Werkstoffdatenmanagement bezeichnet das systematische Erfassen, Verwalten, Freigeben und Bereitstellen von Werkstoffinformationen in einem Unternehmen. Es sorgt dafür, dass Entwicklung, Simulation, Qualität, Einkauf und Fertigung mit denselben, geprüften Werkstoffdaten arbeiten und dass jederzeit nachvollziehbar ist, woher ein Wert stammt.
Was ist Werkstoffdatenmanagement?
Ein Werkstoff ist keine statische Zeile mit Eigenschaften. Seine nutzbaren Eigenschaften hängen von Zusammensetzung, Erzeugnisform, Herstellroute, Wärmebehandlung, Prüfbedingungen, statistischer Auswertung, Qualifizierungsstatus, Revision, Quelle und vorgesehener Anwendung ab. Ein Kennwert ohne diesen Kontext ist für die Konstruktion oder Simulation nur eingeschränkt verwendbar.
Werkstoffdatenmanagement, oft auch Werkstoffinformationsmanagement genannt, sammelt diese Informationen, verwaltet sie zentral und verteilt sie an die Stellen, die sie brauchen. Der Ansatz der Enterprise Materials Integration geht noch einen Schritt weiter und verbindet das Werkstoffwissen mit den Prozessen und Systemen, die es erzeugen und nutzen.
Warum Werkstoffdatenmanagement wichtig ist
Qualität und Rückverfolgbarkeit: Prüfaufträge, Proben, Rohdaten und Freigaben bleiben miteinander verknüpft. So lässt sich jeder freigegebene Kennwert bis zur Prüfung zurückverfolgen, und manuelle Übertragungen entfallen.
Simulation und CAE: Materialmodelle für Solver wie Abaqus oder LS-DYNA werden aus freigegebenen Quelldaten abgeleitet. Alle Berechnungsteams arbeiten dadurch mit konsistenten Eingangsdaten und kontrollierten Revisionen.
Normen und Standards: Standards wie VDA 231-301 für Bemusterungs- und Prüfinformationen oder DIN SPEC 9012 für elektronische Konformitätszertifikate machen Werkstoffdaten zwischen Lieferanten, Prüflaboren und Herstellern maschinenlesbar austauschbar.
Compliance und Nachhaltigkeit: Zusammensetzung, Stoffdaten und Prozessinformationen bilden die Grundlage für Stoffdeklarationen, CO₂-Bilanzen (PCF) und den digitalen Produktpass.
Diese Anwendungsfälle greifen ineinander. Ein Prüfergebnis aus der Qualifizierung kann zum Kennwert im Werkstoffstamm werden, in die Kalibrierung einer Simulation einfließen, eine Materialkarte für das CAE erzeugen, eine Compliance-Entscheidung stützen und mit einem Kunden ausgetauscht werden. Werkstoffdatenmanagement sorgt dafür, dass Identität, Kontext und Herkunft dabei erhalten bleiben.
Typische Anforderungen
Ein Werkstoffdatenmanagement muss mehr leisten als eine Tabelle mit Kennwerten:
- Strukturierte Werkstoffdaten: Werkstoffstamm, Spezifikationen, Zusammensetzung und Eigenschaften mit Einheiten, Bedingungen und Herkunftsangaben.
- Kurven und mehrdimensionale Daten: Viele Eigenschaften sind Funktionen mehrerer Größen, etwa von Temperatur, Dehnrate, Dehnung und Zeit.
- Freigabe und Versionierung: Revisionen, Qualifizierungsstatus, Freigabe-Workflows sowie Berechtigungen und Verantwortlichkeiten.
- Prozesshistorien: Eine Angabe wie „bei 900 °C für 2 h wärmebehandelt“ beschreibt den entstandenen Werkstoffzustand nicht vollständig. Gemessene oder simulierte Verläufe wie Temperatur oder Dehnung über der Zeit gehören deshalb mit zu den Werkstoffdaten.
- Dokumente: Prüfberichte, Zertifikate, Normen und Literatur, verknüpft mit den zugehörigen Werkstoffen.
- Auswertung: Statistik, Kurvenfitting und Parameteridentifikation direkt auf den verwalteten Daten.
- Offenheit: Daten und Bedeutung müssen auch außerhalb der Anwendung verständlich und nutzbar bleiben. Eine Programmierschnittstelle allein reicht dafür nicht. Entscheidend sind offene Formate, ein eigenes Datenmodell und ein Weg für den vollständigen Export.
Datenquellen
Werkstoffdaten kommen aus vielen Quellen, die zusammengeführt werden müssen:
- Werkstoffprüfung: Prüfserien, Rohdaten von Prüfmaschinen und Prüfberichte.
- Simulation: berechnete Eigenschaften, zum Beispiel mit JMatPro®, sowie Ergebnisse aus Parameterstudien.
- Referenzdaten: etablierte Quellen wie MMPDS, ESDU MMDH, NCAMP/CMH-17, StahlDat oder Copper Key. Matplus bietet dafür eine Reihe von Werkstoffdatenbanken an.
- Lieferkette: Bemusterungsberichte und Zertifikate von Lieferanten, idealerweise in standardisierten Formaten.
- Metallographie und Prozessdaten: Schliffbilder, Prozesskurven und Messverläufe, die mit Werkstoff, Probe und Prozesshistorie verknüpft werden.
Integration mit PLM, ERP und CAE
Werkstoffdatenmanagement ersetzt weder PLM noch ERP, LIMS oder CAE. Diese Systeme bleiben für ihre eigenen Vorgänge maßgeblich. Das Werkstoffdatenmanagement pflegt die werkstofftechnischen Zusammenhänge zwischen ihnen und stellt freigegebene Daten bereit: dem PLM für Stücklisten und Konstruktion, dem ERP für Einkauf und Lieferanten, dem CAE für Materialkarten und dem Labor für Prüfaufträge.
Wichtig ist dabei die Trennung von Übertragung und Bedeutung. REST-Schnittstellen, Dateien, Message Queues oder Datenräume transportieren Informationen. Was diese Informationen bedeuten, legt das Datenmodell fest, etwa ein standardisiertes Schema wie VDA 231-301. So kann ein Unternehmen ein Zielsystem wechseln, ohne die Bedeutung seiner Werkstoffdaten zu verlieren.
Wie Matplus EDA unterstützt
Matplus EDA® ist die Plattform von Matplus für Werkstoffdaten, Prozesse und Werkstoffwissen:
- Offene Architektur: Daten werden in JSON statt in proprietären Formaten gespeichert. EDA nutzt Open-Source-Komponenten und Docker-basierte Microservices und läuft vor Ort oder in der Cloud.
- Zentrale Werkstoffstammdaten: EDA DM verwaltet die Stammdaten von Werkstoffen unternehmensweit.
- Vom Versuch zum Materialmodell: EDA MM erstellt Materialmodelle aus Prüfdaten mit wissenschaftlichen Python-Bibliotheken und exportiert sie für CAE-Solver.
- Standardisierter Austausch: EDA DX liest und schreibt Prüfzertifikate nach DIN SPEC 9012, und EDA unterstützt den Import und Export im VDA-231-301-Format.
- Simulation: EDA für JMatPro® stellt JMatPro-Ergebnisse im Team bereit und ermöglicht Werkstoffvergleiche und explorative Auswertungen.
- Erweiterbarkeit: Python ist die Erweiterungssprache, sodass Unternehmen eigene Auswertungen direkt auf den verwalteten Daten umsetzen können.
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