Fraunhofer IWM

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM (Fraunhofer IWM), Freiburg

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM (Fraunhofer IWM, Freiburg; www.iwm.fraunhofer.de) ist Forschungs- und Entwicklungspartner für die Industrie und für öffentliche Auftraggeber im Bereich der Analyse und Bewertung der Zuverlässigkeit, Sicherheit, Lebensdauer und Funktionalität von Bauteilen und Systemen. Basis der Analyse und Bewertung ist häufig die fundierte werkstoffmechanische Materialmodellierung in Kombination mit der experimentellen und theoretischen Charakterisierung von Werkstoffen. Die am Fraunhofer IWM gewählten Ansätze zielen darauf ab, Schwachstellen und Fehler in Werkstoffen und Bauteilen zu identifizieren, deren Ursachen aufzuklären und darauf aufbauend Lösungen für die Einsatzsicherung von belasteten Bauteilen, für die Entwicklung funktionaler Materialien und für ressourceneffiziente Fertigungsprozesse anzubieten. Die digitale Repräsentation von Werkstoffen ist ein neues strategisches Feld des Fraunhofer IWM, um datenbasierte Lösungen als dritte Säule neben der experimentellen Charakterisierung und simulativen Behandlung von Werkstoffen zu entwickeln und zu nutzen. Hierzu werden systematisch digitale Prozesse zur effizienten Erzeugung, Speicherung und Analyse von Materialinformationen entwickelt. Das Fraunhofer IWM ist Mitinitiator des “Materials Data Space” des Fraunhofer-Verbundes MATERIALS, in dem labor- und unternehmensübergreifend digitale Daten zu Werkstoffen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bereitgestellt werden können.

Kompetenzen und Vorarbeiten

Um die digitale Transformation in den Materialwissenschaften und der Werkstofftechnologie in Zusammenarbeit mit der Industrie voranzutreiben, bringt sich das Fraunhofer IWM führend in europäischen (European Materials Modeling Council EMMC, siehe emmc.info, und European Materials Characterisation Council EMCC), nationalen Initiativen (DGM, VDI, DFG) sowie in Landesgremien ein. Durch maßgebliche Mitarbeit von Mitgliedern des Teams »Materials Data Science and Informatics« wurde am Fraunhofer IWM die European Materials und Manufacturing Ontology (Top-Level-Ontology EMMO) entwickelt, die als Standard zur Beschreibung von Modellen und Simulationen in den Materialwissenschaften etabliert ist. Ferner wurde ein Webportal entwickelt, mit dem strukturiert Modellierungsworkflows erfasst und gespeichert werden können (emmc.info/moda). In weiteren Projekten wurden skalenübergreifend Simulationswerkzeuge über offene Plattformen auf Basis von Common Universal Data Structures (CUDS) verknüpft, die zu einem wichtigen Pfeiler für die Entwicklung der EMMO wurden.
Ein zentraler Bestandteil zum Erreichen der Digitalisierung in der Materialwissenschaft und daher auch Kernaktivität des Fraunhofer IWM ist die Entwicklung von Plattformen, mit denen der Austausch von Materialmodellen, Simulationssoftware und der Zugang zu Materialdatenbanken effizient ermöglicht wird. Diese Plattform (Data Space Management Systems, DSMS) dient dem Wissensaustausch in der Wissenschaft und Industrie und wird unter anderem in den europäisch geförderten H2020-ProjektenMarketPlace (www.the-marketplace-project.eu) und Oyster (www.oyster-project.eu) vorangetrieben.

Ziele

Das Fraunhofer IWM stellt für Demonstrationszwecke ein Datenrepositorium bereit, das gegenwärtig für verschiedenste materialwissenschaftliche Datensätze entlang des gesamten Produktlebenszyklus nutzbar ist und mit den fortgeschrittenen Methoden der Qualitätssicherung weiterentwickelt und intensiv getestet werden können. Hierzu zählen unter anderem Methoden:

  • zur Validierung von Daten durch Testroutinen
  • zum Vergleich mit Standardtestdaten
  • des Maschinellen Lernens als Werkzeug für die Qualitätssicherung
  • zur Ontologie-basierten Repräsentation von Material- und Kontextdaten (Digitalisierung)
  • zur Realisierung einer automatisierten Qualitätsbewertung
  • Entwicklung eines erweiterbaren Klassifikationsschema für Materialdaten

Des Weiteren fließt in das Datenrepositorium Experten- und Domänenwissen des Fraunhofer IWM unter anderem bezüglich der Fertigungseigenschaften, der Lebensdauer, der thermomechanischen Ermüdung und tribologischer Eigenschaften mit ein.

Projektbeiträge

  • Projekt-Koordination
  • Review relevanter Ontologien und Ontologie-Entwicklung
  • Bereitstellung von Werkzeugen (CHADA, MODA u.a.) und Serviceleistungen
  • Entwicklung von Datenformaten
  • Entwicklung von Methoden zur Datenbereitstellung

Kontakt

Dr. Matthias Weber (Projektkoordination) (E-Mail: matthias.weber@iwm.fraunhofer.de)
Sabine Dues (Projektadministration) (E-Mail: sabine.dues@iwm.fraunhofer.de)
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Wöhlerstr.11, 79108 Freiburg