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«.
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
In der Forschung hat sich Fraunhofer IWM zum Ziel gesetzt, den Umgang mit Werkstoffinformationen zu vereinheitlichen und zu erleichtern. Die Vision eines geteilten Werkstoffdatenraums nach FAIR-Prinzipien (Wilkinson et al., 2016, DOI:10.1038/sdata.2016.18) verspricht Synergien und Effizienzgewinne durch die Verfügbarkeit wissenschaftlicher Ergebnisse und wäre ein großer Schritt zur Informationsintegration in der Werkstofftechnik.
Das Fraunhofer IWM und seine strategischen Projektpartner erarbeiten in aktueller Leuchtturmprojekten hierfür erste Frameworks. Damit sollen dezentrale Materialdaten einheitlich strukturiert und zugänglich werden – natürlich unter Gewährleistung der Datensicherheit und der Datensouveränität. Aufgrund mangelnder Interoperabilität ist es heute kaum möglich aufwendig erzeugte Daten effizient zu verwalten und die Nutzung nachhaltig und flexibel zu gewährleisten – und das obwohl die umfangreichen Datenschätze eine Vielzahl wertvoller Erkenntnisse bergen.
Um ein Video in großem Format zu sehen, klicken Sie bitte auf das Wort "YouTube" im Bereich unten rechts der enstprechenden Videonavigation
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM