PMD-X-MAPRO: Unternehmensübergreifende Materialdaten und Materialsimulation in der Produktion

Projektbeschreibung

Ziel von »PMD-X-MAPRO« ist es, Lieferketten in der Stahlerzeugung und -verarbeitung durch Digitale Zwillinge und semantisch strukturierte Werkstoffdaten effizienter zu gestalten. Dafür soll basierend auf den Arbeiten der Plattform MaterialDigital (PMD) ermittelt werden, welche Materialdaten in einem Digitalen Zwilling zur Realisierung der Anwendungsfälle erforderlich sind und wie diese Materialdaten auf der Basis der PMD-Ontologie und der in dem Projekt StahlDigital entwickelten Domänenontologie AAS-konform bereitgestellt werden können. Die unternehmensübergreifende Weitergabe der Digitalen Zwillinge soll mittels eines Catena-X konformen Datenraums erfolgen, der eine kontrollierte Datenweitergabe und Datennutzung in Übereinstimmung zu den Konzepten von Manufacturing-X ermöglicht.

Im Fokus stehen zwei Anwendungsfälle aus der Stahlverarbeitung:

• Adaption und Optimierung von Fertigungsprozessen: Unternehmen können mittels digital übertragener Materialdaten bereits vor Ankunft des physischen Materials ideale Fertigungsparameter (Prozessparameter) festlegen und optimieren. Dadurch können Produktionsabläufe und die Qualität von Produkten optimiert werden. Im Rahmen des Anwendungsfalls soll untersucht werden, welche Materialdaten hierfür erforderlich sind und unter welchen Bedingungen auch sehr sensible, weil wettbewerbsrelevante Daten zur Prozessparametrierung in einem Datenraum geteilt werden können. Ebenfalls sollen Potentiale für neue Geschäftsmodelle – wie beispielsweise durch das Angebot von Materialkarten für die Prozesssimulation – untersucht werden.
• Bidirektionaler Austausch von Materialdaten: Durch Feedbackschleifen zwischen Stahlverarbeitern und -herstellern können sowohl Materialqualität als auch Herstellungsprozesse gezielt verbessert werden. In diesem Anwendungsfall soll daher der bidirektionale Datenaustausch mittels Digitaler Zwillinge entlang der Lieferkette untersucht werden.

Das Projekt adressiert die bislang analoge, fehleranfällige Datenweitergabe – etwa in Form von PDFs – und ersetzt diese durch maschinenlesbare, interoperable Digitale Zwillinge. Dadurch wird das wirtschaftliche Potenzial vorhandener Werkstoffdaten deutlich besser ausgeschöpft.

Teilvorhaben Fraunhofer IWM

Das Fraunhofer IWM übernimmt im Projekt »PMD-X-MAPRO« zentrale Aufgaben, um den Transfer von Werkstoffwissen in die digitale Industrie 4.0 zu ermöglichen:

• Anforderungsanalyse und Use-Case-Spezifikation: Das Fraunhofer IWM leitet die Erhebung und Dokumentation fachlicher, datenbezogener und technischer Anforderungen der Industriepartner. Dies geschieht durch Workshops, Werksbegehungen und Interviews.
• Ontologie-Erweiterung: Bestehende PMD-Ontologien werden durch das Fraunhofer IWM gezielt um relevante Werkstoffinformationen (z.B. chemische Zusammensetzung, Verarbeitungszustand, Wärmebehandlungszustand) und prozesskritische Werkstoffparameter (z. B. Fließkurven, Umwandlungskinetik, Unsicherheitsangaben) erweitert und um eine PMD-konforme Materialdateninstanz ergänzt, aus welcher Digitale Zwillinge konfiguriert werden.
• Mapping auf Verwaltungsschale (AAS): Die neuen Ontologie-Elemente werden durch das Fraunhofer IWM in das AAS-Metamodell überführt, um das Teilmodell »Process-Ready Material Twin« zu realisieren. Das Fraunhofer IWM übernimmt hier die Verantwortung bei den Labor- und Simulationsdaten.
• Standardisierung und Verbreitung: Gemeinsam mit dem Fraunhofer IESE führt das Fraunhofer IWM den neuen Teilmodelltyp »Material Digital Twin« in die Arbeitsgruppen der Industrial Digital Twin Association (IDTA) ein – mit dem Ziel, diesen als offiziellen IDTA-Standard zu etablieren. Darüber hinaus wird ein Use-Case-Blueprint, der alle Prozessschritte – Registrierung, Freigabe, Datennutzung, Feedback – sowie die Integration der PMD und der Datenraumtechnologie beschreibt, erarbeitet.