Digitaler Zwilling 2.0: Der digitale Werkstoffzwilling kommt

Enthalten »Digitale Zwillinge« überhaupt die notwendigen Daten? Qualität und Zusammensetzung der eingesetzten Werkstoffe beeinflussen z.B. die Produktqualität und müssen überprüfbar sein. Das dachten sich Forscher des Fraunhofer IWM und entwickeln deshalb ein Datenraumkonzept für Werkstoffhistorien.

Datenraum Bildquelle: © Fraunhofer IWM

Mit dem Datenraumkonzept Werkstoffinformationen jeglicher Art in digitale Netze integrieren – das soll der Produktion im Rahmen der Industrie 4.0 wichtige, bislang fehlende Informationen zugänglich machen.

Produktionsschwankungen beeinflussen die Bauteilfunktionalität, deren exakter Zustand nur durch unzählige Probenahmen und Untersuchungen ermittelt werden kann. Viele solche Proben ergeben eine Art »Werkstoffhistorie«. Dr. Christoph Schweizer, Leiter des Geschäftsfelds Werkstoffbewertung, Lebensdauerkonzepte am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg erklärt: »Expertinnen und Experten haben diese Zusammenhänge im Kopf, allerdings gab es bisher keine Möglichkeit, die resultierende, in unterschiedlichen Formaten vorliegende Datenvielfalt zusammenhängend digital abzubilden.«

Solchen Werkstoffhistorien glauben die Forscher des Fraunhofer IWM nun mit dem Konzept des Werkstoffdatenraumes näher gekommen zu sein. »Mit dem Datenraumkonzept können wir Werkstoffinformationen jeglicher Art in digitale Netze integrieren – was unter anderem im Hinblick auf Industrie 4.0 wichtig ist«, so Schweizer. »Aus dem Werkstoffdatenraum heraus wollen wir automatisiert zu jedem Werkstoff einen digitalen Zwilling erzeugen, der den jeweils aktuellen Zustand des betrachteten materiellen Objekts beschreibt.«

Bislang lagen Angaben zu den relevanten Parametern nur verstreut in zahlreichen Datenablagen und unterschiedlichen Datenformaten vor. Der Werkstoffdatenraum stellt alle relevanten Parameter auf einen Blick zur Verfügung. »Der Werkstoffdatenraum könnte das Produktions-Gehirn der kommenden Jahre werden. Wann immer die Bauteilqualität nicht wie gewünscht vorliegt, könnte man sie im Werkstoffdatenraum mit Bauteilen aus der Vergangenheit vergleichen und herausfinden, ob sich das aktuelle dennoch verwenden lässt oder aussortiert werden muss«, sagt Schweizer. Diese Ergebnisse könnten künftig automatisch in industrielle Entscheidungsprozesse einbezogen werden: Ist die Werkstoffqualität mangelhaft, wird die Produktion automatisch gestoppt.

Die Forscher entwickeln hierfür ein leicht verknüpfbares Datenmodell, das in einem allgemein zugänglichen »Werkstoffdatenraum« alle Angaben zur chronologischen Abfolge von Produktions- und Arbeitsschritten sowie zur Werkstoffcharakterisierung enthält. Damit sollen komplexe Abfragen möglich werden, die mit klassischen Datenbanken heute unmöglich sind.