Digitalisierung in werkstoffintensiven Wertschöpfungsketten

Workflows, Datenräume, Digitale Repräsentationen

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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Projekte und Initiativen mit Beteiligung des Fraunhofer IWM

   

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.                  

 

BMBF Plattform Material Digital

Ziel ist der Aufbau einer Plattform und die Entwicklung von Werkzeugen, mit denen die Digitalisierung der Materialien praktisch umgesetzt werden kann.

Mit der konsistenten Kontextualisierung von Materialdaten werden Information zum Materialzuständen einschließlich der fertigungs- und einsatzbedingten Veränderungen für alle Stakeholder verfügbar gemacht.

 

NFDI4MSE

Forschungsdateninfrastruktur für die Materialwissenschaften und Werkstofftechnik:

Das Konsortium NFDI4MSE arbeitet an einem digitalen Datenraum, der dem komplexen hierarchischen Charakter der Materialien Rechnung trägt. Mit einem Softwareentwicklerteam und einem Expertennetzwerk wird eine digitale Plattform eingerichtet, die dem komplexen hierarchischen Charakter der Materialien Rechnung.

 

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.

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?

Um ein Video in großem Format zu sehen, klicken Sie bitte auf das Wort "YouTube" im Bereich unten rechts der enstprechenden Videonavigation

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Institutsmitteilungen im Bereich Digitalisierung

 

Materialdaten schneller, sicherer und besser zugänglich machen: Forschungswissen in Datenplattform

Den Weg zu einer digitalen Infrastruktur für materialwissenschaftliche Forschungsdaten soll das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierte Verbundprojekt »Innovations-Plattform MaterialDigital« ebnen. Ziel dabei ist einen virtuellen Materialdatenraum aufzubauen...

 

Workshop MaterialDigital2019 am 14. und 15. Mai 2019

Beim zweiten Workshop MaterialDigital treffen sich Akteure aus Industrie und Wissenschaft mit der Überzeugung, dass sich Entwicklungs- und Fertigungsprozesse durch digitale Workflows wesentlich effizienter gestalten lassen. Sie vertreten die Auffassung, dass das Management des Produktlebenszyklus durch eine möglichst durchgängige Beschreibung der Materialeigenschaften und ihrer Veränderungen eine neue Qualität bekommt. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer arbeiten an Themen wie künstlicher Intelligenz, digitalen Repräsentationen, Datenplattformen, Datenformaten oder Hochdurchsatz-Methoden um damit digitale Workflows, Materialdatenflüsse und mehr Materialintelligenz in Produkten und Prozessen zu schaffen.

 

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...

 

2,75 Millionen Euro für Digitalisierungsprojekt »MaterialDigital«

Das Land fördert das Projekt zur Digitalisierung der Werkstofftechnik »MaterialDigital« mit 2,75 Millionen Euro. Durch die Digitalisierung können Unternehmen künftig notwendige Materialien und Werkstoffe für ihre Produkte und Prozesse schnell und kosteneffizient identifizieren...

 

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 Expertinnen und Experten 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...

 

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...