Let’s get digital! - IVW startet neuen Programmbereich „Digitalisierung“

Eine konsequente Digitalisierung bildet heute vielfach die Grundlage für eine effiziente Produktentwicklung, vor allem im Bereich der Verbundwerkstoffe: Herstellprozesse werden in Form von Prozesssimulationen digitalisiert. Die Eingangsdaten bezüglich der Verarbeitungseigenschaften des Halbzeugs werden wiederum aus digitalen Modellen der mikroskopischen Materialstruktur abgeleitet. Und während modernste Methoden der Prozessdatenerfassung die Validierung der Simulationen erlauben, können Ansätze des Maschinellen Lernens zur Identifikation von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen eingesetzt werden - ein einfaches Beispiel für das immense Potenzial dieser Methoden, die am IVW längst nicht mehre reine Werkzeuge sind, sondern vielfach das Forschungsobjekt selbst darstellen, beispielsweise wenn Vorhersagen durch Neuronale Netze rechenintensive Berechnungen ersetzen sollen, um Simulationen zu beschleunigen.

Vor diesem Hintergrund hat sich das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) zum Ziel gesetzt, digitalisierte Methoden künftig noch intensiver zu beforschen, weiterzuentwickeln und schließlich in Industrie, Wissenschaft und Lehre zu transferieren - natürlich immer mit dem Fokus auf Verbundwerkstoffe. Daher wurde zum 1. Januar 2023 ein neuer, vierter Programmbereich begründet, der die bisherigen Programmbereiche der Bauteilentwicklung, Werkstoffwissenschaft und Verarbeitungstechnik synergetisch ergänzen soll. Unter der Leitung von PD Dr.-Ing. habil. David May werden in den drei Kompetenzfeldern des Programmbereichs, „Prozesssimulation“, „Digitalisierte Prozess- und Materialentwicklung“ und „Datengetriebene Methoden“ wichtige Zukunftsbereiche erforscht.

Einen Schwerpunkt bilden durchgängige Simulationsketten von der Faser bis zum Bauteil, geleitet vom IVW-Simulationsexperten Dr. Miro Duhovic. Um solche Multiskalenansätze zu realisieren, müssen Upscaling-Methoden zwischen den verschiedenen Skalenebenen genauso entwickelt werden wie experimentelle Methoden für die Input-Generierung und digitale Modelle, auf denen die Simulation stattfinden kann. Einen weiteren Fokus bildet die Prozessdatenerfassung. Unter der Prämisse „the right sensor at the right place“ werden ganzheitliche Konzepte entwickelt, wobei virtuelle Studien mit Prozesssimulationen es ermöglichen, den Datenerfassungsaufwand zu minimieren und gleichzeitig die Aussagekraft zu maximieren. Um eine zielgerichtete Nutzung der Daten vorzubereiten wird sich der Programmbereich auch dem Grundlagenthema der Ontologie widmen, d.h. der semantischen Beschreibung von Verbundwerkstoff-Materialien, -Prozessen und -Simulationen sowie deren Relationen. Eng damit verknüpft ist die Frage der Datenverwertung durch datengetriebene Methoden, die auf vielfältige Weise eingesetzt werden können. Im Programmbereich werden dabei Anwendungsszenarien konzeptioniert (z.B. Eigenschaftsvorhersage auf Basis von Prozess-IST-Daten). Diese bilden einerseits die Grundlage für das Design der Prozessdatenerfassung und andererseits für die Auswahl und Implementierung der effektivsten Methoden des Maschinellen Lernens.

Mit dieser Ausrichtung entwickelt das IVW seine bisherige Forschung konsequent weiter und verzahnt sich dabei eng mit den lokalen Forschungspartnern wie der RPTU Kaiserlautern-Landau, dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz DFKI sowie den Schwesterinstituten in der Leibniz-Gemeinschaft.