Para garantir a rede digital de sistemas de produção e a otimização de requisitos específicos de materiais, precisamos medir, analisar e replicar as mudanças nas propriedades dos materiais em um processo no qual "gêmeos digitais" de materiais são criados. O espaço de dados de materiais desenvolvido por pesquisadores da Fraunhofer lançou as bases para esse processo.

Quando uma peça acabada sai da linha de produção, esta é uma das primeiras perguntas sempre feitas:"Este componente tem as propriedades que desejo?" Muitas vezes, até mesmo a menor das variações no ambiente de produção é suficiente para alterar as propriedades do material de uma peça - e colocar sua funcionalidade em questão. Os fabricantes evitam isso inspecionando meticulosamente as amostras ao longo do processo de produção. Dividir as amostras em suas partes compostas e medi-las separadamente é um processo extremamente demorado. "O resultado do processo de teste de amostra se ramifica em uma variedade de subconjuntos diferentes, cada um com seus próprios resultados de medição específicos, "explica o Dr. Christoph Schweizer, Chefe da Avaliação de Materiais, Unidade de negócios Lifetime Concepts no Instituto Fraunhofer de Mecânica de Materiais IWM em Freiburg. "Embora os especialistas possam ter uma visão geral dos complexos inter-relacionamentos em suas cabeças, até agora, não havia como pegar a diversidade dos dados resultantes e retratá-los em um formato digital coerente. "

Um gêmeo digital para cada material

Agora, pela primeira vez, pesquisadores do Fraunhofer IWM desenvolveram uma prova de conceito demonstrando que é possível representar digitalmente muitos desses ciclos de processamento de materiais com um espaço de dados de materiais para amostras de teste produzidas usando manufatura aditiva. "O conceito de espaço de dados nos permite integrar qualquer tipo de informação material em uma rede digital - uma ferramenta realmente valiosa, especialmente no contexto da Indústria 4.0, "diz Schweizer." Queremos usar o espaço de dados de materiais para gerar automaticamente um gêmeo digital de cada material que irá espelhar o estado atual do objeto físico sob exame. "

A vantagem do espaço de dados de materiais é que ele fornece uma visão geral de todos os parâmetros relevantes à primeira vista, ao passo que, anteriormente, os dados sobre diferentes parâmetros de material estavam espalhados entre vários repositórios de dados em muitos formatos diferentes. Mas a verdadeira promessa está mais adiante. "Nos anos futuros, o espaço de dados de materiais tem potencial para se tornar o centro de comando da produção. Sempre que a qualidade do componente não estiver de acordo com o padrão esperado, você pode compará-lo com informações sobre componentes anteriores armazenados no espaço de dados de materiais para determinar se o componente presente pode de fato ser usado ou se deve ser rejeitado, "diz Schweizer. No futuro, esses resultados podem ser integrados automaticamente nos processos de tomada de decisão industrial:sempre que a qualidade do componente cai abaixo do padrão exigido, a produção pára automaticamente.

Uma estrutura de materiais baseada em ontologia

Criar o espaço de dados - e gerenciar a diversidade de dados de materiais - exige um modelo de informação correspondente. "Nesse caso, o modelo reflete o mundo material natural, em que os estados e propriedades materiais são atribuídos a categorias definidas, "explica o Dr. Adham Hashibon, pesquisador em processos de manufatura no Fraunhofer IWM. Os pesquisadores se baseiam em uma estrutura baseada em ontologia de lógica fixa e hierarquia. A melhor maneira de pensar sobre isso é em termos de rede social, como o Facebook. Cada pessoa no Facebook é um nó na rede. E, por sua vez, esses nós têm suas próprias associações, por exemplo, gosto musical. "O que fazemos é criar relacionamentos semânticos entre os objetos materiais individuais e suas etapas de processamento associadas, "diz Hashibon. Depois também existem inter-relações entre essas comunidades. O que seria uma amizade no Facebook é representado no espaço de dados de materiais por detalhes sobre a sequência cronológica de produção ou etapas de trabalho, por exemplo, "deixando o processo de manufatura aditiva" ou "este laser faz parte do processo de impressão 3-D".

O novo demonstrador para componentes de metal manufaturados aditivamente (mencionado anteriormente) tem a capacidade de gerar amostras, caracterizar os materiais que eles contêm, conduza análises de dados subsequentes e determina as propriedades dos materiais. Graças à lógica subjacente ao modelo, os usuários podem fazer consultas extremamente complexas do espaço de dados que simplesmente não seriam possíveis com o mesmo grau de flexibilidade no caso de um banco de dados convencional. Por meio de seu trabalho pioneiro em espaços de dados digitalizados, o Fraunhofer IWM está fazendo uma contribuição significativa para as iniciativas europeias de modelagem de materiais como parte do European Materials Modeling Council, bem como à Estratégia de Digitalização do estado alemão de Baden-Württemberg. A médio prazo, os pesquisadores pretendem converter todas as funções de administração de dados usadas pelo Fraunhofer IWM para o modelo de espaço de dados. Eles estão atualmente procurando parceiros de colaboração e usuários piloto para este e outros aplicativos, que então compartilhará a chance de desenvolver desenvolvimentos de novos materiais inovadores.