För att säkerställa digitalt nätverk av produktionssystem och optimering av materialspecifika krav, vi måste mäta, analysera och replikera förändringarna i materialegenskaper i en process där "digitala tvillingar" av material skapas. Materialdatarummet som utvecklats av Fraunhofer -forskare har lagt grunden för denna process.

När en färdig del rullar av produktionslinjen, detta är en av de första frågorna som alltid ställs:"Har denna komponent de egenskaper jag vill ha?" Ofta, även de minsta variationerna i produktionsmiljön är tillräckligt för att ändra en parts materialegenskaper - och sätta ifrågasätta dess funktionalitet. Tillverkare undviker detta genom att noggrant inspektera prover under hela produktionsprocessen. Att bryta ner proverna i deras sammansatta delar och mäta dem separat är en extremt tidskrävande process. "Resultatet av provprovningsprocessen förgrenar sig till en rad olika delmängder, var och en med sina egna specifika mätresultat, "förklarar Dr. Christoph Schweizer, Chef för bedömning av material, Affärsenhet Lifetime Concepts vid Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM i Freiburg. "Även om experter kan ha en överblick över de komplexa inbördes förhållandena i sina huvuden, hittills har det inte funnits något sätt att ta mångfalden av resulterande data och skildra den i ett sammanhängande digitalt format. "

En digital tvilling för varje material

Nu, för första gången, forskare vid Fraunhofer IWM har utvecklat ett konceptbevis som visar att det är möjligt att digitalt representera många sådana materialbehandlingscykler med ett materialdatautrymme för testprover som produceras med hjälp av additiv tillverkning. "Datautrymme -konceptet låter oss integrera alla typer av materialinformation i ett digitalt nätverk - ett riktigt värdefullt verktyg, särskilt inom ramen för Industrie 4.0, "säger Schweizer." Vi vill använda materialdatautrymmet för att automatiskt generera en digital tvilling av varje material som speglar det aktuella tillståndet för det fysiska objektet som undersöks. "

Fördelen med materialdatarummet är att det ger en översikt av alla relevanta parametrar, medan tidigare data om olika materialparametrar var spridda bland många datalager i många olika format. Men det verkliga löftet ligger längre fram. "Under de kommande åren, materialdatautrymmet har potential att bli produktionskommando. När komponentkvaliteten inte håller den förväntade standarden, du kan jämföra den med information om tidigare komponenter som lagrats i materialdatautrymmet för att avgöra om den aktuella komponenten faktiskt kan användas eller om den måste avvisas, "säger Schweizer. I framtiden, dessa resultat kan automatiskt integreras i industriella beslutsprocesser:när komponentkvaliteten sjunker under den nödvändiga standarden, produktionen stannar automatiskt.

En ontologibaserad materialram

Att skapa datarummet - och hantera mångfalden av materialdata - kräver en motsvarande informationsmodell. "I detta fall, modellen speglar den naturliga materialvärlden, där materialtillstånd och egenskaper tilldelas definierade kategorier, "förklarar Dr Adham Hashibon, forskare i tillverkningsprocesser vid Fraunhofer IWM. Forskare använder sig av ett ontologibaserat ramverk av fast logik och hierarki. Det bästa sättet att tänka på det är när det gäller ett socialt nätverk, som Facebook. Varje person på Facebook är en nod i nätverket. Och i sin tur, dessa noder har sina egna associationer, till exempel, musiksmak. "Det vi gör är att skapa semantiska relationer mellan de enskilda materialobjekten och deras associerade bearbetningssteg, "säger Hashibon. Sedan finns det också inbördes förbindelser mellan dessa samhällen. Vad som skulle vara en vänskap på Facebook representeras i materialdatarummet genom detaljer om den kronologiska sekvensen av produktion eller arbetssteg, till exempel "lämnar den additiva tillverkningsprocessen" eller "denna laser är en del av 3D-utskriftsprocessen".

Den nya demonstratorn för additivt tillverkade metallkomponenter (som nämnts tidigare) har kapacitet att generera prover, karakterisera materialet de innehåller, utföra efterföljande dataanalys och bestämma materialegenskaper. Tack vare logiken som ligger till grund för modellen, användare kan göra extremt komplexa frågor om datautrymmet som helt enkelt inte skulle vara möjligt med samma grad av flexibilitet när det gäller en konventionell databas. Genom sitt banbrytande arbete med digitaliserade datarum, Fraunhofer IWM ger ett betydande bidrag till europeiska initiativ om materialmodellering som en del av European Materials Modeling Council, samt digitaliseringsstrategin för den tyska delstaten Baden-Württemberg. På medellång sikt, forskarna tänker konvertera alla dataadministrationsfunktioner som används av Fraunhofer IWM till data space -modellen. De letar för närvarande efter samarbetspartners och pilotanvändare för detta och andra applikationer, som sedan delar chansen att forma innovativa nya materialutvecklingar.