen.“ Unternehmen können zunächst Use Cases wie virtuelle Design-Reviews oder AR-gestützte Wartungen implementieren. Dies ermöglicht es, die Technologie in einem überschaubaren Rahmen zu testen und Erfahrungen zu sammeln, bevor größere Investitionen getätigt werden.

„Interdisziplinäre Kompetenzzentren sind der Schlüssel zum Erfolg.“ Eine enge Zusammenarbeit von IT-Experten, Ingenieuren und Kognitionswissenschaftlern ermöglicht die Entwicklung nutzerzentrierter und zukunftssicherer Lösungen. Solche Kompetenzzentren fördern nicht nur die Innovationskraft, sondern erleichtern auch die Integration neuer Technologien in bestehende Prozesse.

„Offene Ökosysteme und modulare Architekturen bieten Flexibilität.“ Durch den Einsatz von API-Schnittstellen und offenen Standards können Unternehmen ihre Systeme schnell an neue technologische Entwicklungen anpassen. Dies reduziert nicht nur Entwicklungszeiten, sondern erleichtert auch den Austausch von Daten und Informationen über verschiedene Plattformen hinweg.

„Ethik und Transparenz sollten bei der KI-gestützten Zusammenarbeit nicht vernachlässigt werden.“ Es ist essenziell, klare Richtlinien für den Einsatz von Künstlicher Intelligenz zu definieren, um Transparenz in den Entscheidungsprozessen sicherzustellen und gleichzeitig die menschliche Kontrolle zu bewahren.

Pioniere der Veränderung: Warum digitale Integration der Schlüssel zur globalen Industrie ist

Die Zusammenführung von immersiven Technologien, kollaborativen Arbeitsmodellen und digital vernetzten Produktionsprozessen markiert einen fundamentalen Wandel in der industriellen Fertigung. Unternehmen, die diesen Wandel strategisch angehen, profitieren von kürzeren Entwicklungszyklen, erheblichen Kosteneinsparungen und einer gesteigerten Innovationsfähigkeit. Die Integration von VR, AR, KI und sogar Quantencomputing schafft ein neues Paradigma, in dem physische und digitale Welten nahtlos miteinander verschmelzen.

Dieser Paradigmenwechsel ist nicht nur ein technischer Fortschritt, sondern auch ein kultureller Wandel. Die Art und Weise, wie Menschen zusammenarbeiten, lernen und kreative Lösungen entwickeln, verändert sich grundlegend. Immer mehr Unternehmen erkennen, dass der Schlüssel zur Zukunft in der intelligenten Verknüpfung von Mensch und Maschine liegt – in einem Ökosystem, das flexibel, transparent und nachhaltig ist.

Die Transformation hin zum industriellen Metaverse erfordert Mut, Investitionen und vor allem den Willen, bestehende Strukturen zu hinterfragen. Unternehmen, die bereit sind, neue Wege zu gehen und auf digitale Zwillinge, immersive Simulationen und KI-gestützte Kollaborationswerkzeuge zu setzen, sichern sich einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Sie positionieren sich an der Spitze einer neuen Ära des Engineerings, in der Innovation und Nachhaltigkeit Hand in Hand gehen.

In einer Welt, in der technologische Entwicklungen in rasantem Tempo voranschreiten, ist es unabdingbar, sich ständig weiterzubilden und flexibel auf Veränderungen zu reagieren. Die Zukunft des industriellen Metaverse liegt in der kontinuierlichen Integration von neuen Technologien und der ständigen Verbesserung von Prozessen. Nur so können Unternehmen die Herausforderungen einer global vernetzten Wirtschaft meistern und gleichzeitig von den enormen Potenzialen der digitalen Transformation profitieren.

Die industrielle Revolution 4.0 ist in vollem Gange und das Metaverse spielt dabei eine zentrale Rolle. Unternehmen, die heute in immersive Engineering-Technologien und kollaborative Arbeitsmodelle investieren, ebnen den Weg für eine zukunftssichere und nachhaltige Industrie. Es gilt, die Chancen dieser Entwicklungen zu nutzen und zugleich die damit verbundenen Herausforderungen aktiv anzugehen – für eine erfolgreiche und innovative Zukunft.

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Konrad Wolfenstein

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