Digitalisierung - Der wertschöpfende Umgang mit Werkstoffdaten

Werkstoffe zum integralen Bestandteil durchgängiger und vernetzter Wertschöpfungsketten machen

Kern der Arbeiten des Fraunhofer IWM sind Werkstoffinformationen und Werkstoffdaten. Mit der Digitalisierung von Materialien leisten wir einen wichtigen Beitrag dazu, dass die zu verarbeitenden Materialien Bestandteil der digital durchgängigen und vernetzten Wertschöpfungskette werden.

Zentraler Aspekt ist, geeignete Materialdatenräume zu schaffen, womit alle materialspezifischen Daten digital verwaltet, automatisierbar abgefragt und Materialeigenschaften und Zustandsinformationen rekonstruiert werden können. Der Materialdatenraum ist Voraussetzung für eine Einbindung der Materialien in digital vernetzte Systeme. Digitale Materialzwillinge, die aus dem Materialdatenraum heraus mit Datenanalysewerkzeugen und Materialmodellen rekonstruiert werden, ermöglichen die Durchlässigkeit von örtlich und zeitlich variierenden Materialeigenschaften entlang des Produktlebenszyklus und über Unternehmensgrenzen hinaus.

Entwicklungs-, Fertigungs- und Betriebsprozesse lassen sich durch digitale Workflows wesentlich effizienter gestalten.  Erst durch eine durchgängige Beschreibung der Materialeigenschaften und ihrer Veränderungen, bekommt das Management des Produktlebenszyklus eine neue Qualität und es ergeben sich neue Geschäftsmodelle.

Unsere Zielsetzung ist digitale Workflows über mehrere Schritte hinweg so zu gestalten, dass eine möglichst umfassende digitale Repräsentation des betrachteten Prozesses entsteht und sich so »mit der Digitalisierung bessere Produkte erzeugen lassen«.

FuE Leistungen

  • Konzeption und Durchführung von Workshops zur Digitalisierung in werkstoffintensiven Fertigungsketten (Bedarfsermittlung, Analyse, Hindernisse, Lösungsmöglichkeiten)
  • Unterstützung bei der Erstellung von Prozess- und Materialontologien
  • Hierarchische Beschreibung von Werkstoffen mit experimentellen und simulativ bestimmten Daten entlang von Prozessen
  • Erzeugung digitaler Datensätze und Repräsentationen von Werkstoffen
  • Design und Aufbau von Werkstoffdatenräumen
  • Vervollständigung von Werkstoffdaten im digitalen Zwilling durch virtuelles Testen (Virtuelles Labor)
  • Finden und Fassen von Struktur-Eigenschaft-Relationen in neuen Materialsystemen
  • Nutzen von Materialinformation als Steuerungsgröße im Produktionsprozess
  • Digitale Abbildung  und Analyse von Werkstoffhistorien
  • Verknüpfen der Bauteilhistorie mit der Verhaltensvorhersage
  • Automatisierte Werkstoffdatenerzeugung (3D-Strukturerfassung, Mikrostrukturanalytik, Tribofarming)
  • Top-Down/Bottom-Up informierte Modellierung von Materialeigenschaften auf atomarer bis zur Bauteil-Skala (Multiskalen-Informationsaustausch)
  • Gezielte Datenanalyse mittels moderner statistischer Methoden zur Entwicklung von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und weiteren datengetriebenen Erkenntnisprozesssen
  • Automatisierte Erstellung von Materialkarten

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Fraunhofer IWM Videoserie: Digitalisierung in der Werkstofftechnik

Der Bedarf an Digitalisierung in der Werkstofftechnik

Der digitale Zwilling in der Werkstofftechnik

Wie wird die digitale Repräsentation eines Werkstoffs erzeugt?

Der digitale Zwilling eines Werkstoffs
im Produktlebenszyklus


 

How do knowledge graphs improve materials data management in process chains?

Informationen und Nachrichten aus der Digitalisierung

 

BMBF Plattform
MaterialDigital

Ziel der Plattform MaterialDigital (PMD) ist der Aufbau der Strukturen für einen virtuellen Materialdatenraum und die Systematisierung des Umgangs mit Werkstoff­daten. Dazu sollen Übereinkünfte zu Datenstrukturen und Schnittstellen entwickelt werden, die Nutzerinnen und Nutzern des Frameworks einen konkreten Mehrwert in eigenen Projekten bieten.

