Generative KI, intelligente Lieferketten, Sustainability - ohne IT ist die Planung und der Betrieb einer modernen Smart Factory heute nicht mehr denkbar. Auch wenn für viele der Bau einer Fabrik, die von weltweit verstreuten Fabrikplanern, Architekten, Ingenieuren, Logistik-Experten und IT-Spezialisten gleichzeitig und gemeinsam im virtuellen Raum geplant und simuliert wird, noch nach Science Fiction klingt, während der Corona-Pandemie wurden solche Visionen bereits teilweise Realität.

Und mithilfe des Industrial Metaverse dürften diese Visionen bald zum beruflichen Alltag viele gehören: Produktivität und Nachhaltigkeit werden etwa bereits optimiert, bevor der eigentliche Fabrikbau beginnt.

Vierte Evolutionsstufe des Internets

Außerdem treffen sich Mitarbeitende aus unterschiedlichen Fachbereichen bereits virtuell, um betriebliche Abläufe zu simulieren oder um gemeinsam an Qualitätsproblemen zu arbeiten, unter Berücksichtigung von beispielsweise klimatischen Bedingungen oder Brüchen in den Lieferketten.

Das Metaverse ist nach dem Internet der Daten (1990er Jahre), dem Internet der Menschen (2000er) und dem Internet der Dinge (2010er) die vierte Evolutionsstufe des Internets. Es bringt Orte, Dinge und Menschen in einem physikalisch korrekten, virtuellen Abbild unserer physischen Welt zusammen, in der sie interagieren und Transaktionen durchführen - beispielsweise Produkte ausprobieren und kaufen - können.

Consumer, Enterprise und Industrial Metaverse

Viele B2C-Unternehmen experimentieren bereits mit dem Metaverse oder bieten sogar schon virtuelle Kundenerlebnisse darin an. Die Modeindustrie gehörte hier zu den Vorreitern.

So eröffnete die Luxus-Marke Gucci 2021 ihre "Gucci Town" auf der Online-Spiele-Plattform Roblox, wo Nutzerinnen und Nutzer chatten, virtuell Freunde und Freundinnen treffen und gar eigene Welten kreieren können. 2022 gab es die erste Metaverse Fashion Week, bei denen Avatar-Models einem Avatar-Publikum die neuesten Modetrends auf dem virtuellen Laufsteg präsentierten.

Metaverse im Enterprise

Auch im Enterprise-Sektor - von anderen auch als Corporate Metaverse bezeichnet - gibt es bereits erste Erfahrungswerte. Für einen großen Energieversorger erschuf Accenture eine 70 Quadratkilometer große virtuelle Welt, in der die Mitarbeitenden sowie Partner und Community-Mitglieder zusammenarbeiten, gemeinsam lernen und Ideen entwickeln können. Und Accenture selbst nutzt das Metaverse bereits für das virtuelle Onboarding neuer Kollegen.

Reale Welt im Industrial Metaverse

Während Consumer und Enterprise Metaverse in erster Linie der Interaktion in der digitalen Welt dienen, hat das Industrial Metaverse immer einen klaren Bezugspunkt zur realen Welt und zu geschäftsrelevanten Anwendungsfällen. Hier werden echte Maschinen und Fabriken, Gebäude und Städte, Netze und Transportsysteme gespiegelt und simuliert.

Im Industrial Metaverse können Menschen und Anlagen in einer fotorealistischen Umgebung gleichzeitig und in Echtzeit interagieren und zusammenarbeiten - und das unter Berücksichtigung realer physikalischer Gegebenheiten.

Digitaler Zwilling als Vorstufe des Industrial Metaverse

Von einem derart ausgereiften Industrial Metaverse sind wir aktuell aber noch ein Stück entfernt. Viele für seine Entstehung notwendige Technologien, die einen Vorgeschmack auf die Möglichkeiten des Metaverse bieten, gibt es jedoch bereits.

Ein wichtiger Baustein und Vorstufe des Industrial Metaverse ist der digitale Zwilling. Darunter versteht man die digitale Abbildung eines physischen Objekts oder Prozesses. Da er sein reales Gegenstück in der physischen Welt exakt widerspiegelt, können mit digitalen Zwillingen Objekte und Prozesse simuliert und beliebig verändert werden, bevor sie in der realen Welt umgesetzt werden.

