Materials Data Space® - Der Werkstoff wird digital

Mit der 2015 gegründeten Initiative Materials Data Space® (MDS) legt der Fraunhofer-Verbund MATERIALS eine Roadmap zu Industrie-4.0-tauglichen Werkstoffen vor. Ziel des MDS ist es, unternehmensübergreifend digitale Daten zu Materialien und Werkstoffen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bereitzustellen. Durch die Vernetzung werden kürzere Entwicklungszeiten, lernende Fertigungsverfahren und neue Geschäftsmodelle möglich, zudem ergeben sich enorme Potentiale für Materialeffizienz, Produktionseffizienz und Recycling.

Werkstoffe sind der entscheidende Treiber bei der Entwicklung innovativer Produkte im verarbeitenden Gewerbe. Schätzungen zufolge basieren heute bis zu 70% aller neuen Erzeugnisse auf Werkstoffinnovationen.

Dies zeigt sich besonders deutlich bei Industrie 4.0 Sie soll maßgeschneiderte Produkte nach individuellen Kundenwünschen möglich machen, die on demand, adaptiv, multifunktional oder by design hergestellt werden können. Idealerweise schnell und kostengünstig, selbstverständlich bei gewohnt hoher Qualität.

© Fraunhofer-Verbund MATERIALS

Der Materials Data Space macht es möglich, Werkstoffe als variable Systeme mit einstellbaren Eigenschaften zu begreifen und zu nutzen.

Motivation

Im deutschen verarbeitenden Gewerbe spielt der Materialkostenanteil eine zentrale Rolle auf dem Weg zu einer ressourceneffizienten Produktion. Er liegt mit einem Anteil von 35-55% des Bruttoproduktionswertes deutlich höher als der Anteil der Energiekosten, der zwischen 2-8% liegt. Oftmals behindern die hohen Materialkosten die schnelle und unkomplizierte Einführung innovativer Technologien in die Produktion, bspw. für den Einsatz von CFK in der automobilen Großserie.

Um derartige Wettbewerbsnachteile in Zukunft zu minimieren, gibt es vielfältige Ansatzpunkte / Lösungsansätze:

  • Senkung des Materialkostenanteils in der Produktion

  • Rückwärtsintegration in der Fertigung

  • wirtschaftliche Herstellung auch kleiner Losgrößen

  • optimierte Nutzung von Werkstoffeigenschaften zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Bauteilen

  • strategisches Recycling / Entsorgung

  • Und weitere

Für alle diese Punkte ist die Durchgängigkeit von Material- und Werkstoffdaten essentiell.

Zielsetzung

Der Fraunhofer-Verbund MATERIALS hat das Konzept des MDS als Grundlage für die Werkstoffentwicklung, -herstellung und –verarbeitung innerhalb von Industrie 4.0 entwickelt. Unser Ziel ist es, digitalisiert alle relevanten Informationen zu Materialien und Werkstoffen in einer leistungsfähigen, unternehmensübergreifenden digitalen Infrastruktur zusammen zu stellen und einer breiten Gemeinschaft von Forschern und Industriepartnern verfügbar machen.

Impact

Aus der Durchgängigkeit von Material- und Werkstoffdatenflüssen über die Wertschöpfungsketten in Form des Materials Data Space® ergeben sich zahlreiche Chancen:

  • Neue Werkstoffe lassen sich durch die verbesserte Übersetzung der Zieleigenschaften in die dazu erforderliche Mikrostruktur deutlich schneller und wirtschaftlicher entwickeln.

  • Lernende Fertigungsverfahren werden mittels virtueller Prozesskettensimulation und Echtzeitmesstechnik auf ihre Auswirkungen auf den Werkstoff im Bauteil rückgekoppelt. Dadurch lassen sich Bauteilfunktionalitäten und –qualitäten zielgerichtet und dynamisch im Prozess einstellen, die Ausbeute in der Fertigung erhöhen und die wirtschaftliche Fertigung von kleinen Losgrößen sicherstellen.

  • Die Digitalisierung von Materialien und Werkstoffen über ihre gesamte Wertschöpfungskette erzeugt einen zusätzlichen Mehrwert, indem nicht nur der Werkstoff selbst, sondern auch seine digitale Repräsentation Gegenstand von Geschäftsmodellen werden können.

 

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Die Struktur des Materials Data Space entlang der Wertschöpfungskette und entlang des Produktlebenszyklus.

Termine und Veranstaltungen

 

Vortragsveranstaltung / Forum tech transfer - HMI

"Materials Data Space®"

Der Materials Data Space war auch in diesem Jahr im Rahmen des Forum tech transfer auf der HMI vertreten.          

 

Weitere Termine
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