Es liegt noch ein weiter Weg vor dem Einsatz des Industrial Metaverse. Als Vorstufe dazu gibt es jedoch bereits echte virtuelle Sensormodelle, womit unter anderem getestet werden kann, ob ein Barcode-Leser im Anwendungsszenario den Barcode scharf erkennen kann.

Es liegt noch ein weiter Weg vor dem Einsatz des Industrial Metaverse. Als Vorstufe dazu gibt es jedoch bereits echte virtuelle Sensormodelle, womit unter anderem getestet werden kann, ob ein Barcode-Leser im Anwendungsszenario den Barcode scharf erkennen kann. (Bild: Sick)

Im Gespräch mit Arnd Sörensen wollte "Produktion" erfahren, wie Sick zum Thema 'Metaverse' steht. Die Message ist eindeutig: Der Sensorhersteller will das Industrial Metaverse als Umgebung nutzen, in der die Digitalen Zwillinge zum Leben erwachen und echten Nutzen entfalten.

Wie nähert sich Sick dem Thema Metaverse an und was ist die Idee dahinter?

Arnd Sörensen: Ganz klar ist das Thema Industrial Metaverse noch im Entstehen. Wir sind ein Sensorhersteller und damit typischerweise ein Komponentenlieferant, zunehmend auch von komplexeren Komponenten. Dazu gehört etwa Hardware wie kleine und große Lichtschranken. Seit 2011 haben die Bedeutung von Software und der Integration in größere Systeme immer weiter zugenommen. Aus der Auseinandersetzung mit Industrie 4.0 entstand die Struktur, IT-Innovationen mit einem Think Tank anzugehen. Das Metaverse ist ein zentrales Thema. Eine Vision besteht darin, sehr viel schneller individuelle Lösungen einschließlich Preis anzubieten und virtuell intensiver an Lösungen zusammenzuarbeiten, was in der realen Welt teilweise einfach zu kostspielig oder zeitaufwendig wäre.

Arnd Sörensen, Sick AG
Arnd Sörensen, Sick AG (Bild: Sick AG)

"Eine Kernfrage für das Metaverse lautet, wie wir Datensilos verbinden können, damit Daten über die ganze Organisation hinweg verfügbar und für neue Anwendungen nutzbar sind. Das ist zugleich eine echte Mammutaufgabe, die Zeit braucht", sagt Arnd Sörensen Metaverse Enthusiast von der Sick AG.

Was ist die Aufgabe des Think Tank?

Sörensen: Die typischen Entwicklungszyklen in der Hardware-Branche liegen bei rund fünf Jahren von der Idee bis zur Markteinführung. Bei Software bewegt sich die Entwicklungszeit eher im Bereich von Monaten. Traditionelle Hardware-Entwicklungseinheiten sind darauf nicht ausgerichtet. Der Think Tank wurde gegründet, um Agilität zu ermöglichen und Trends zu verfolgen. Dabei geht es darum, keine Innovation zu verpassen und insbesondere im digitalen Bereich Themen zu identifizieren, die disruptiven Charakter für unsere Industrie haben und relevante Technologien ins Unternehmen zu tragen. Wir arbeiten mit Leuchtturmprojekten, für die wir ein Proof of Concept und Prototypen (Minimal Viable Product) erstellen. Damit zeigen wir die Möglichkeiten auf.

Warum nimmt das Thema Metaverse aus Ihrer Sicht derzeit Fahrt auf?

Sörensen: Einige Technologien wie Simulation ziehen erst so langsam in den Maschinenbau ein, während sie in der Luftfahrtindustrie schon lange gang und gäbe sind. Bisher hat das Thema unter anderem deshalb noch keine Rolle gespielt, weil viele KMU keine Kapazitäten hatten und es zu kostenintensiv war. Mittlerweile gab es hier jedoch so viel Fortschritt, dass kleine Teams schon sehr viel rund um Simulation erreichen können – auch ohne risikoreiche Investments. 

Welche Schritte geht Sick denn aktuell auf dem Weg zum Industrial Metaverse?

Sörensen: Wie alle anderen im Maschinenbau, fangen wir gerade an und es liegen noch viel Arbeit und ein weiter Weg vor uns. Wir haben bereits punktuelle Themen erschlossen. Dazu gehören als Vorstufe echte virtuelle Sensormodelle. Damit kann unter anderem getestet werden, ob ein Barcode-Leser im Anwendungsszenario den Barcode scharf erkennen kann. Vor kurzem haben wir solche Modelle für fünf Sensoren auf der Nvidia Omniverse-Plattform veröffentlicht. Sie ist aus unserer Sicht derzeit ein sinnvoller nächster Schritt Richtung Metaverse. Auf der Plattform lassen sich die Sensoren dann mit der Komponente Isaac Sim, einem Robotic Simulation Toolkit, in physikalischer 3D-Simulation testen.   

