Immersive Engineering, kollaborative Zusammenarbeit und was das mit dem Metaverse zu tun hat

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

Die Welt der industriellen Produktion steht mit der Industrie 4.0 und dem Industrial Metaverse an der Schwelle zu einer völlig neuen Art der Produktentwicklung, angetrieben durch die Verschmelzung von Immersive Engineering, fortschrittlichen Methoden der Zusammenarbeit und den aufkommenden Technologien des Metaverse. Während das Metaverse im Allgemeinen – oft in Verbindung mit Unterhaltung und sozialen Medien – noch um seine wirtschaftliche Relevanz ringt, kristallisiert sich ein spezifischer Bereich heraus, der bereits jetzt als realwirtschaftlicher Innovationstreiber fungiert: das industrielle Metaverse. Diese Entwicklung verspricht nicht weniger als einen Paradigmenwechsel in der Art und Weise, wie Produkte entworfen, entwickelt, gefertigt und gewartet werden.

Dieser Bericht beleuchtet die vielschichtigen Aspekte dieser Transformation und analysiert die technologischen, organisatorischen und ökonomischen Implikationen, die sich aus der Integration von Immersive Engineering und kollaborativer Arbeit im industriellen Metaverse ergeben. Wir stützen uns dabei auf Erkenntnisse aus aktuellen Forschungsinitiativen und wegweisenden Industrieprojekten, um ein umfassendes Bild der Chancen und Herausforderungen zu zeichnen, die diese Entwicklung mit sich bringt.

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Technologische Fundamente des Immersive Engineering im Metaverse

Das industrielle Metaverse baut auf einer Reihe von Schlüsseltechnologien auf, die in ihrer Kombination eine völlig neue Dimension der Produktentwicklung und Fertigung ermöglichen. Im Zentrum dieser technologischen Revolution steht das Immersive Engineering, das es Ingenieuren und Designern erlaubt, in virtuelle, interaktive Umgebungen einzutauchen und dort mit digitalen Modellen und Simulationen zu interagieren, als wären sie real.

Vernetzte XR-Ökosysteme als infrastrukturelle Basis

Eine grundlegende Voraussetzung für die Realisierung des industriellen Metaverse sind leistungsfähige und vernetzte XR-Ökosysteme (XR steht für Extended Reality, ein Überbegriff für Virtual Reality, Augmented Reality und Mixed Reality). Traditionelle Virtual-Reality-Brillen, obwohl in vielen Bereichen bereits etabliert, stoßen in anspruchsvollen industriellen Anwendungen oft an ihre Grenzen. Hier setzt die Entwicklung fortschrittlicher XR-Infrastrukturen an, die über einfache Head-Mounted-Displays hinausgehen.

Initiativen wie INSTANCE des Fraunhofer IAO demonstrieren den Weg in die Zukunft. Hier wird eine branchenübergreifende Hard- und Software-Infrastruktur geschaffen, die auf komplexen Systemen basiert. Anstelle von VR-Brillen treten dabei hochauflösende Projektoren, leistungsstarke Echtzeit-Grafikarchitekturen und präzise Tracking-Systeme. Diese vernetzten XR-Labore ermöglichen es Teams an verschiedenen Standorten, simultan und in Echtzeit mit identischen virtuellen Prototypen zu interagieren.

Ein Paradebeispiel für diese Entwicklung sind sogenannte CAVE-Umgebungen (Cave Automatic Virtual Environment), wie sie beispielsweise im Zentrum für Virtuelles Engineering eingesetzt werden. In solchen Räumen werden lichtstarke 4K-Projektionen genutzt, um immersive 360°-Darstellungen zu erzeugen, die den Nutzer vollständig in die virtuelle Welt eintauchen lassen. Das präzise Tracking erfasst dabei die Bewegungen der Nutzer und ermöglicht eine intuitive Interaktion mit der virtuellen Umgebung, die weit über die Möglichkeiten herkömmlicher VR-Brillen hinausgeht.

Der Vorteil solcher vernetzten XR-Ökosysteme liegt in ihrer Fähigkeit, hochkomplexe virtuelle Umgebungen darzustellen und gleichzeitig die Zusammenarbeit von verteilten Teams zu ermöglichen. Ingenieure und Designer können sich so fühlen, als würden sie gemeinsam an einem physischen Prototyp arbeiten, obwohl sie sich in Wirklichkeit an unterschiedlichen Orten befinden. Dies beschleunigt nicht nur die Entwicklungsprozesse, sondern fördert auch die Kreativität und Innovation, da Teams effektiver Ideen austauschen und gemeinsam Lösungen entwickeln können.