 

NFDI-MatWerk

Im Rahmen der Ausschreibung zur Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) bewirbt sich das Konsortium NFDI-MatWerk (NFDI für die Materialwissenschaft & Werkstofftechnik) auf Projektmittel zur Entwicklung wegweisender Übereinkünften und Tools zur Umsetzung der Digitalisierung in der Materialwissenschaft.

 

Landesprojekt MaterialDigital BW

Sieben Forschungsinstitute demonstrieren unter der Leitung des Fraunhofer IWM, wie Werkstoffe in digitale Wertschöpfungsketten im Sinne von Industrie 4.0 integriert werden. Für zwei Anwendungen werden digitale Repräsentationen, sogenannte Materialzwillinge, der verarbeiteten Materialien erzeugt.

 

Workshop MaterialDigital2019 am 14. und 15. Mai 2019

Beim Workshop MaterialDigital trafen sich Akteure aus Industrie und Wissenschaft mit der Überzeugung, dass sich Entwicklungs- und Fertigungsprozesse durch digitale Workflows effizienter gestalten lassen. Die Teilnehmenden arbeiten an Themen wie künstlicher Intelligenz, digitalen Repräsentationen, Datenplattformen, Datenformaten oder Hochdurchsatz-Methoden.

Veranstaltungsbericht Workshop MaterialDigital2019 (PDF)

 

Digitaler Zwilling für Werkstoffe

Sollen Produktionssysteme digital vernetzt und im laufenden Betrieb werkstoffgerecht verbessert werden, müssen dafür auch die Veränderungen der Werkstoffe gemessen, analysiert und abgebildet werden – im sogenannten »digitalen Materialzwilling«. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher haben mit einem Werkstoffdatenraum die Grundlage hierfür geschaffen.

 

MagnetPredictor: Magnetische Materialeigenschaften vorhersagen

Permanentmagnete für Elektroautos und Windräder enthalten bisher Seltenerdmetalle. Deren Anteil soll sinken, da es beim Abbau dieser wertvollen Ressourcen zu Gesundheits- und Umweltschädigungen kommt. Ein neues Machine-Learning-Tool hilft in der Magnetentwicklung, ferromagnetische Kristalleigenschaften neuer Materialzusammensetzungen einfach und schnell vorherzusagen...

 

DGM-Interview mit Prof. Dr. Peter Gumbsch zum Thema Digitalisierung

Die Digitalisierung des produzierenden Gewerbes verspricht Wettbewerbsvorteile durch Vernetzung, Integration und neue Dienstleistungen auf der Basis von Informationsströmen und der Auswertung großer Datenmengen. Sie ist ohne eine digitale Repräsentation der Produkte und verarbeiteten Materialien nicht vorstellbar. DGM-Interview mit Prof. Dr. Peter Gumbsch zum Thema Digitalisierung in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MatWerk)...

 

Workshop MaterialDigital 2018

Am 11. und 12. April 2018 trafen sich Akteure aus Industrie und Wissenschaft mit der Profession, Entwicklungsprozesse für Werkstoffe und Bauteile zu beschleunigen, Fertigungsprozesse flexibler zu gestalten oder die Zuverlässigkeit und Lebensdauer im Bauteileinsatz zu verbessern. Der Schlüssel dazu ist die intelligente Verknüpfung, Analyse und Bewertung von Materialinformationen aus unterschiedlichen Quellen entlang der Wertschöpfungskette.

Veranstaltungsbericht Workshop MaterialDigital2018 (PDF)

 

Werkstoffdaten für Umformsimulation im virtuellen Labor ermitteln

Bei der Umformung werden Blechwerkstoffe häufig bis an ihre Grenzen belastet. Wie weit man in der Produktion gehen kann wird mit Computersimulationen getestet. Doch diese Simulationen sind nur so genau wie die Daten, die man ihnen zugrunde legt. Ein Team am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg hat jetzt ein virtuelles Versuchslabor entwickelt, mit dem beliebige Belastungszustände für metallische Materialien »auf Knopfdruck« untersucht und präzise werkstoffmechanische Daten ermittelt werden können...