Zudem probieren wir intern neue Interfaces aus, um in die virtuelle Welt zu kommen, etwa VR- und AR-Brillen, derzeit vor allem für Schulungen und Wissenstransfers. In einigen Szenarien ist es hilfreich, mit dreidimensionalen Modellen zu interagieren. Ein Produkt in diesem Kontext ist die SARA-App (Sick Augmented Reality Assistant), die bereits im Einsatz ist. Damit lassen sich auf einem mobilen Device zum Beispiel das Lesefeld, das ein Sensoren mit Infrarotlicht abtastet, visuell anzeigen. Die App zeigt dann jeweils im konkreten Fall das Lesefeld, das mit dem menschlichen Auge nicht zu erkennen ist, auf dem Display an: Eine hilfreiche Verknüpfung zwischen der digitalen und der echten Welt, die schon viel mit dem Metaverse zu tun hat. 

Digital lässt sich für Track&Trace-Lösungen erproben, wie Pakete über das Band laufen und gescannt werden, die Maße lassen sich direkt mit Reglern verändern.
Digital lässt sich für Track&Trace-Lösungen erproben, wie Pakete über das Band laufen und gescannt werden, die Maße lassen sich direkt mit Reglern verändern. (Bild: Sick)

Welchen Stellenwert haben die Daten aus Ihrer Sicht? Wo liegen hier die Herausforderungen?

Sörensen: Daten sind ein weites Feld: Im Think Tank gibt es unter dem Namen Linked Data ein ganzes Team, das sich nur mit der Frage beschäftigt, wie wir die Daten verfügbar machen und eine transparente Datenlandschaft entstehen lassen können. Es gibt in Unternehmen traditionell viele Datensilos etwa zu Kunden-, Produkt- oder Sensordaten, die verbunden werden müssen: Das Metaverse kann nur funktionieren, wenn die Daten fließen. Mittlerweile zeigt sich aber, dass auch die Hersteller von Experten-Tools zunehmend Programmierschnittstellen anbieten, um den Datenaustausch zu ermöglichen. Damit kann es schnell gehen, doch in vielen Fällen ist es mühselig, die Daten vorzubereiten. Wichtig ist für uns: Daten müssen Findable, Accessable, Interoperable und Reusable sein, also „FAIR“. 

Die Daten müssen auch ergänzt werden. Beispielsweise haben Materialien noch keine optischen Eigenschaften wie Farbe oder Reflektion. Es braucht eine Datenbank für Materialien. Ganz wichtig ist es, dass schon Ingenieure, die eine CAD-Zeichnung erstellen, zusätzliche Informationen hinzufügen: Zum Beispiel, dass eine Seite im typischen Sick-Blau gefärbt ist. Dann ist das Modell schon viel wertvoller und lässt sich besser im Metaverse für Marketing oder Training benutzen. 

Gute Grundsätze für Daten

Damit das Industrial Metaverse zum Leben erweckt werden kann, müssen die Daten stimmen. Deshalb setzt Sick konsequent auf das Grundprinzip FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Re-usable). Bisher gibt es jedoch viele Engineering-Tools, die noch keine FAIRen Daten produzieren: Das ist ein wichtiger Ansatzpunkt. 

Durchgängige Daten: Erst wenn die Daten durchgängig sind, kann die Domänen-übergreifende Zusammenarbeit am anschaulichen, dreidimensionalen Modell besser funktionieren. Das Industrial Metaverse verändert, wie mit Daten gearbeitet und wie diese zur Verfügung gestellt werden: Bei Sick arbeitet man daran,  CAD-Zeichnungen in der Entwicklung bereits in einem Format abzulegen, das im Marketing direkt verwendet werden kann. Wird das  3D-Modell mit der Funktion des Produkts verknüpft, können es Produktmanagement und Sales für die virtuelle Präsentation verwenden. 

Bessere Skalierung: Mit FAIRen Daten wird es einfacher. Wenn ein Material einmal definiert ist, muss es bei den nächsten Produkten nur noch hinzugefügt werden. Damit die Kraft der Digitalisierung voll für die Skalierung zum Tragen kommt, muss die Datendefinition von Anfang an richtig gemacht werden. 

Welche Bedeutung hat der Digitale Zwilling aus Sicht von Sick?

Sörensen: Der Digital Twin als digitales Abbild eines echten Produkts, das dessen Funktionalität und Konfiguration in der virtuellen Welt spiegelt, ist essentiell: Ohne ihn geht es nicht, er ist der Kern unserer Anwendungen. Wir wollen das Industrial Metaverse als Umgebung nutzen, in der die Digitalen Zwillinge zum Leben erwachen und echten Nutzen entfalten.