Hybridisierung von CAD/PLM-Systemen und XR-Schnittstellen

Ein weiterer kritischer Erfolgsfaktor für das Immersive Engineering im industriellen Metaverse ist die nahtlose Integration von bestehenden Engineering-Werkzeugen und -Systemen in die virtuellen Arbeitsumgebungen. Insbesondere die bidirektionale Anbindung von CAD- (Computer-Aided Design) und PLM-Systemen (Product Lifecycle Management) an XR-Schnittstellen ist von entscheidender Bedeutung.

CAD-Systeme sind das Herzstück der modernen Produktentwicklung. Hier werden 3D-Modelle von Bauteilen, Baugruppen und kompletten Produkten erstellt. PLM-Systeme hingegen dienen der Verwaltung des gesamten Produktlebenszyklus, von der ersten Idee über die Entwicklung und Fertigung bis hin zur Wartung und Entsorgung. Die Integration dieser Systeme in das industrielle Metaverse ermöglicht es, virtuelle Prototypen direkt aus den CAD-Daten zu generieren und diese in Echtzeit mit den Informationen aus dem PLM-System zu verknüpfen.

Ein Beispiel für diese Entwicklung ist der NX Immersive Designer von Siemens, der in Zusammenarbeit mit Sony entwickelt wurde. Diese Lösung demonstriert, wie parametrische 3D-Modelldaten aus dem CAD-System NX nahtlos in Mixed-Reality-Brillen von Sony übertragen werden können. Das Besondere dabei ist die bidirektionale Kommunikation: Designänderungen, die in der virtuellen Umgebung vorgenommen werden, werden in Echtzeit zurück in das PLM-System synchronisiert.

Dieser sogenannte „Closed-Loop“-Ansatz eliminiert Medienbrüche und vermeidet die Notwendigkeit, Daten manuell zwischen verschiedenen Systemen zu übertragen. Zudem ermöglicht er die Bereitstellung von kontextsensitiven Werkzeugpaletten in der virtuellen Umgebung. Das bedeutet, dass die Werkzeuge und Funktionen, die dem Nutzer in der XR-Umgebung zur Verfügung stehen, sich dynamisch an die aktuellen Engineering-Aufgaben anpassen. So werden beispielsweise bei einer Designprüfung andere Werkzeuge benötigt als bei einer Montageplanung oder einer Wartungssimulation.

Die Hybridisierung von CAD/PLM-Systemen und XR-Schnittstellen ist somit ein entscheidender Schritt, um das industrielle Metaverse zu einem integralen Bestandteil des Engineering-Workflows zu machen. Sie ermöglicht es Ingenieuren und Designern, ihre gewohnten Werkzeuge und Prozesse in einer immersiven und kollaborativen Umgebung weiterzunutzen und gleichzeitig von den Vorteilen der XR-Technologie zu profitieren.

Physikalisch akkurate Simulationsumgebungen

Ein weiterer wichtiger Aspekt des Immersive Engineering im Metaverse ist die Möglichkeit, physikalisch akkurate Simulationen in virtuellen Umgebungen durchzuführen. Fortschritte in Bereichen wie Ray-Tracing-Engines und Physiksimulationen ermöglichen es, Materialeigenschaften, Strömungsverhalten, mechanische Belastungen und viele andere physikalische Phänomene in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit darzustellen.

Ray-Tracing-Engines sorgen für eine realistische Darstellung von Licht und Schatten in der virtuellen Umgebung. Dies ist nicht nur für die visuelle Immersion wichtig, sondern auch für die Beurteilung von Designaspekten wie Oberflächenbeschaffenheit, Reflexionen und Farbgebung. Physiksimulationen hingegen ermöglichen es, das Verhalten von virtuellen Objekten unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. So können beispielsweise die Auswirkungen von Kräften und Belastungen auf Bauteile simuliert oder das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten und Gasen in komplexen Systemen analysiert werden.

Das AR3S-System von Holo-Lights ist ein Beispiel dafür, wie solche physikalisch akkuraten Simulationen in Augmented Reality eingesetzt werden können. Hier werden Ergebnisse von Finite-Elemente-Analysen (FEA), einer Methode zur Berechnung von mechanischen Belastungen und Verformungen, direkt als holographische Overlays über physische Prototypen gelegt. Dies ermöglicht es Ingenieuren, die Ergebnisse der Simulationen unmittelbar im Kontext des realen Objekts zu visualisieren und zu beurteilen.

NVIDIA Omniverse ist eine weitere Plattform, die diese Entwicklung vorantreibt. Omniverse ermöglicht GPU-beschleunigte Multiphysik-Simulationen, die Berechnungen deutlich schneller durchführen als herkömmliche CPU-basierte Systeme. Dies führt zu einer erheblichen Beschleunigung der Iterationszyklen in der Produktentwicklung. Ingenieure können verschiedene Designvarianten schneller simulieren und vergleichen, was zu optimierten Produkten und kürzeren Entwicklungszeiten führt. Es wird berichtet, dass durch den Einsatz solcher Technologien Iterationszyklen um bis zu 40% verkürzt werden können.

