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Arbeitsprogramm

Teilprojekte

Workflowgestaltung der Werkstoffprüfung

Bearbeitung: Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Mit dem geplanten Projekt wird das Fraunhofer IWS dazu befähigt, seine Arbeitsabläufe und Kommunikationsstrukturen innerhalb des Kompetenzfeldes Werkstoffcharakterisierung und -prüfung den Erfordernissen hinsichtlich deutlich reduzierter Durchlaufzeiten für Arbeitsaufträge gerecht zu werden. Auch wird als Ziel eine Passfähigkeit der erarbeiteten Ergebnisse und deren Verwertbarkeit in digital unterstützten Auswertemethoden für die Prozessoptimierung angestrebt. Das Erfahrungswissen des Werkstoffprüfers stellt hierbei ein Kernelement der Serviceleistung dar. Während bisher die Übermittlung von Ergebnissen aus der Werkstoffprüfung von der Lieferung von Bilddateien und ausgewerteten Messdaten geprägt waren, soll zukünftig durch die Unterstützung des digitalen Assistenz- und Expertensystems und den damit einhergehenden neuen Kommunikationsstrukturen der Know-How-Transfer bei der Interpretation der Werkstoffprüfungs-Ergebnisse viel stärker als bisher in den Vordergrund der Zusammenarbeit mit den Auftraggebern rücken. Gleichzeitig gilt es Schnittstellen, zu derzeit in der Entwicklung befindlichen Datenbanken am Fraunhofer IWS zu schaffen. Ziel der Datenbanken ist es, ortsaufgelöste Prozessdaten aus der Onlineüberwachung mit den lokalen Werkstoffeigenschaften zu verknüpfen.

Um zukünftig Freiräume für die eigentliche wertschöpferische Tätigkeit, nämlich die Auswertung und Interpretation der experimentellen Befunde, und damit eine lernförderliche Arbeitsumgebung der Werkstoffprüfer am Fraunhofer IWS zu schaffen, soll als Ergebnis des geplanten Vorhabens ein Assistenz-/Expertensystem entwickelt werden, mit dem

  • eine Digitalisierung und damit Standardisierung von Workflows bei gleichzeitiger Flexibilität zur Ergänzung neuer Workflow-Elemente gelingt,
  • eine Verkürzung von Durchlaufzeiten bei der Bearbeitung neuer Arbeitsaufträge durch Nutzung digital abrufbarem Expertenwissens erreichbar ist,
  • eine Machine-Learning-basierte Vorhersage potentiell erfolgversprechender Präparationsstrategien für neue Werkstoffe und deren Verbünde (und damit weg vom „Trial-and-Error“-Prinzip) möglich wird,
  • die Bereitstellung und Exploration von strukturierten Metadaten experimenteller Ergebnisse als Grundlage für die Interpretation und ggf. die Reproduktion einzelner Präparations- und Prüfszenarien erfolgt,
  • eine Vorhaltung digital erfasster Daten und Informationen als Teil zukünftiger Publikationen (in denen immer häufiger auch Roh- und Metadaten anzugeben sind) realisiert ist und
  • eine Reduzierung von Fehlerquellen bei der Erstellung experimenteller Befunde erreicht wird.

