Для обеспечения цифровых сетей производственных систем и оптимизации требований к конкретным материалам нам необходимо измерять, анализировать и воспроизводить изменения свойств материалов в процессе, в котором создаются «цифровые двойники» материалов. Пространство данных материалов, разработанное исследователями Фраунгофера, заложило основу для этого процесса.

Пространства данных могут использоваться для интеграции всех типов информации о материалах в цифровые сети — ценный инструмент для производства в контексте Industrie 4.0. Фото: Фраунгофер IWM

Когда готовая деталь сходит с производственной линии, это один из первых вопросов, который всегда задают: «Имеет ли этот компонент свойства, которые я хочу?» Часто даже самых незначительных изменений в производственной среде достаточно, чтобы изменить свойства материала детали. — и бросить его функциональность под сомнение. Производители избегают этого, тщательно проверяя образцы на протяжении всего производственного процесса. Разбиение образцов на составные части и измерение их по отдельности является чрезвычайно трудоемким процессом. «Результат процесса тестирования образца разбивается на множество различных подмножеств, каждое из которых имеет свои конкретные результаты измерений», — объясняет д-р Кристоф Швайцер, руководитель подразделения оценки материалов, Lifetime Concepts в Институте механики им. Фраунгофера. Материалы IWM во Фрайбурге.

Цифровой двойник для каждого материала

Теперь впервые исследователи Fraunhofer IWM разработали концептуальное доказательство, демонстрирующее, что многие цифровые циклы обработки материалов можно представить в цифровом виде с пространством данных материалов для образцов, изготовленных с использованием аддитивного производства. «Концепция пространства данных позволяет нам интегрировать любой тип материальной информации в цифровую сеть — действительно ценный инструмент, особенно в контексте Industrie 4.0», — говорит Швайцер. «Мы хотим использовать пространство данных материалов для автоматической генерации цифрового двойника каждого материала, который будет отражать текущее состояние исследуемого физического объекта».

Преимущество пространства данных материалов заключается в том, что оно обеспечивает обзор всех соответствующих параметров, в то время как ранее данные о различных параметрах материалов были разбросаны по многочисленным хранилищам данных во многих различных форматах. Но настоящее обещание еще впереди. «В ближайшие годы пространство данных о материалах может стать центром управления производством. Всякий раз, когда качество компонента не соответствует ожидаемому стандарту, вы можете сравнить его с информацией о предыдущих компонентах, хранящихся в пространстве данных материалов, чтобы определить, действительно ли данный компонент можно использовать или его следует отклонить », — говорит Швайцер. В будущем эти результаты могут быть автоматически интегрированы в процессы принятия промышленных решений: всякий раз, когда качество компонентов падает ниже требуемого стандарта,

Основа материалов на основе онтологий

Создание пространства данных — и управление разнообразием данных материалов — требует соответствующей информационной модели. «В этом случае модель отражает естественный материальный мир, в котором материальные состояния и свойства назначаются определенным категориям», — объясняет доктор Адхам Хашибон, исследователь производственных процессов Fraunhofer IWM. Исследователи опираются на онтологическую структуру фиксированной логики и иерархии. Лучший способ думать об этом с точки зрения социальной сети, такой как Facebook. Каждый человек на Facebook является узлом в сети. И, в свою очередь, у этих узлов есть свои ассоциации, например, музыкальный вкус. «То, что мы делаем, — это создаем семантические отношения между отдельными материальными объектами и связанными с ними этапами обработки», — говорит Хашибон. Тогда есть также взаимосвязи между этими сообществами.

Новый демонстратор для металлических компонентов с аддитивным производством (упомянутых ранее) способен генерировать образцы, характеризовать материалы, которые они содержат, проводить последующий анализ данных и определять свойства материала. Благодаря логике, лежащей в основе модели, пользователи могут делать чрезвычайно сложные запросы к пространству данных, которые просто не были бы возможны с такой же степенью гибкости в случае обычной базы данных. Благодаря своей новаторской работе в области цифровых пространств данных IWM Fraunhofer вносит значительный вклад в европейские инициативы по моделированию материалов в рамках Европейского совета по моделированию материалов, а также в стратегию оцифровки немецкого государства Баден-Вюртемберг. В среднесрочной перспективе Исследователи намереваются преобразовать все функции администрирования данных, используемые Fraunhofer IWM, в модель пространства данных. В настоящее время они ищут партнеров для совместной работы и опытных пользователей для этого и других приложений, которые затем поделятся возможностью формировать новые разработки материалов.

По материалам phys.org