Physikalisch akkurate Simulationen im industriellen Metaverse bieten somit ein enormes Potenzial, um die Produktentwicklung effizienter und qualitativ hochwertiger zu gestalten. Sie ermöglichen es, Produkte virtuell zu testen und zu optimieren, bevor physische Prototypen gebaut werden müssen. Dies spart nicht nur Zeit und Kosten, sondern reduziert auch den Materialverbrauch und trägt somit zu einer nachhaltigeren Produktentwicklung bei.

Kollaborative Arbeitsmodelle im industriellen Metaverse

Das industrielle Metaverse ist nicht nur eine technologische Plattform, sondern auch ein Katalysator für neue Formen der Zusammenarbeit. Die immersiven und interaktiven Möglichkeiten des Metaverse eröffnen völlig neue Perspektiven für die Kollaboration von Teams, unabhängig von ihrem physischen Standort.

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Multimodale Interaktionsparadigmen

Moderne XR-Systeme setzen auf multimodale Interaktionsparadigmen, um eine intuitive und natürliche Bedienung der virtuellen Umgebungen zu ermöglichen. Anstelle von klassischen Tastatur- und Maus-Eingaben werden verschiedene Eingabemethoden kombiniert, darunter Sprachsteuerung, Gestenerkennung und haptisches Feedback.

Sprachsteuerung ermöglicht es Nutzern, Befehle zu erteilen und mit der virtuellen Umgebung zu interagieren, indem sie einfach sprechen. Gestenerkennung erfasst Hand- und Körperbewegungen und übersetzt diese in Aktionen in der virtuellen Welt. Haptisches Feedback vermittelt taktile Empfindungen, beispielsweise durch Vibrationsmotoren in Controllern oder spezielle Handschuhe. Dies verstärkt die Immersion und ermöglicht eine präzisere und natürlichere Interaktion mit virtuellen Objekten.

Die Partnerschaft zwischen Siemens und Sony demonstriert die Integration solcher multimodaler Interaktionsparadigmen in industrielle Anwendungen. In ihren XR-Lösungen werden beispielsweise 6DoF-Controller (6 Degrees of Freedom) eingesetzt, die eine präzise Manipulation von virtuellen Baugruppen ermöglichen. 6DoF bedeutet, dass die Controller Bewegungen in sechs Freiheitsgraden erfassen können: vorwärts/rückwärts, links/rechts, hoch/runter sowie Drehungen um alle drei Achsen. Dies erlaubt eine sehr intuitive und präzise Steuerung in der virtuellen Umgebung.

Zusätzlich werden Eye-Tracking-Systeme integriert, die die Blickrichtung und den Fokus der Nutzer erfassen. Eye-Tracking kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Analyse der Aufmerksamkeitsverteilung in Designteams. Durch die Auswertung von Blickdaten kann ermittelt werden, welche Bereiche eines virtuellen Prototyps besonders intensiv betrachtet werden und wo möglicherweise Designprobleme oder Optimierungspotenziale liegen.

Die Multimodalität moderner XR-Systeme trägt maßgeblich dazu bei, die Einarbeitungszeit für neue Nutzer zu reduzieren und die Akzeptanz der Technologie zu erhöhen. Es wird berichtet, dass die Einarbeitungszeit im Vergleich zu klassischen VR-Schnittstellen um durchschnittlich 60% verkürzt werden kann. Dies ist besonders in industriellen Umgebungen wichtig, wo oft eine Vielzahl von Mitarbeitern mit unterschiedlichen Hintergründen und Vorkenntnissen mit den Systemen arbeiten sollen.

Asynchrone Kollaboration durch KI-gestützte Avatare

Eine weitere spannende Entwicklung im Bereich der kollaborativen Arbeitsmodelle im industriellen Metaverse ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) zur Unterstützung der asynchronen Zusammenarbeit. Asynchrone Zusammenarbeit bedeutet, dass Teammitglieder nicht gleichzeitig und am selben Ort an einem Projekt arbeiten müssen. Dies ist besonders relevant für global verteilte Teams und für Projekte, die über Zeitzonen und unterschiedliche Arbeitszeiten hinweg durchgeführt werden.

KI-gestützte Avatare können hier eine Schlüsselrolle spielen. Sie sind digitale Repräsentationen von Teammitgliedern, die in Abwesenheit der realen Personen in der virtuellen Umgebung agieren können. Diese Avatare können beispielsweise Entscheidungen protokollieren, Aufgaben verfolgen und basierend auf historischen Interaktionsdaten Handlungsempfehlungen generieren.

