Morgen

Unsere Digitalisierungs-Projekte sind Booster für viele Bereiche unserer Geschäftsfelder, da wir jeweils Demonstratoren entwickeln, die nützlich für die Industrie sind und unser KnowHow weiter steigern.

Im Konsortium Machine Learning for Production ML4P entwickeln wir für unseren Herstellungsprototypen »Lasergestütztes Glasbiegeverfahren« eine Produktions-Optimierung mithilfe maschinellem Lernen ML. Daten der Laser, Thermoelemente und die Auswertung von Wärmebildern werden kombiniert und Verbesserungsvorschläge für das Programm des Lasers errechnet.

Mit Beendigung des Landes-Forschungsprojekts MaterialDigital unter unserer Leitung konnten wir große Fortschritte bei der Strukturierung von Materialdaten zu einem durchgängigen Datenraum erzielen. Der von uns erstellte Demonstrator bildet einen beispielhaften Materialdatenraum ab: für den Kokillenguss von Aluminiumteilen der Automobilindustrie und des Maschinenbaus. Dazu wurden Software-Werkzeuge zur Strukturierung der Daten sowie zur Automatisierung der Workflows entwickelt. Der Materialdatenraum dient als Grundlage für schnellere, präzisere Entscheidungen in materialintensiven Produktionen und kann problemlos auf andere Materialprozesse übertragen werden.

Im BMBF Verbundprojekt »Innovationsplattform Material Digital PMD« agieren unter unserem Vorsitz Institute von Max-Planck und Leibniz, die Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung BAM sowie das Karlsruher Institut für Technologie KIT, um digital zugängliche und systematisch nutzbare Infrastrukturen für Werkstoffdaten zu erschaffen. Wie kann die benötigte interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Material- und Informationswissenschaftler*innen organisiert werden? Wie gewährleisten wir Datensouveränität der Beteiligten und regeln Zugangsberechtigungen? Wie kann ein Daten-Framework für Abfragen, Vergleiche und Zusammenführen ausgewerteter Metadaten aussehen? Wir koordinieren dabei die Ontologieentwicklung und entwickeln als Demonstrator die Daten- und Prozessstrukturen eines Workflows von einer Bauteil-Wärmebehandlung über die Probenextraktion bis hin zum Zugversuch.

Im Rahmen des Fraunhofer-Innovationsprogramms koordinieren wir das Projekt »Digitalisierte Material- und Datenwertschöpfungsketten DMD4Future«: Die 13 Fraunhofer-Institute erarbeiten zunächst für die Luftfahrt- und Automobilindustrie Datenangebote im Material-Bereich, die Materialdatenökonomie, -bewertung und -recycling betrachten.

Unseren geplanten Workshop MaterialDigital 2020 mussten wir Corona-bedingt ins Folgejahr verschieben, in dem er sehr erfolgreich virtuell stattfand. Teilnehmende aus Industrie und Wissenschaft diskutierten, wie Daten anwendungsorientiert strukturiert und integriert und in einen in einen Mehrwert-bringenden Prozess überführt werden können. In den letzten beiden Jahren haben wir als Fraunhofer IWM, aber auch etliche Unternehmen, einiges an Lehrgeld bezahlt, um Werkstoffe und Werkstoffprozesse zu digitalisieren. So wissen wir heute besser, wo Fallstricke liegen und woran man Sackgassen erkennen kann. Diese Erkenntnisse teilen wir im Workshop und in den »MaterialDigital INSIGHTS« auf unserer Webseite.

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Digitalisierung - Der wertschöpfende Umgang mit Werkstoffdaten 

Integrated Computational Materials Engineering ICME 

Im Zukunftsmarkt Wasserstoffwirtschaft finden wir Werkstoff-Lösungen im Bereich Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei der Erzeugung, Verteilung und Nutzung des Energieträgers Wasserstoff. Im Rahmen des Innovationsprojekts HYPOS der BMBF-Förderinitiative »Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation« sind wir in drei Projekten rum um Herstellung, Speicherung, Verteilung und breite Anwendung von Grünem Wasserstoff aktiv. 

Im Projekt »Pipeline Integrity Management System PIMS« qualifizieren wir Stähle für Rohrfernleitungen und arbeiten an deren Lebensdauervorhersage. Das Projekt UGS beschäftigt sich mit der Errichtung und Umrüstung von Salzkavernen für die Wasserstoffspeicherung. Hier bewerten wir die Integrität von Schweißnähten beispielsweise in Stahl-Förderrohren. Auch karbonfaserverstärkte Kunststoffe sind im Blick der Wasserstoffwirtschaft – das Projekt H2-HD legt Kunststoffwickeltanks für Druckwasserstoff bis zu 1000 bar aus.

Die werkstoffmechanischen Fragestellungen unabhängig von der Wasserstoffwirtschaft rund um Wasserstoffversprödung sind selbstverständlich Thema am Fraunhofer IWM. Neben tribologischen Analysen von Schmierstoffen hinsichtlich ihrer Affinität zur Wasserstofffreisetzung und in-situ Messungen der Wasserstoffpermeation im Reibversuch in einer elektrochemischen Zelle entwickeln wir beispielsweise im Projekt OptiHeat ein flexibles Computersimulationswerkzeug: Es unterstützt die schnelle und fundierte Auslegung von Wärmebehandlungsverfahren zum Austreiben von Wasserstoff aus Bauteilen mit galvanischer Beschichtung um Wasserstoffversprödung zu vermeiden.

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Die Wirkung von Wasserstoff auf Werkstoffe verstehen, beherrschen und nutzen 

Quantenkommunikation und Quantencomputing sind für Deutschland wichtige Themen, um Technologiesouveränität zu erhalten. Zahlreiche Bundes- und Landesinitiativen unterstreichen die Bedeutung des Themas und gestalten die sogenannte zweite Quantenrevolution Deutschlands mit. Über die nächsten Jahre soll sogar ein eigener nationaler Quantencomputer entwickelt werden. Fraunhofer will der Quantentechnologie den Weg in die Verwertbarkeit ebnen und ihre Möglichkeiten breit erschließen. 

Wir erforschen im Fraunhofer-Leitprojekt »Quantenmagnetometrie QMag« die Anwendung neuartiger Quantenmagnetsensoren mit höchster Signalempfindlichkeit oder höchster Ortsauflösung. Sie sollen helfen, Schädigungsvorgänge in Bauteilen frühzeitig zu erkennen und aufzuspüren. Wir beschreiben quantentheoretisch die atomaren Elektronen- und Spinzustände in Magnetfeldern und bewerten sie. Im Fraunhofer Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« nutzen wir einen neuartigen Quantencomputer für theoretische, multiskalige Werkstoffsimulationen. Es geht darum, bestimmte physikalische, chemische oder mechanische Werkstoffprobleme zu erforschen, die mit klassischen Computern bisher nur sehr aufwendig oder gar nicht lösbar sind.

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Fraunhofer-Leitprojekt Quantenmagnetometer für industrielle Applikationen – QMAG