Wir sind als Sensorhersteller an der Schnittstelle zwischen System, Anlage und Außenwelt positioniert. In der virtuellen Welt brauchen wir deshalb die Umgebung des Sensors: Steht direkt daneben eine andere Maschine oder läuft gerade ein Mensch vorbei? Dafür müssen auch Objekte anderer Hersteller im Metaverse verfügbar sein. Für den Austausch ist es wichtig, sich auf gemeinsame, standardisierte Schnittstellenbeschreibung wie die Verwaltungsschale (Asset Administraton Shell AAS) festzulegen. Was dahinter liegt, muss nicht gleich aufgebaut sein. Doch die Kommunikation sollte immer über standardisieret Schnittstellen laufen, damit die Komponenten aller Hersteller miteinander reden können. Das ist die Voraussetzung, um sich in einem virtuellen Raum zu treffen, um gemeinsam zum Beispiel größere Anlagen zu entwickeln.

Haben Sie sich bereits mit IT-Werkzeugen für das Metaverse auseinandergesetzt? Welche Themen ergeben sich hier?

Sörensen: Wir arbeiten mit einer sehr breiten Landschaft an speziellen Experten-Tools. Gerade im CAD-Umfeld gibt es eine Vielzahl an Werkzeugen, die ihre Sache besonders gut können. Diese Tools werden nicht verschwinden, weil es nicht das eine Plattformprodukt gibt, in dem alles zusammengefasst ist. Künftig ist das kein Problem mehr, denn jetzt bieten immer mehr Lösungshersteller Schnittstellen an, um die Daten an anderer Stelle zusammenzuführen, etwa in einem Orchestrierungs-Tool wie der Omniverse-Plattform. Wir wollen also nicht den Experten und Expertinnen ihre Tools wegnehmen, sondern die Daten zusammenführen.

Welche Spezialisten mit welchen Skills werden künftig benötigt, um Szenarien für das Metaverse zu entwickeln? Welche Jobs könnten sich dafür eventuell durch Weiterbildung verändern?

Sörensen: Einen großen Bedarf gibt es insgesamt bei mehr Software-Erfahrung und sicherlich bei Knowhow rund um die Entwicklung hin zu FAIRen Daten. Rund um Datenarchitektur und -Modellierung entstehen neue Rollen, die es bisher im Maschinenbau noch nicht gab. Da kann man mit Weiterbildung vorankommen, aber es braucht auch Spezialisten. Entscheidend ist, dass die Menschen anders über Daten nachdenken, im Sinne von Daten als Produkt und Data Ownership.

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Wie kompliziert ist es heute, Szenarien oder Welten und 3D-Cloud-Services im Metaverse zu bauen und die eigenen Produkte zu integrieren?

Sörensen: Es ist ehrlich gesagt noch nicht so einfach, wie es sein sollte. Bisher sind Spezialist*innen nötig, die sich mit Software-Entwicklung und den Assets auskennen. Ganz ohne Programmierkenntnisse geht es noch nicht. Die Software-Anbieter bemühen sich, die Hürden zu senken, etwa mit Generative AI und LowCode-Entwicklung. Menschen, die sich bereits mit 3D-Modellierung auskennen und wissen, welche Farbe und Reflektion ein Objekt optimalerweise haben soll, können einen wichtigen Beitrag leisten

Wo haben die Werkzeuge noch Schwächen? Wird es perspektivisch einfacher, mit den Metaverse-Oberflächen und miteinander zu arbeiten?

Sörensen: Zu den Schwächen zählt ganz klar, dass die Werkzeuge noch nicht auf industriellem Niveau sind. Anbieter wie Nvidia kommen aus der Gaming-Branche und sind dann in Richtung Deep Learning, Machine Learning und Kryptotechnologie gegangen. Jetzt wagen sie den Schritt in dem Maschinenbau als vielversprechenden Markt. In der Produktion spielen jedoch, anders als im Gaming, Langzeitstabilität und Verlässlichkeit eine zentrale Rolle. Im Bereich Zuverlässigkeit, Safety und Cybersicherheit wird noch viel entwickelt. Zudem geht es darum, industrielle Standards zu bereits im Maschinenbau etablierten Hardware-Schnittstellen und Systemen abzubilden. Daran arbeitet auch Manufacturing-X.

Welche Lücken müssen für den industriellen Einsatz aus Ihrer Sicht noch geschlossen werden?

