Oprettelse af digitale tvillinger af materialer

For at sikre det digitale netværk af produktionssystemer og optimering af materialespecifikke krav, vi skal måle, analysere og replikere ændringerne i materialegenskaber i en proces, hvor "digitale tvillinger" af materialer skabes. Materialedatarummet udviklet af Fraunhofer -forskere har lagt grundlaget for denne proces.

Når en færdig del ruller af produktionslinjen, dette er et af de første spørgsmål, der altid bliver stillet:"Har denne komponent de egenskaber, jeg ønsker?" Tit, selv de mindste variationer i produktionsmiljøet er nok til at ændre en parts materielle egenskaber - og sætte dens funktionalitet i tvivl. Producenter undgår dette ved omhyggeligt at inspicere prøver under hele produktionsprocessen. At nedbryde prøverne i deres sammensatte dele og måle dem separat er en ekstremt tidskrævende proces. "Resultatet af prøvetestprocessen forgrener sig til en række forskellige undergrupper, hver med deres egne specifikke måleresultater, "forklarer Dr. Christoph Schweizer, Leder af vurderingen af ​​materialer, Lifetime Concepts forretningsenhed ved Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM i Freiburg. "Selvom eksperter muligvis har et overblik over de komplekse indbyrdes forhold i deres hoveder, indtil nu har der ikke været mulighed for at tage mangfoldigheden af ​​resulterende data og skildre dem i et sammenhængende digitalt format. "

En digital tvilling til hvert materiale

Nu, for første gang, forskere ved Fraunhofer IWM har udviklet et konceptbevis, der viser, at det er muligt digitalt at repræsentere mange sådanne materialeforarbejdningscyklusser med et materialedatarum til testprøver fremstillet ved hjælp af additiv fremstilling. "Datarumskonceptet giver os mulighed for at integrere enhver form for materiel information i et digitalt netværk - et virkelig værdifuldt værktøj, især i forbindelse med Industrie 4.0, "siger Schweizer." Vi vil bruge materialedatarummet til automatisk at generere en digital tvilling af hvert materiale, der vil afspejle den aktuelle tilstand af det fysiske objekt, der undersøges. "

Fordelen ved materialedatarummet er, at det giver et overblik over alle relevante parametre, der henviser til, at data om forskellige materialeparametre tidligere var spredt blandt talrige datalager i mange forskellige formater. Men det virkelige løfte ligger længere fremme. "I de kommende år, materialedatarummet har potentiale til at blive produktionskommandocentret. Når komponentkvaliteten ikke lever op til den forventede standard, du kan sammenligne det med oplysninger om tidligere komponenter, der er gemt i materialedatarummet, for at afgøre, om den aktuelle komponent faktisk kan bruges, eller om den skal afvises, "siger Schweizer. I fremtiden vil disse resultater kunne automatisk integreres i industrielle beslutningsprocesser:når komponentkvaliteten falder under den krævede standard, produktionen standser automatisk.

En ontologi-baserede materialeramme

Oprettelse af datarummet - og håndtering af mangfoldigheden af ​​materialedata - kræver en tilsvarende informationsmodel. "I dette tilfælde, modellen afspejler den naturlige materielle verden, hvor materialetilstande og egenskaber er tildelt definerede kategorier, "forklarer Dr. Adham Hashibon, forsker i fremstillingsprocesser på Fraunhofer IWM. Forskere trækker på en ontologi-baseret ramme om fast logik og hierarki. Den bedste måde at tænke på det er i form af et socialt netværk, som Facebook. Hver person på Facebook er en knude i netværket. Og til gengæld, disse knuder har deres egne associationer, for eksempel, smag i musik. "Det, vi gør, er at skabe semantiske relationer mellem de enkelte materielle objekter og deres tilhørende behandlingstrin, "siger Hashibon. Så er der også indbyrdes forhold mellem disse fællesskaber. Hvad der ville være et venskab på Facebook, repræsenteres i materialedatarummet ved detaljer om den kronologiske rækkefølge af produktion eller arbejdstrin, for eksempel "at forlade den additive fremstillingsproces" eller "denne laser er en del af 3D-udskrivningsprocessen".

Den nye demonstrator for additivt fremstillede metalkomponenter (nævnt tidligere) har kapacitet til at generere prøver, karakterisere de materialer, de indeholder, foretage efterfølgende dataanalyse og bestemme materialegenskaber. Takket være logikken, der ligger til grund for modellen, brugere kan foretage ekstremt komplekse forespørgsler om datarummet, som simpelthen ikke ville være muligt med samme grad af fleksibilitet i tilfælde af en konventionel database. Gennem sit banebrydende arbejde med digitaliserede datarum, Fraunhofer IWM yder et væsentligt bidrag til europæiske initiativer om materialemodellering som en del af European Materials Modeling Council, samt til digitaliseringsstrategien for den tyske delstat Baden-Württemberg. På mellemlang sigt, forskerne har til hensigt at konvertere alle dataadministrationsfunktioner, der bruges af Fraunhofer IWM, til datamodellen. De leder i øjeblikket efter samarbejdspartnere og pilotbrugere til denne og andre applikationer, som derefter vil dele chancen for at forme innovative nye materialer udviklinger.