AVEVA, ein Anbieter von Industriesoftware, forscht intensiv an der Entwicklung solcher KI-Avatare. Ihre Forschungsarbeiten zeigen, dass KI-Avatare die Konsistenz in interkontinentalen Entwicklungsprojekten deutlich steigern können. Es wird berichtet, dass eine Steigerung der Konsistenz um bis zu 35% erreicht werden kann. Dies liegt daran, dass KI-Avatare kulturelle und zeitliche Barrieren überbrücken können, indem sie beispielsweise Informationen und Entscheidungen in standardisierter Form dokumentieren und für alle Teammitglieder zugänglich machen, unabhängig von ihrem Standort oder ihrer Zeitzone.

KI-Avatare können auch dazu beitragen, Wissensverlust zu vermeiden und die Kontinuität in Projekten zu gewährleisten. Wenn ein Teammitglied ausscheidet oder in Urlaub geht, kann sein KI-Avatar weiterhin Aufgaben übernehmen und sicherstellen, dass wichtige Informationen und Entscheidungen nicht verloren gehen.

Es ist wichtig zu betonen, dass KI-Avatare nicht dazu gedacht sind, menschliche Mitarbeiter zu ersetzen. Vielmehr sollen sie als unterstützende Werkzeuge dienen, die die Effizienz und Effektivität der Zusammenarbeit verbessern und es Teams ermöglichen, auch in komplexen und verteilten Umgebungen erfolgreich zusammenzuarbeiten.

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Kontextadaptive Wissensdatenbanken

Ein weiterer wichtiger Aspekt der kollaborativen Arbeitsmodelle im industriellen Metaverse ist die Integration von kontextadaptiven Wissensdatenbanken. In komplexen Engineering-Projekten fallen riesige Mengen an Informationen und Daten an, darunter CAD-Modelle, Materialdatenblätter, Normen, Richtlinien, frühere Projektinformationen und vieles mehr. Die Herausforderung besteht darin, diese Informationen zum richtigen Zeitpunkt und im richtigen Kontext für die beteiligten Mitarbeiter verfügbar zu machen.

Integrierte Wissensgraphen können hier eine Lösung bieten. Wissensgraphen sind semantische Netzwerke, die Informationen in Form von Knoten und Kanten darstellen und Beziehungen zwischen verschiedenen Informationselementen abbilden. Im Kontext des industriellen Metaverse können Wissensgraphen beispielsweise CAD-Modelle mit Normen, Materialdatenblättern und historischen Projektinformationen verknüpfen.

DXC Technology, ein IT-Dienstleistungsunternehmen, setzt Metaverse-Umgebungen ein, um diese Daten kontextsensitiv als holographische Overlays einzublenden. Wenn ein Ingenieur in der virtuellen Umgebung ein bestimmtes Bauteil betrachtet, werden automatisch relevante Informationen aus dem Wissensgraphen eingeblendet, beispielsweise Materialspezifikationen, Fertigungsrichtlinien oder Ergebnisse früherer Tests.

Es wird berichtet, dass durch den Einsatz solcher kontextadaptiven Wissensdatenbanken die Fehlerrate in Design-Reviews um bis zu 28% reduziert werden kann. Dies liegt daran, dass Ingenieure schneller und einfacher auf relevante Informationen zugreifen können und somit fundiertere Entscheidungen treffen können.

Zusätzlich können Machine-Learning-Algorithmen eingesetzt werden, um die Nutzerinteraktionen in der virtuellen Umgebung zu analysieren und relevante Informationen proaktiv vorzuschlagen. Wenn ein Ingenieur beispielsweise häufig nach bestimmten Normen oder Materialdaten sucht, kann das System diese Informationen automatisch in den Vordergrund rücken oder sogar proaktiv einblenden, bevor der Nutzer überhaupt danach suchen muss.

Kontextadaptive Wissensdatenbanken im industriellen Metaverse tragen somit dazu bei, die Informationsflut zu bewältigen und sicherzustellen, dass Ingenieure und Designer jederzeit Zugriff auf die benötigten Informationen haben, um effizienter und fehlerfreier arbeiten zu können.

Ökonomische Implikationen und Marktentwicklung

Die Integration von Immersive Engineering und kollaborativer Arbeit im industriellen Metaverse ist nicht nur technologisch spannend, sondern verspricht auch erhebliche ökonomische Vorteile. Die Marktentwicklung in diesem Bereich ist dynamisch, und es zeichnen sich vielversprechende Wachstumsperspektiven ab.

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Marktforschung & Innovation: Warum das Metaverse die Industrie transformiert

Marktforschungsunternehmen wie ABI Research prognostizieren für den industriellen Metaverse-Markt ein beeindruckendes Wachstum. Es wird von einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 32,05% bis zum Jahr 2034 ausgegangen. Dabei liegt der Fokus der Unternehmen zunehmend auf schlanken Implementierungen mit einem klaren und kurzfristigen Return on Investment (ROI).

