Im Forschungsprojekt Unternehmensübergreifende Materialdaten und Materialsimulation in der Produktion, PMD-X-Mapro, arbeiten Forschung und Wirtschaft daran, Werkstoff- und Materialdaten digital und maschinenlesbar verfügbar zu machen. Ziel ist es, wie das Fraunhofer-Institut IWM mitteilt, Informationen über Werkstoff-Eigenschaften und Fertigungsdaten so aufzubereiten, dass sie entlang der gesamten Lieferkette automatisch genutzt und ausgetauscht werden können.
Beteiligt sind außer dem Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE und dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM weitere Wirtschaftspartner:
- Siemens AG,
- SHS – Stahl-Holding Saar GmbH & Co. KGaA,
- tec4U-Solutions GmbH,
- credativ GmbH
- und Deutz AG.
Warum Werkstoff- und Materialdaten digital nutzbar vorliegen müssen
Werkstoff- und Materialdaten sind, wie es weiter heißt, zentrale Informationen, die in vielen Bereichen der Produktion gebraucht werden, etwa für Simulationen, zur Festlegung von Fertigungsparametern, zur Reduktion von Ausschuss oder zur Optimierung von Produktionszeiten. Bislang werden viele dieser Daten in nicht-maschinenlesbaren Formaten wie PDFs oder gedruckten Tabellen weitergegeben. Das bedeutet viel manuelle Arbeit, Verzögerungen und Risiken durch Übertragungsfehler und Informationsverluste, so das IWM weiter.
Bidirektionaler Datenaustausch über den gesamten Prozess
Die Partner entwickeln den Angaben zufolge im Projekt PMD-X-Mapro digitale Lösungen, mit denen Materialdaten schon vor der physischen Anlieferung bereitstehen und bidirektional (also in beide Richtungen) entlang der Lieferkette ausgetauscht werden können. Dadurch sollen Produktionsprozesse effizienter und zuverlässiger werden. Zudem können durch die Verfügbarkeit vertrauenswürdiger und maschineninterpretierbarer Daten gesetzliche Informations- und Nachweispflichten, wie digitaler Produktpass oder CO2-Fussabdruck, einfacher erfüllt werden. Demonstriert wird die Machbarkeit an mehrstufig gefertigten Stahlbauteilen.
Daten müssen nicht nur in den Datenraum – sie müssen auch verstanden werden
Materialdaten an industrielle Datenräume anschlussfähig zu machen, ist deutlich komplexer als die reine Konvertierung von Dateiformaten, so das IWM weiter. Materialwissen muss so modelliert werden, dass Computer die Daten nicht nur lesen, sondern auch deren Bedeutung verstehen können:
- Um welche Werkstoffe handelt es sich?
- Welche Eigenschaften haben sie?
- Wie wurden sie hergestellt und wie geprüft?
Um all diese Informationen zusammenhängend und strukturiert darzustellen, kommen im Projekt Mapro Ontologien zum Einsatz. Damit lassen sich Daten aus unterschiedlichen Quellen, etwa aus ERP-Systemen, Laborprüfungen oder Simulationen, zu einem digitalen Gesamtbild zusammenführen. Solche semantischen Modelle ermöglichen es auch KI-Systemen, Daten mit ihrem Kontext zu interpretieren und in Entscheidungsprozesse einzubeziehen. In modernen Datenplattformen sind Ontologien gewissermaßen das Betriebssystem der digitalen Welt: Sie verbinden Daten, Prozesse und Anwendungen mit ihren realen Gegenstücken und schaffen die Basis für durchgängige Workflows und intelligente Assistenzsysteme.
Digitale Zwillinge und Datenräume – so funktioniert der Austausch
Im Kern des Projekts steht der Aufbau digitaler Materialzwillinge, heißt es weiter. Dabei handelt es sich um digitale Abbildungen realer Materialien, die alle wichtigen Eigenschaften und Kontextinformationen enthalten. Diese Zwillinge werden in datenraumfähige Strukturen eingebettet, damit sie zwischen Partnern ausgetauscht werden können.
Ein zentraler Punkt dabei ist die bidirektionale Kommunikation: Partner können Daten nicht nur erhalten, sondern auch zurückspielen und so gemeinsam an der Datenbasis arbeiten. Beispielsweise können Messdaten aus der Produktion direkt in den Digitalen Zwilling einfließen und ihn verbessern. Ziel ist ein Materialdatenraum, in dem Daten sicher geteilt werden können, ohne dass Unternehmen ihre Kontrolle über sensible Informationen verlieren.
