Bessere Datenaufbereitung und -auffindbarkeit

Durch innovative Materialien und Dienstleistungen können Unternehmen entscheidende Wettbewerbsvorteile für ihre Produkte schaffen. Aufgrund von zunehmenden Regularien und steigender Nachfrage erhält die Nachhaltigkeitsperspektive dabei eine immer größere Bedeutung. Um das Potenzial von nachhaltigen Materialinnovationen langfristig komplett auszuschöpfen, ist es essenziell, dass Unternehmen ihre Produkte bereits während der Entwicklung nachhaltig und zielgerichtet – unter Einbeziehung des Menschen beim Denken, Gestalten und Handeln (siehe Abbildung oben) in die Innovationskreisläufe – gestalten. Zentrale Herausforderung ist oftmals die Zusammenführung von im Unternehmen bereits vorhandenem Material- und Produktwissen mit Blick auf individuelle Kundenbedürfnisse sowie eine optimale Datenaufbereitung und -speicherung mit Blick auf den gesamten Wertschöpfungsprozess. 

Das Fraunhofer IFAM entwickelt gemeinsam mit dem Kunden Konzepte und in deren Rahmen neue Strategien, um längerfristige Zielsetzungen bei der Materialentwicklung verfolgen und erreichen zu können. Dabei arbeiten die Forscherinnen und Forscher nach den sog. FAIR-Prinzipien, um Entwicklungsprozesse immer effizienter zu gestalten, in Zusammenarbeit mit den Beteiligten in der Entwicklung sowie der Fertigung bis hin zur Endanwendung und zum Recycling. 

Konzepte für Materialentwicklung und Qualitätssicherung

Unsere Expertinnen und Experten arbeiten gemeinsam mit dem Kunden schrittweise Vorgehensweisen aus, wie die Entwicklung mit neuen Materialien oder Methoden zielgerichtet und nachhaltig gelenkt, dokumentiert und nachverfolgt werden kann. Das betrifft z. B. auch neue hybride Materialien oder Multimaterialkomposite, deren Funktionalität wesentlich von der Entwicklung der Schnittstellen bestimmt wird, seien es Material/Material-Grenzschichten oder die Interaktion mit und zwischen Menschen.

Das Fraunhofer IFAM gestaltet kundenspezifische Materialentwicklungs- und Qualitätssicherungskonzepte. Dabei werden Etappenziele definiert, die digital und maschinenlesbar vermittelt werden. Durch mehrfach Lebenszyklus-begleitend zu durchlaufende Materialkreisläufe und Regel- sowie Rückkopplungsschleifen werden zusätzlich erforderliche, gezielt erhobene Daten hervorgebracht, auf denen ein resilienter/belastbarer Fortschritt aufbaut.

Bei der angewandten Material- und Prozessentwicklung ist der Markterfolg von Produkten maßgeblich, der zunehmend längerfristig gedacht und geplant und immer mehr an der generationsübergreifenden Nachhaltigkeit gemessen wird. Hier ist es von großem Vorteil, dass Forschungs- und Entwicklungsdaten kompatibel mit der Fertigung im Rahmen von Industrie 4.0 sind. Daher ist es förderlich, wenn die sogenannten FAIR-Prinzipien sowohl auf die übergeordneten Konzepte, als auch auf die Produkt-spezifischen Datensätze angewendet wurden.

FAIR-Prinzipien einhalten und so Fortschritte erzielen

Die FAIR-Prinzipien besagen, dass Material- und Prozessdaten aus allen Phasen des Produkt-Lebenszyklus auffindbar (findable), zugänglich (accessible), interoperabel (interoperable) und wiederverwendbar (reusable) sein sollen. Dabei beziehen sich die FAIR-Prinzipien auf alle digitalen Daten – also qualitative und quantitative Charakterisierungs- oder Modellierungsdaten und -metadaten, Algorithmen, Werkzeuge und Software.

Mit der Anwendung der FAIR-Prinzipien soll die Wiederverwendbarkeit von Datenbeständen und mit diesen verbundenen Konzepten verbessert werden. Ziel ist es auch, dass Produktdaten für Menschen und Maschinen optimal aufbereitet sind und relevante Informationen auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden können.

Dabei bringt die Anwendung der FAIR-Prinzipien verschiedene Vorteile mit sich, bspw.:

• Die Austauschbarkeit von Datensätzen im gesamten Produktlebenszyklus nimmt zu und erlaubt eine individualisierte Reaktion auf neue Anforderungen.
• Die gezielte Information der Akteure im Produktlebenszyklus steigt bei einer leichten Auffindbarkeit und Zugänglichkeit von Datensätzen.
• Stetige Produkt-Weiterentwicklungen werden effizienter, wenn doppelte Erhebungen oder Mehrfacharbeit vermieden werden.
• Von Forschungsinstituten wie dem Fraunhofer IFAM (im Auftrag) erhobene Datensätze können digital passgenau bei einem Kunden vorhandene Datensätze ergänzen.
• Präzise formulierbare neue Forschungsfragen werden ersichtlich, beispielsweise aus den gemeinsam erarbeiteten Erkenntnissen einer vorherigen Studie.

Im Zentrum der anwendungsorientierten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Expertinnen und Experten der Adhäsions- und Grenzflächenforschung des Fraunhofer IFAM stehen fertigungsgerechte und funktionsgerechte Optimierungen von Oberflächen, Grenzflächen, Beschichtungen, Klebverbindungen und Verbundwerkstoffen. Eine Kernexpertise der Arbeitsgruppen Applied Computational Chemistry, Elektrochemie und Korrosion sowie Oberflächen- und Nanostrukturanalytik ist in diesem Zusammenhang die Zusammenstellung FAIRer Materialmodellierungs- und –charakterisierungsdatensätze für die Ausgestaltung adhäsionsrelevanter Aspekte. Dr. Michael Noeske bearbeitet in diesem Rahmen Arbeitsläufe, wenn kundenseitige Fragestellungen zielgerichtete Lösungsansätze unter Zuhilfenahme oberflächenanalytischer Charakterisierungsverfahren erfordern.