Eine Studie von Deloitte identifiziert drei Hauptcluster von Investitionsstrategien im industriellen Metaverse:

Digitale Zwillinge

Etwa 45% der Unternehmen priorisieren Investitionen in digitale Zwillinge. Digitale Zwillinge sind virtuelle Repräsentationen von physischen Objekten, Prozessen oder Systemen. Sie ermöglichen es Unternehmen, ihre realen Abläufe in der virtuellen Welt zu simulieren, zu analysieren und zu optimieren.

KI-gestützte Kollaborationstools

Rund 30% der Unternehmen setzen auf KI-gestützte Kollaborationstools. Diese Tools sollen die Zusammenarbeit von Teams verbessern, Wissensmanagement unterstützen und Entscheidungsprozesse optimieren.

Eigene XR-Ökosysteme

Etwa 25% der Unternehmen entwickeln eigene XR-Ökosysteme. Dies beinhaltet den Aufbau von eigener Hard- und Software-Infrastruktur für Immersive Engineering und kollaborative Anwendungen im Metaverse.

Die Partnerschaft zwischen Siemens und Sony ist ein Beispiel dafür, wie strategische Allianzen die Entwicklungskosten im industriellen Metaverse senken können. Durch Technologie-Sharing und die gemeinsame Nutzung von Know-how können Unternehmen ihre Ressourcen bündeln und Innovationen schneller vorantreiben. Es wird berichtet, dass solche Partnerschaften die Entwicklungskosten um bis zu 40% reduzieren können.

Return on Investment (ROI) analysiert

Die Investitionen in Immersive Engineering und kollaborative Technologien im industriellen Metaverse zahlen sich für Unternehmen in vielfältiger Weise aus. Zahlreiche Studien und Industrieprojekte belegen den positiven ROI dieser Technologien.

Ein wesentlicher Vorteil ist die Reduzierung von physischen Prototypen und Testzyklen durch virtuelle Prototypisierung. Durch den Einsatz von Simulationen und virtuellen Modellen können Produkte umfassend getestet und optimiert werden, bevor physische Prototypen gebaut werden müssen. Es wird berichtet, dass virtuelle Prototypisierung die Anzahl physischer Testzyklen um durchschnittlich 62% reduzieren kann. Dies spart nicht nur Materialkosten, sondern auch wertvolle Entwicklungszeit.

Simultane multidisziplinäre Reviews in virtuellen Umgebungen tragen ebenfalls zur Beschleunigung der Produktentwicklung bei. Durch die Möglichkeit, dass Teams aus verschiedenen Fachbereichen gleichzeitig und gemeinsam virtuelle Prototypen begutachten und diskutieren können, werden Abstimmungsprozesse effizienter und Entscheidungen schneller getroffen. Es wird berichtet, dass solche simultanen Reviews die Time-to-Market um bis zu 35% verkürzen können.

Das „Iguversum“ von Igus, einem Hersteller von Kunststoffprodukten, demonstriert die Einsparpotenziale durch virtualisierte Automatisierungstests. Igus nutzt virtuelle Umgebungen, um Automatisierungssysteme zu planen, zu testen und zu optimieren. Es wird berichtet, dass Igus durch den Einsatz des Iguversums jährliche Einsparungen von 780.000€ erzielt und gleichzeitig die Reisekosten um 89% reduziert.

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Burckhardt Compression, ein Hersteller von Kompressorsystemen, setzt Augmented Reality (AR) für die Wartung seiner Anlagen ein. Durch AR-gestützte Wartungsanleitungen und Remote-Support können Wartungsarbeiten effizienter und effektiver durchgeführt werden. Es wird berichtet, dass Burckhardt Compression durch AR-gestützte Wartung eine 43% höhere Anlagenverfügbarkeit erreicht.

Diese Beispiele zeigen, dass der ROI von Immersive Engineering und kollaborativen Technologien im industriellen Metaverse in verschiedenen Anwendungsbereichen und Branchen signifikant ist. Die Vorteile reichen von Kosteneinsparungen und Zeitersparnis bis hin zu Qualitätsverbesserungen und erhöhter Anlagenverfügbarkeit.

Neue Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten

Die Entwicklung des industriellen Metaverse führt nicht nur zu Effizienzsteigerungen und Kosteneinsparungen in bestehenden Geschäftsmodellen, sondern eröffnet auch völlig neue Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten.

Ein Beispiel dafür sind Metaverse-as-a-Service-Plattformen, die Pay-per-Use-Zugang zu High-End-Simulationsressourcen bieten. Insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) kann der Zugang zu teurer Simulationssoftware und -hardware eine große Hürde darstellen. Metaverse-as-a-Service-Plattformen ermöglichen es diesen Unternehmen, Simulationsressourcen bedarfsgerecht und kostengünstig zu nutzen, ohne hohe Vorabinvestitionen tätigen zu müssen.

