Para garantizar la conexión en red digital de los sistemas de producción y la optimización de los requisitos específicos del material, necesitamos medir, analizar y replicar los cambios en las propiedades de los materiales en un proceso en el que se crean "gemelos digitales" de materiales. El espacio de datos de materiales desarrollado por los investigadores de Fraunhofer ha sentado las bases para este proceso.

Cuando una pieza terminada sale de la línea de producción, esta es una de las primeras preguntas que siempre se hacen:"¿Este componente tiene las propiedades que quiero?" A menudo, incluso la más mínima variación en el entorno de producción es suficiente para alterar las propiedades del material de una pieza y poner en tela de juicio su funcionalidad. Los fabricantes evitan esto al inspeccionar meticulosamente las muestras durante todo el proceso de producción. Dividir las muestras en sus partes compuestas y medirlas por separado es un proceso que requiere mucho tiempo. "El resultado del proceso de prueba de muestra se ramifica en una variedad de subconjuntos diferentes, cada uno con sus propios resultados de medición específicos, "explica el Dr. Christoph Schweizer, Jefe de Evaluación de Materiales, Unidad de negocio Lifetime Concepts en el Instituto Fraunhofer de Mecánica de Materiales IWM en Friburgo. "Si bien los expertos pueden tener una visión general de las complejas interrelaciones en sus cabezas, hasta ahora no ha habido forma de tomar la diversidad de los datos resultantes y representarlos en un formato digital coherente ".

Un gemelo digital para cada material

Ahora, por primera vez, Los investigadores de Fraunhofer IWM han desarrollado una prueba de concepto que demuestra que es posible representar digitalmente muchos de estos ciclos de procesamiento de materiales con un espacio de datos de materiales para muestras de prueba producidas mediante fabricación aditiva. "El concepto de espacio de datos nos permite integrar cualquier tipo de información material en una red digital, una herramienta realmente valiosa, especialmente en el contexto de Industrie 4.0, ", dice Schweizer. Queremos utilizar el espacio de datos de materiales para generar automáticamente un gemelo digital de cada material que reflejará el estado actual del objeto físico bajo examen".

La ventaja del espacio de datos de materiales es que proporciona una descripción general de todos los parámetros relevantes de un vistazo, mientras que anteriormente los datos sobre diferentes parámetros de materiales se encontraban dispersos entre numerosos repositorios de datos en muchos formatos diferentes. Pero la verdadera promesa está más adelante. "En los próximos años, el espacio de datos de materiales tiene el potencial de convertirse en el centro de comando de producción. Siempre que la calidad de los componentes no esté a la altura del estándar esperado, puede compararlo con la información sobre componentes anteriores almacenada en el espacio de datos de materiales para determinar si el componente actual se puede utilizar de hecho o si se debe rechazar, "dice Schweizer. En el futuro, Estos resultados podrían integrarse automáticamente en los procesos de toma de decisiones industriales:siempre que la calidad de los componentes descienda por debajo del estándar requerido, la producción se detiene automáticamente.

Un marco de materiales basado en ontología

La creación del espacio de datos y la gestión de la diversidad de datos de materiales requiere un modelo de información correspondiente. "En este caso, el modelo refleja el mundo material natural, en el que los estados y propiedades de los materiales se asignan a categorías definidas, "explica el Dr. Adham Hashibon, investigador en procesos de fabricación en Fraunhofer IWM. Los investigadores se basan en un marco basado en ontologías de lógica y jerarquía fijas. La mejor forma de pensarlo es en términos de red social, como Facebook. Cada persona en Facebook es un nodo en la red. Y a la vez, estos nodos tienen sus propias asociaciones, por ejemplo, gusto por la música. "Lo que hacemos es crear relaciones semánticas entre los objetos materiales individuales y sus pasos de procesamiento asociados, ", dice Hashibon. Luego también hay interrelaciones entre estas comunidades. Lo que sería una amistad en Facebook está representado en el espacio de datos de materiales por detalles sobre la secuencia cronológica de producción o pasos de trabajo, por ejemplo, "dejar el proceso de fabricación aditiva" o "este láser es parte del proceso de impresión 3D".

El nuevo demostrador para componentes metálicos fabricados aditivamente (mencionado anteriormente) tiene la capacidad de generar muestras, caracterizar los materiales que contienen, realizar análisis de datos posteriores y determinar las propiedades del material. Gracias a la lógica que sustenta el modelo, los usuarios pueden realizar consultas extremadamente complejas del espacio de datos que simplemente no serían posibles con el mismo grado de flexibilidad en el caso de una base de datos convencional. A través de su trabajo pionero en espacios de datos digitalizados, Fraunhofer IWM está haciendo una contribución significativa a las iniciativas europeas sobre modelado de materiales como parte del Consejo Europeo de Modelado de Materiales, así como a la Estrategia de Digitalización del estado alemán de Baden-Württemberg. A medio plazo los investigadores tienen la intención de convertir todas las funciones de administración de datos utilizadas por Fraunhofer IWM al modelo de espacio de datos. Actualmente están buscando socios de colaboración y usuarios piloto para esta y otras aplicaciones, que luego compartirá la oportunidad de dar forma a nuevos desarrollos innovadores de materiales.