Om de digitale netwerking van productiesystemen en de optimalisatie van materiaalspecifieke vereisten te waarborgen, we moeten meten, analyseer en repliceer de veranderingen in materiaaleigenschappen in een proces waarin "digitale tweelingen" van materialen worden gecreëerd. De door Fraunhofer-onderzoekers ontwikkelde materiaaldataruimte heeft de basis voor dit proces gelegd.

Wanneer een afgewerkt onderdeel van de productielijn rolt, dit is een van de eerste vragen die altijd wordt gesteld:"Heeft dit onderdeel de eigenschappen die ik wil?" Vaak, zelfs de kleinste variaties in de productieomgeving zijn voldoende om de materiaaleigenschappen van een onderdeel te veranderen – en de functionaliteit in twijfel te trekken. Fabrikanten vermijden dit door monsters tijdens het productieproces nauwgezet te inspecteren. Het opsplitsen van de monsters in hun samengestelde delen en afzonderlijk meten is een uiterst tijdrovend proces. "De uitkomst van het monstertestproces vertakt zich in een reeks verschillende subsets, elk met hun eigen specifieke meetresultaten, " legt Dr. Christoph Schweizer uit, Hoofd van de beoordeling van materialen, Lifetime Concepts business unit bij het Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM in Freiburg. "Terwijl experts misschien in hun hoofd een overzicht kunnen houden van de complexe onderlinge verbanden, tot nu toe was er geen manier om de diversiteit van de resulterende gegevens te nemen en deze in een coherent digitaal formaat weer te geven."

Een digitale tweeling voor elk materiaal

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, onderzoekers van het Fraunhofer IWM hebben een proof-of-concept ontwikkeld dat aantoont dat het mogelijk is om veel van dergelijke materiaalverwerkingscycli digitaal weer te geven met een materiaalgegevensruimte voor testspecimens die zijn geproduceerd met behulp van additieve fabricage. "Het concept van de dataruimte stelt ons in staat om elk type materiële informatie te integreren in een digitaal netwerk - een echt waardevol hulpmiddel, vooral in de context van Industrie 4.0, ", zegt Schweizer. "We willen de materiaalgegevensruimte gebruiken om automatisch een digitale tweeling van elk materiaal te genereren die de huidige staat van het fysieke object dat wordt onderzocht, weerspiegelt."

Het voordeel van de materiaalgegevensruimte is dat deze in één oogopslag een overzicht biedt van alle relevante parameters, terwijl voorheen gegevens over verschillende materiële parameters verspreid waren over talrijke gegevensopslagplaatsen in veel verschillende formaten. Maar de echte belofte ligt verder in het verschiet. "In de jaren die komen, de materiaalgegevensruimte heeft het potentieel om het productiecommandocentrum te worden. Wanneer de kwaliteit van onderdelen niet aan de verwachte standaard voldoet, je kunt het vergelijken met informatie over eerdere componenten die zijn opgeslagen in de materiaalgegevensruimte om te bepalen of het huidige onderdeel daadwerkelijk kan worden gebruikt of dat het moet worden afgewezen, " zegt Schweizer. In de toekomst, deze resultaten kunnen automatisch worden geïntegreerd in industriële besluitvormingsprocessen:wanneer de kwaliteit van de componenten onder de vereiste norm zakt, de productie komt automatisch tot stilstand.

Een op ontologie gebaseerd materialenraamwerk

Het creëren van de dataruimte – en het beheren van de diversiteit aan materiaaldata – vraagt ​​om een ​​bijbehorend informatiemodel. "In dit geval, het model weerspiegelt de natuurlijke materiële wereld, waarin materiële toestanden en eigenschappen worden toegewezen aan gedefinieerde categorieën, " legt Dr. Adham Hashibon uit, onderzoeker in productieprocessen bij de Fraunhofer IWM. Onderzoekers putten uit een op ontologie gebaseerd raamwerk van vaste logica en hiërarchie. De beste manier om erover na te denken is in termen van een sociaal netwerk, zoals Facebook. Elke persoon op Facebook is een knooppunt in het netwerk. En op zijn beurt, deze knooppunten hebben hun eigen associaties, bijvoorbeeld, muzieksmaak. "Wat we doen is het creëren van semantische relaties tussen de individuele materiële objecten en de bijbehorende verwerkingsstappen, ", zegt Hashibon. Dan zijn er ook onderlinge relaties tussen deze gemeenschappen. Wat een vriendschap op Facebook zou zijn, wordt in de materiaalgegevensruimte weergegeven door details over de chronologische volgorde van productie of werkstappen, bijvoorbeeld "het additive manufacturing-proces verlaten" of "deze laser maakt deel uit van het 3D-printproces".

De nieuwe demonstrator voor additief vervaardigde metalen componenten (eerder genoemd) heeft de capaciteit om monsters te genereren, karakteriseren van de materialen die ze bevatten, voer vervolgens een gegevensanalyse uit en bepaal de materiaaleigenschappen. Dankzij de logica die aan het model ten grondslag ligt, gebruikers kunnen uiterst complexe query's maken op de gegevensruimte die eenvoudig niet mogelijk zouden zijn met dezelfde mate van flexibiliteit in het geval van een conventionele database. Door zijn baanbrekende werk op het gebied van gedigitaliseerde dataruimten, de Fraunhofer IWM levert een belangrijke bijdrage aan Europese initiatieven op het gebied van materiaalmodellering als onderdeel van de European Materials Modeling Council, evenals aan de digitaliseringsstrategie van de Duitse deelstaat Baden-Württemberg. Op middellange termijn, de onderzoekers zijn van plan om alle gegevensbeheerfuncties die door de Fraunhofer IWM worden gebruikt, om te zetten in het dataruimtemodel. Ze zijn momenteel op zoek naar samenwerkingspartners en pilootgebruikers voor deze en andere toepassingen, die vervolgens de kans delen om innovatieve nieuwe materiaalontwikkelingen vorm te geven.