„XR now“ von Holo-Light ist ein Beispiel für eine solche Plattform. XR now bietet Pay-per-Use-Zugang zu Supercomputing-Ressourcen für XR-Anwendungen. Es wird berichtet, dass Unternehmen die Nutzung von Supercomputing-Ressourcen für nur 0,12€ pro GPU-Stunde erhalten können. Dies birgt disruptive Potenziale insbesondere für den Mittelstand, da es auch kleineren Unternehmen ermöglicht, komplexe Simulationen durchzuführen und von den Vorteilen des Immersive Engineering zu profitieren.

Gleichzeitig entwickeln sich spezialisierte Beratungsdienstleistungen für die Integration von XR in bestehende PLM-Prozesse. Die Einführung von Immersive Engineering und Metaverse-Technologien in Unternehmen erfordert oft tiefgreifende Veränderungen in Prozessen, Strukturen und Kompetenzen. Beratungsunternehmen unterstützen Unternehmen dabei, diese Transformation erfolgreich zu gestalten. Es wird prognostiziert, dass der Markt für solche Beratungsdienstleistungen bis zum Jahr 2026 ein Volumen von 12,4 Mrd.€ erreichen wird.

Die Entwicklung des industriellen Metaverse schafft somit nicht nur neue Möglichkeiten für Unternehmen, ihre Produkte und Prozesse zu verbessern, sondern auch für neue Unternehmen, innovative Dienstleistungen und Geschäftsmodelle zu entwickeln.

Zukunft der Kollaboration: Wie OpenXRT und Blockchain das industrielle Metaverse prägen

Trotz des großen Potenzials des industriellen Metaverse gibt es auch Herausforderungen und kritische Erfolgsfaktoren, die Unternehmen bei der Implementierung berücksichtigen müssen.

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Interoperabilität und Standardisierung

Eine der größten Herausforderungen ist die Heterogenität von XR-Formaten und CAD-Systemen. Es existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Dateiformaten, Tracking-Protokollen und Physik-Engines, die oft nicht miteinander kompatibel sind. Dies erschwert den Datenaustausch und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Systemen und Plattformen.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, sind Standardisierungsinitiativen von entscheidender Bedeutung. Das Fraunhofer IAO arbeitet beispielsweise an einem „OpenXRT“-Standard, der darauf abzielt, Dateiformate, Tracking-Protokolle und Physik-Engines zu vereinheitlichen. Ziel ist es, einen offenen und interoperablen Standard für XR-Technologien im industriellen Kontext zu schaffen.

Erste Tests mit dem OpenXRT-Standard zeigen vielversprechende Ergebnisse. Es wird berichtet, dass die Datenkonvertierungszeiten um bis zu 70% reduziert werden können, während gleichzeitig die Modellgenauigkeit um 92% verbessert wird. Ein solcher Standard würde den Datenaustausch zwischen verschiedenen XR-Systemen und Engineering-Werkzeugen erheblich vereinfachen und die Effizienz der Entwicklungsprozesse steigern.

Datensicherheit in verteilten Umgebungen

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Datensicherheit in verteilten Umgebungen. Im industriellen Metaverse werden sensible Konstruktionsdaten und Produktionsinformationen oft über verschiedene Standorte und Partner hinweg ausgetauscht. Es ist daher entscheidend, sicherzustellen, dass diese Daten vor unbefugtem Zugriff und Manipulation geschützt sind.

Blockchain-basierte Lösungen wie der „Industrial Data Space“ von Siemens bieten hier vielversprechende Ansätze. Der Industrial Data Space ermöglicht einen sicheren und souveränen Datenaustausch zwischen Unternehmen. Durch den Einsatz von Blockchain-Technologie und Zero-Knowledge-Proofs wird sichergestellt, dass sensible Daten nur von autorisierten Parteien eingesehen und genutzt werden können, während gleichzeitig die Privatsphäre gewahrt bleibt.

Verschlüsselte Datentoken ermöglichen es, temporäre Zugriffsrechte für externe Partner zu vergeben, ohne das zentrale PLM-System vollständig zu exponieren. Dies ist besonders wichtig für die Zusammenarbeit mit Zulieferern und Dienstleistern, die möglicherweise nur für einen begrenzten Zeitraum Zugriff auf bestimmte Daten benötigen.

Datensicherheit und Datenschutz sind somit zentrale Erfolgsfaktoren für die Akzeptanz und den Einsatz des industriellen Metaverse in Unternehmen. Robuste Sicherheitskonzepte und Technologien sind unerlässlich, um das Vertrauen der Unternehmen in diese neuen Technologien zu gewinnen und den Schutz sensibler Daten zu gewährleisten.