Sörensen: Zum Beispiel müssen Standardmaterialien in eine Plattform wie Omniverse integriert sein, damit sie sich in der Breite in der Industrie etablieren kann. Dazu gehört ein umfänglicher, geteilter Asset-Katalog mit hoher physikalischer Korrektheit, etwa für die gängigen Laufbänder, die sich in fast jeder Halle finden. Es müssen physikalische Eigenschaften hinterlegt sein, damit in der Simulation gut und schnell mit den Assets gearbeitet werden kann. Ähnliches gilt für Standardmaterialien. Für Sick sind Materialien wie Aluminium und dessen spezifische Reflektionseigenschaften im nicht sichtbaren Bereich wichtig, weil viele unserer Produkte mit IR-Licht arbeiten.

Wie gelingt es, reale Umgebungen schneller ins Metaverse zu bringen?

Sörensen: Reality Capture ist besonders wichtig. Im Think Tank beschäftigen wir uns mit vielen Technologien, die dabei helfen, die Realität schnell und einfach für virtuelle Modelle zu nutzen. Gerade für ganze Anlagen und Hallen wäre es extrem mühsam, für alle Objekte die CAD-Modelle zu suchen. Ein Ansatz besteht im Abfilmen, indem ein Objekt per Video oder Bild von allen Seiten aufgenommen wird, um daraus ein 3D-Modell zu bauen. Wir verfolgen sehr genau, was sich technologisch tut, denn die Entwicklungsgeschwindigkeit in diesem Bereich ist unvorstellbar hoch, es gibt praktisch jede Woche etwas Neues. Durch Generative AI ist das Thema geradezu explodiert. Manchmal muss man nur zwei Wochen warten, und dann gibt es die Features, die vielleicht eben noch für die Umsetzung gefehlt haben.

Virtuell lassen sich ganze Anlagen einschließlich Sensoren simulieren und die Sensoren ausprobieren.
Virtuell lassen sich ganze Anlagen einschließlich Sensoren simulieren und die Sensoren ausprobieren. (Bild: Sick)

Welche Rolle kann Generative AI dabei konkret spielen?

Sörensen: Gen AI hilft bei der Erzeugung von virtuellen Assets und Szenen und einer höheren Variabilität. Gerade wenn eine bestimmte Lösung in vielen Szenarien getestet werden soll, können diese nicht von Hand populiert werden. Mit Gen AI lassen sich auch 10.000 Szenarien erzeugen und in 3D-Modelle überführen.

Welche Rolle spielt OpenUSD dabei?

Sörensen: OpenUSD (Universal Scene Description) scheint sich derzeit als Austauschstandard für virtuelle und 3D-Modelle zu etablieren. Aus unserer Sicht ist es ein ideales Format, das in alle Richtungen erweitert werden kann. Aktuell ist Omniverse die wichtigste Plattform dafür. Auf dem Weg zum Metaverse sind Standards ein entscheidender Faktor: Genauso, wie sich bei digitaler Musik MP3 durchgesetzt hat, könnte OpenUSD der Standard für den Austausch von 3D-Assets werden.

Welche Bedeutung hat das Metaverse für die Kundenbindung und die Produktpräsentation?

Sörensen: Wir wollen das Metaverse nutzen, um eine viel schnellere Individualisierung des Angebots zu erreichen. Bisher sehen Kunden ein generisches Produkt mit bestimmten Eigenschaften, sie wissen aber nicht, ob es geeignet ist, ihr spezifisches Problem zu lösen. Im Metaverse könnten Kunden perspektivisch ein 3D-Modell ihrer Umgebung einbringen und das Problem beschreiben. In der virtuellen Welt lässt sich so sehr viel schneller eine individuelle Lösung finden. Hier können wir die Funktionalität unserer Produkte deutlich besser darstellen und zeigen, dass die Lösung in dieser Umgebung funktionieren wird. Die Vision: Die Konfiguration fließt dann, wie beim Ikea-Küchenplaner, sofort in ein konkretes Angebot ein. Bisher ist das mit einem längeren Aufwand verbunden und so nicht möglich. Derzeit arbeiten wir an einer solchen Lösung für Track&Trace-Systeme.

Welche Rolle kann das Metaverse künftig in Ihrer eigenen Produktion spielen?

Sörensen: Bei Sick befasst sich eine Abteilung mit „Production of the Future“. Es ist beispielsweise bereits Simulations- und Optimierungssoftware im Einsatz, um eigene Produktionsstätten zu planen und zu optimieren. Aktuell startet ein Projekt, das sich damit befasst, von der Linien- zu mehr Matrixproduktion zu kommen. Ziel sind mehr Flexibilität und eine schnelle Umstellung – eine sehr komplexe Herausforderung. Die Planung dafür wollen wir digital machen, indem wir sie in der virtuellen Welt simulieren und testen.

überarbeitet von: Dietmar Poll

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