Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMDatenökosystem für die digitale Materialentwicklung auf Basis Ontologie-basierter digitaler Repräsentationen von Kupfer und Kupferlegierungen zur Steigerung der Performance, Sicherung der Nachhaltigkeit und Optimierung des Materiallebenszyklus
Das Projekt KupferDigital addressiert das für die interdisziplinäre Materialentwicklung fundamentale, bisher ungelöste Problem der sogenannten Expertise-Inseln. Hierzu wird ein auf dezentrale Datenrauminstanzen aufbauendes und ontologie-basiertes Datenökosystem für die Digitalisierung der Materialentwicklung mit Fokus auf die in-dustrielle Anwendung entwickelt und dessen Funktionalität anhand praktischer Beispiele demonstriert.
Die Lösung zeichnet sich durch einen ganzheitlichen Ansatz der Einbindung aller am Lebenszyklus beteiligten Industrie- und Wissenschaftsbereiche aus, sodass vom Pro-jektergebnis nicht wie bisher nur unmittelbar benachbarte Bereiche, sondern alle In-stanzen entlang des Zyklus profitieren. Als Referenzwerkstoff wird Kupfer gewählt, weil er aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und der hervorragenden Leitfähigkeit aus gesellschaftlicher Sicht für die digitale Transformation der Gesellschaft sowie die Energie- und die Mobilitätswende von fundamentaler Bedeutung ist. Die im Projekt erarbeitete Lösung, deren Entwicklung in enger Abstimmung mit der Plattform MaterialDigital (PMD) erfolgt, ist darüber hinaus leicht auf weitere metallische Struktur- und Funktionswerkstoffe oder andere Industriebereiche übertragbar.
Basis für den ganzheitlichen Ansatz ist die semantische Beschreibung der Werkstoff-klasse „Kupfer und Kupferlegierungen“, um Möglichkeiten für ein virtuelles Materialdesign zu schaffen. Dies erfolgt auf Basis der aktuellen Version der EMMO, die dazu von den Projektpartnern kollaborativ erweitert wird, um die Begrifflichkeiten für die maschinenbasierte Verarbeitung vollständig (d.h. im Umfang hinreichend) bzw. logisch richtig (d.h. für die Wissensgenerierung geeignet) zu integrieren. Auch werden in anderen Projekten erarbeiteten Methoden wie Kuratierungskonzepte und generische Datenstrukturen genutzt und an die Projekterfordernisse angepasst. Außerdem ist der regelmäßige Austausch mit der PMD vorgesehen, um die eigenen Entwicklungen abzugleichen und bereits während der Laufzeit des Projektes darüber zu in-formieren aber auch Synergieeffekte mit den parallel laufenden Projekten zu nutzen.
Ontologie und Datenökosystem bilden die Grundlage für eine qualitativ hochwertige, integrierte Datenerfassung, -haltung und -auswertung im Rahmen der virtuellen Ent-wicklung des Materials Kupfer im Sinne eines „Digitalen Materialzwillings“. Dabei werden sowohl Simulationsmethoden über mehrere Skalen und „Lebensabschnitte“ berücksichtigt, als auch über das Datenökosystem Schnittstellen für die gemeinsame Nutzung simulierter und experimenteller Daten angeboten. Die Methoden werden für digital-basierte Innovationen bei der Legierungsentwicklung und den Strangguss angepasst. Die Anbindung von Methoden für abstrakte Analysen erfolgt exemplarisch für Prozesskettenanalysen (workflow-basierte Betrachtung) bezüglich der Energie- und Nachhaltigkeit von Kupferwerkstoffen über den Gesamtlebenszyklus insbesondere auch mit Blick auf digital-basierte Bewertung von Recyclingrouten.