Qualifikationsentwicklung und Change Management

Die Einführung von Immersive Engineering und Metaverse-Technologien erfordert nicht nur technologische Anpassungen, sondern auch eine umfassende Qualifikationsentwicklung und ein effektives Change Management. Mitarbeiter müssen für die Arbeit mit den neuen Technologien geschult und auf die veränderten Arbeitsweisen vorbereitet werden.

DXC Technology berichtet von 200-stündigen Qualifizierungsprogrammen, die speziell auf die Bedürfnisse des industriellen Metaverse zugeschnitten sind. Diese Programme vermitteln sowohl technische Kompetenzen im Umgang mit XR-Systemen und Simulationssoftware als auch kollaborative Soft Skills, die für die Arbeit in virtuellen Teams unerlässlich sind.

Gamification-Elemente werden in diesen Qualifizierungsprogrammen eingesetzt, um die Motivation und das Engagement der Teilnehmer zu steigern. Es wird berichtet, dass Gamification die Abschlussquote von Qualifizierungsprogrammen deutlich erhöht. Im Vergleich zu traditionellen Schulungen, bei denen die Abschlussquote oft bei etwa 67% liegt, erreichen VR-gestützte Qualifizierungsprogramme mit Gamification-Elementen Abschlussquoten von bis zu 89%.

Gleichzeitig ist es wichtig, den kulturellen Wandel zu institutionalisieren, der mit der Einführung des industriellen Metaverse einhergeht. Eine Studie der MLC (Manufacturing Leadership Council) zeigt, dass 68% der Fertigungsunternehmen dedizierte Metaverse-Abteilungen etablieren, um den Kulturwandel aktiv zu gestalten und die Integration der neuen Technologien voranzutreiben.

Qualifikationsentwicklung und Change Management sind somit entscheidende Erfolgsfaktoren für die erfolgreiche Implementierung des industriellen Metaverse. Unternehmen müssen in die Aus- und Weiterbildung ihrer Mitarbeiter investieren und eine Unternehmenskultur fördern, die Offenheit für Innovation und neue Arbeitsweisen unterstützt.

Quantencomputing im industriellen Metaverse: Simulationen der Zukunft

Die Entwicklung des industriellen Metaverse steht noch am Anfang, und es zeichnen sich bereits spannende Zukunftsperspektiven und Forschungsschwerpunkte ab, die das Potenzial dieser Technologien weiter steigern werden.

Neuroadaptive XR-Systeme

Ein vielversprechender Forschungsbereich sind neuroadaptive XR-Systeme, die auf Brain-Computer-Interfaces (BCI) basieren. BCI ermöglichen die direkte Kommunikation zwischen dem menschlichen Gehirn und einem Computer. Im Kontext des industriellen Metaverse könnten BCI genutzt werden, um kognitive Signale direkt in Designprozesse zu integrieren und die Interaktion mit virtuellen Umgebungen noch intuitiver und effizienter zu gestalten.

Erste Prototypen des Fraunhofer IAO demonstrieren bereits die Möglichkeiten neuroadaptiver XR-Systeme. Diese Systeme lesen EEG-Daten (Elektroenzephalogramm) aus, um Stresspegel in virtuellen Meetings zu erkennen und die Umgebungshelligkeit automatisch anzupassen. Ziel ist es, die Arbeitsbedingungen in virtuellen Umgebungen zu optimieren und die kognitive Belastung der Nutzer zu reduzieren.

Sony experimentiert mit fMRT-gestützten Systemen (funktionelle Magnetresonanztomographie), die unbewusste Designpräferenzen erfassen und als Inputs für generative KI-Systeme nutzen. Generative KI kann dann basierend auf diesen Präferenzen automatisch Designvorschläge generieren und den Designprozess beschleunigen und verbessern.

Neuroadaptive XR-Systeme haben das Potenzial, die Interaktion mit virtuellen Umgebungen grundlegend zu verändern und neue Formen der Mensch-Computer-Interaktion zu ermöglichen. Allerdings sind noch viele Forschungsarbeiten erforderlich, um diese Technologien zur Marktreife zu bringen und ethische Fragen im Zusammenhang mit der Nutzung von Gehirndaten zu klären.

Quantencomputing für Echtzeit-Simulationen

Eine weitere vielversprechende Zukunftsperspektive ist der Einsatz von Quantencomputing für Echtzeit-Simulationen im industriellen Metaverse. Quantencomputer nutzen die Prinzipien der Quantenmechanik, um bestimmte Rechenaufgaben deutlich schneller zu lösen als klassische Computer.

Die Kombination von Quantensimulatoren mit XR-Visualisierung könnte die Berechnung komplexer Strömungsanalysen oder Materialsimulationen von Wochen auf Minuten reduzieren. Dies würde die Iterationszyklen in der Produktentwicklung nochmals erheblich beschleunigen und die Möglichkeiten für virtuelle Tests und Optimierungen erweitern.