Konkretes Beispiel: Semantischer Rahmen für die Daten einer Nockenwelle
Am Beispiel einer Nockenwelle werden Prüfdaten, Simulationsergebnisse und Lieferanteninformationen für drei verschiedene Anforderungen in einem semantischen Rahmen zusammengeführt: der unternehmensübergreifenden Verifikation von Materialeigenschaften, der automatisierten Datenbereitstellung für digitale Produktpässe sowie der Ermittlung des CO2-Fußabdrucks von Produkten. Für Industrieunternehmen reduziert sich dadurch der manuelle Aufwand für die Datenübertragung und
-validierung. Gleichzeitig entsteht eine konsistente Datenbasis, auf der Entwicklungs- und Entscheidungsprozesse KI-gestützt ablaufen können.
IESE: Expertise für datengetriebene Systeme
Als Konsortialführer bringt das Fraunhofer IESE umfassende Expertise im Bereich softwarebasierter und datengetriebener Systeme sowie in der digitalen Transformation industrieller Prozesse ein. Mit Eclipse BaSyx hat das Institut eine Industrie-4.0-Middleware entwickelt, die von zahlreichen produzierenden Unternehmen zur Realisierung Digitaler Zwillinge mit Verwaltungsschalen eingesetzt wird. Darüber hinaus betreibt das IESE den AAS Dataspace for Everybody, in dem Unternehmen über Mandantenmodelle föderierte Datenräume für ihre Lieferketten aufbauen können. Durch den Rückgriff auf diese etablierten Standards und Open-Source-Technologien wird die Anschlussfähigkeit an bestehende Initiativen wie Catena-X und weitere Manufacturing-X-Umsetzungen sichergestellt.
IWM: Semantische Grundlage für den Materialdatenraum
Das Fraunhofer IWM entwickelt im Projekt die semantische Grundlage für den Materialdatenraum und kodiert das Domänenwissen der Materialwissenschaft in formalen Ontologien. Diese Ontologien beschreiben die Beziehungen zwischen Werkstoffen, Herstellungsprozessen, Prüfverfahren und resultierenden Eigenschaften und verknüpfen sie mit den digitalen Materialzwillingen im Datenraum. Damit entsteht eine Art „semantischer Betriebsschicht“ für Materialdaten: Unternehmen können ihre Datenquellen mit einem gemeinsamen Wissensmodell verbinden, Materialinformationen eindeutig interpretieren und automatisiert in Simulationen oder KI-Modelle integrieren. Auf diese Weise wird Materialwissen nicht nur digital verfügbar, sondern auch kontextualisiert, interoperabel und unmittelbar nutzbar für datengetriebene industrielle Prozesse.
Yoav Nahshon vom Fraunhofer IWM präzisiert: „Unsere Lösung ist ein digitaler Materialdatenraum, der zwei sich ergänzende Systeme kombiniert. Einerseits umfasst sie einen Fertigungsdatenraum auf Basis der Asset Administration Shell (AAS)-Technologie, wobei das Fraunhofer IESE Unternehmen bei der Einführung von Datenraumkonzepten unterstützt und Tools wie BaSyx zur leichteren Implementierung bereitstellt“. Andererseits umfasst sie, so Nahshon weiter, ein vom Fraunhofer IWM entwickeltes semantisches Ökosystem, das Ontologien wie PMDCo nutzt, um Wissensmanagement zu ermöglichen. Zusammen gewährleisten diese Komponenten einen sicheren Datenaustausch und eine aussagekräftige Dateninterpretation, so Nahshon.
Weitere Partner erstellen Schnittstellen zu Unternehmens-IT (zum Beispiel PLM/ERP-Systeme), setzen adaptive Materialmodelle in der Industrie um oder integrieren Aspekte wie Nachhaltigkeit und Recyclingdaten direkt in die Materialzwillinge.
Yoav Nahshon, Fraunhofer IWM
Das Projekt werde in der Praxis Vorteile bringen, ist sich Nahshon sicher: „In der Praxis wird der Datenaustausch zwischen Unternehmen schneller und zuverlässiger, bei werkstoffintensiven Prozessen wird die Materialauswahl und Fertigungsoptimierung erleichtert, für die Simulation in Entwicklung und Konstruktion sind bessere Inputdaten zu erwarten. Gleichzeitig werden Datensilos und manuelles Datenhandling reduziert. So entsteht eine Grundlage für neue digitale Dienste und Geschäftsmodelle.“
Aktuelle Ergebnisse und Anwendungen werden vom 20. bis 24. April auf der Hannover Messe 2026 am Stand der Plattform Industrie 4.0 (Halle 13, Stand C24) vorgestellt.
Das Projekt PMD-X-Mapro Unternehmensübergreifende Materialdaten und Materialsimulation in der Produktion wird über eine Laufzeit von einem Jahr vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Plattform MaterialDigital des BMFTR bis Ende Juni 2026 gefördert.
(Quelle: Fraunhofer IWM)
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