Fabrik als digitaler Zwilling

Diese Technologie hat sich Siemens bei der Konsolidierung von drei Produktionsstätten seines Tochterunternehmens Siemens Numerical Control (SNC) in einer brandneuen Fabrik in Nanjing (China) zunutze gemacht. Mithilfe von Fabrik-, Produktionslinien- und Leistungsdaten sowie Gebäudeinformationen der bestehenden Fabriken erstellte Siemens einen digitalen Zwilling.

Auf dieser Grundlage konnte der Konzern anschließend die Dimensionen des neuen Gebäudes, die Materialflüsse und die benötigte Versorgung mit beispielsweise Stickstoff, Strom und IT sowie die Leistung der neuen Fabrik simulieren und genau planen, bevor der Bau begann. Mitarbeitende testeten den Produktionsaufbau per Virtual Reality. Das Feedback wurde dann für die Feinabstimmung des endgültigen Designs genutzt.

Simulieren und optimieren

Durch die Simulation und Optimierung in der digitalen Welt verbesserte SNC die Auslastung der Maschinen. So konnte die Produktivität um 20 Prozent sowie die Volumenflexibilität um 30 Prozent gesteigert werden.

Zudem benötigte man 40 Prozent weniger Platz als zuvor für den gleichen Output und erhöhte die Geschwindigkeit des Materialnachschubs um 50 Prozent im Vergleich zu den ursprünglichen Anlagen und Produktionslinien.

In einer anderen Fabrik in Amberg wurde der direkte Energieverbrauch um fünf Prozent, die Treibhausgasemissionen um 58 Prozent und der gesamte Materialabfall um sechs Prozent reduziert.

Anwendungsfälle für das Industrial Metaverse

Die entscheidende Voraussetzung für das Industrial Metaverse ist der Digital Twin. Typische Anwendungen sind zum Beispiel Root-Cause-Analysen, um Probleme in Produktionsprozessen zu entdecken und zu beheben. Ebenso lassen sich Lieferketten simulieren und in der Folge effizienter und resilienter gestalten.

Zudem kann der digitale Zwilling um zusätzliche Komponenten erweitert werden. So berücksichtigt das virtuelle Abbild der SNC-Fabrik in Nanjing etwa auch das dortige Klima.

Aktuell entwickeln Unternehmen meist individuelle, "maßgeschneiderte" digitale Zwillinge für einzelne Maschinen, Anlagen oder Fabriken. Im Industrial Metaverse der Zukunft werden Unternehmen und ihre Partner ihre jeweiligen digitalen Zwillinge miteinander verknüpfen, so dass eine Art Ökosystem entsteht.

Ziel ist es, dass die digitalen Abbildungen von Produkten, Maschinen etc. so einfach zusammengefügt werden können wie physische Objekte heute in der realen Welt.

Drei Anwendungsebenen

Generell lassen sich für das Industrial Metaverse Anwendungsfälle auf drei unterschiedlichen Ebenen finden:

• Maschinen- oder Produktebene:

Beispiele hierfür sind Fabriksimulationen oder die Qualitätssicherung mithilfe von digitalen Zwillingen. Ebenso denkbar ist die kollaborative Produktentwicklung über räumliche Grenzen hinweg. Andere Anwendungsfälle sind immersive Produkt- und Sicherheitsschulungen, Weiterbildung und Einarbeitung von Mitarbeitenden.

• Unternehmensebene:

Hierzu zählen die Blockchain-basierte Nachverfolgung des CO2-Fußabdrucks über die gesamte Lieferkette oder beispielsweise die Fähigkeit, Disruptionen in den Lieferketten zu simulieren.

• Geschäftsmodellebene:

Erste Beispiele hierfür kommen aus dem Bereich 3D-Druck von Ersatzteilen. Hier wird nicht mehr das Produkt selbst, sondern sein digitaler Zwilling verkauft. Hier ist jedoch noch eine sehr große Wegstrecke zurückzulegen, bis es funktionierende Anwendungsfälle, gar mit Bezahlung über Blockchains gibt.

Welche Herausforderungen sonst noch auf dem Weg ins Industrial Metaverse zu bewältigen sind, lesen Sie in unserem Beitrag "Industrial Metaverse - Das sind die Herausforderungen bei der Einführung".