Forschungsprojekte an der ETH Zürich zeigen erste Erfolge bei der Quanten-Vorhersage von Materialermüdung. Die Ergebnisse dieser Simulationen können als holographische Schadenskarten visualisiert und im industriellen Metaverse genutzt werden, um Bauteile virtuell auf ihre Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu testen.

Quantencomputing hat das Potenzial, die Simulationstechnologien im industriellen Metaverse zu revolutionieren und völlig neue Anwendungsbereiche zu eröffnen. Allerdings befindet sich das Quantencomputing noch in einem frühen Entwicklungsstadium, und es wird noch einige Zeit dauern, bis diese Technologie in industriellen Anwendungen breit eingesetzt werden kann.

Nachhaltigkeitspotenziale durch virtuelle Fabriken

Das industrielle Metaverse bietet auch erhebliche Nachhaltigkeitspotenziale. Digitale Zwillinge ermöglichen die energieoptimierte Planung von Produktionsanlagen bereits in der Entwurfsphase. Durch die Simulation verschiedener Produktionsszenarien und Energieflüsse können Unternehmen den Energieverbrauch ihrer Fabriken optimieren und Ressourcen schonen.

FREYR, ein Hersteller von Batteriezellen, nutzt Gigafactory-Simulationen, um den Energieverbrauch seiner Produktionsanlagen zu reduzieren. Es wird berichtet, dass FREYR durch virtuelles Balancing von Produktionslinien den Energieverbrauch um 23% senken kann.

KI-gestützte Logistiksimulationen im industriellen Metaverse können ebenfalls dazu beitragen, die Nachhaltigkeit von Lieferketten zu verbessern. Durch die Optimierung von Transportwegen und Lagerhaltung können Unternehmen den CO2-Ausstoß in ihrer Supply Chain reduzieren. Es wird berichtet, dass KI-gestützte Logistiksimulationen den CO2-Ausstoß in der Supply Chain um durchschnittlich 18% senken können.

Virtuelle Fabriken im industriellen Metaverse ermöglichen es Unternehmen, Produktionsprozesse zu planen, zu simulieren und zu optimieren, ohne physische Ressourcen zu verbrauchen. Dies trägt zu einer nachhaltigeren Produktion bei und unterstützt Unternehmen bei ihren Bemühungen, ihre Umweltbilanz zu verbessern.

Synthese und Handlungsempfehlungen

Die Analyse zeigt, dass Immersive Engineering im industriellen Metaverse keine futuristische Vision, sondern ein operationaler Hebel für wettbewerbskritische Innovationen ist. Unternehmen, die diese Entwicklung strategisch angehen, können erhebliche Vorteile erzielen und sich an der Spitze einer neuen Ära des Engineerings positionieren.

Für Entscheidungsträger in Unternehmen ergeben sich daraus folgende Handlungsempfehlungen:

Inkrementelle Implementierungsstrategien verfolgen

Beginnen Sie mit klar umrissenen Use Cases, die einen schnellen ROI versprechen. Virtuelle Design Reviews oder AR-gestützte Wartung sind gute Einstiegspunkte, um erste Erfahrungen zu sammeln und die Akzeptanz im Unternehmen zu fördern.

Interdisziplinäre Kompetenzzentren etablieren

Schaffen Sie Teams, die Experten aus IT, Maschinenbau und Kognitionswissenschaften zusammenbringen. Diese Teams können nutzerzentrierte XR-Lösungen entwickeln, die auf die spezifischen Bedürfnisse des Unternehmens zugeschnitten sind.

Offene Ökosysteme priorisieren

Setzen Sie auf offene Standards und modulare Architekturen, die durch API-Schnittstellen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit gewährleisten. Dies ermöglicht eine schnelle Integration neuer Technologiegenerationen und vermeidet Vendor-Lock-in-Effekte.

Ethikrichtlinien für KI-Kollaboration implementieren

Entwickeln Sie klare Richtlinien für den Einsatz von KI in kollaborativen Umgebungen. Transparenz in algorithmischen Entscheidungsprozessen und menschliche Kontrollinstanzen sind unerlässlich, um Vertrauen zu schaffen und ethische Risiken zu minimieren.

Kollaborativ, immersiv und transformativ

Die Entwicklung des industriellen Metaverse wird maßgeblich davon abhängen, inwieweit es gelingt, immersive Technologien nicht als isolierte Werkzeuge, sondern als integralen Bestandteil vernetzter Wertschöpfungsketten zu begreifen. Unternehmen, die diese Transformation strategisch angehen und die genannten Handlungsempfehlungen berücksichtigen, werden in der Lage sein, das volle Potenzial des industriellen Metaverse auszuschöpfen und sich einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil zu sichern. Die Zukunft des Engineerings hat begonnen, und sie ist immersiv, kollaborativ und transformativ.

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