Zukunftsfähige Arbeitsprozesse und Informationsextraktion

Bearbeitung: TU Dresden
CIMTT
Prof. Datenbanken

Das CIMTT wird, ausgehend von der Ist-Situation, die Veränderungen der Werkstoffprüfungsprozesse durch digitale Unterstützungswerkzeuge antizipieren und die daraus entstehenden neuen arbeitsorganisatorischen Abläufe und Entscheidungsprozesse unter Einbeziehung der zukünftigen Nutzer bewusst gestalten, um belastungsoptimale und effektive Arbeitsprozesse zu gewährleisten. Dabei werden auch Herausforderungen, die sich hinsichtlich erforderlicher Kompetenzen der Beschäftigten in Richtung Lernförderlichkeit und Ganzheitlichkeit von Arbeitsaufgaben sowie adäquater Arbeitsorganisation und Mitarbeiterführung ergeben, behandelt. Bisher liegen nur wenige Erkenntnisse aus der Wirtschaft zu den entstehenden Arbeitssituationen mit und ohne Gestaltungsmaßnahmen vor, so dass diesbezüglich ein erhebliches Erkenntnisinteresse besteht.
Die Professur Datenbanken beschäftigt sich maßgeblich mit der Fragestellung, wie Datenbank-Managementsysteme ertüchtigt werden können, um den stetig wachsenden Herausforderungen wie wachsender Datenheterogenität und situativen Analysebedürfnissen gerecht zu werden.
Im Rahmen von DiWan soll ein holistischer Ansatz entwickelt werden, der es ermöglicht ad-hoc, für spezifische werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen eine integrierte Sicht über verschiedenste Datenquellen zu schaffen. Hierbei ist zu untersuchen, ob und bis zu welchem Grad klassische, aufwendige Extraktions- und Integrationstechniken, welche die Daten lediglich für die spezifische Fragestellung auf ein gemeinsames, festes Schema abbilden, ersetzt werden können. Stattdessen sollen anwendungsagnostische, leichtgewichtige Integrationsmethoden eingesetzt werden, die je nach analytischer Fragestellung ad-hoc eine konsistente Sicht der Daten herstellen können.


Workflowgestaltung im digitalen Laborbuch

Bearbeitung: Labforward GmbH

Labforward trägt als Befähiger die Umsetzungsverantwortung für das Assistenz- und Expertensystems. Im Rahmen von DiWan werden die folgenden Ziele verfolgt:

  • Erstellung verschiedener Persona mit Nutzungs- und Anforderungsprofilen in der Werkstoffprüfung, umfassend zumindest die Stereotypen „Initiator / Early Adapter“ (z.B. innovativer Auszubildender), „Verwalter“ (z.B. erfahrener Technischer Angestellter), „Entscheider“ (z.B. Gruppen- oder Abteilungsleiter) sowie „Gate-Keeper (z.B. IT-Administrator), um im gesamten weiteren Verlauf anwenderfokussiert entwickeln und schulen zu können
  • Anbindung von Geräten in der Werkstofftechnik, um erzeugte Daten direkt ins Laborbuch übertragen zu können und ggf. Geräte aus Vorlagen (Standard Operating Procedures, SOPs, oder Protokolle) direkt parametrisieren zu können
  • Entwicklung, Öffnung und Dokumentation wichtiger Schnittstellen, um im Rahmen des Projektes sowie darüber hinaus Anwendern aus der Werkstoffprüfung individuelle Gestaltungsmöglichkeiten bei der eigenständigen Anbindung von Geräten und Softwarelösungen bieten zu können
  • Bereitstellung von Analysetechniken bzw. Workflows in Form flexibler Vorlagen und Bereitstellung von Importmöglichkeiten für Materialattribute zur einfachen Komposition durch die Werkstoffprüfer, um Prozesse bzw. Standard Arbeitsanweisungen (SOPs) perfekt in Labforward abzubilden, sowie Materialinformationen anforderungsgerecht erfassen und darstellen zu können
  • Entwicklung eines in das Laborbuch „Labfolder“ integrierten Assistenzsystems, das dem Werkstoffprüfer je nach zu prüfenden Material eine Analysetechnik sowie mögliche Parameter für die Untersuchung vorschlägt sowie Anbindung typischer, in der Werkstoffprüfung verwendeter Gerätschaften an die IIoT (Industrial Internet-of-Things) Plattform Laboperator.

Gestaltung der Mensch-Technik-Schnittstelle

Bearbeitung: IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH

Bei IMA soll das zu entwickelnde digitale Laborbuch bei den Prüfungen im Haus eingesetzt werden, um die Prüfabläufe zu optimieren, Redundanzen zwischen Datensicherung auf Papier und elektronischer Speicherung zu reduzieren bis hin zur Realisierung komplett durchgängiger papierloser Qualitätssicherung und Prüfdatenverwaltung. Dadurch wird eine deutliche Effizienzsteigerung der Arbeitsabläufe erwartet. Dazu gehört auch die Digitalisierung der Prozesse, die Voraussetzung für ein DAkkS-akkreditiertes Prüf- und Kalibrierlabor sind: die Mess- und Prüfmittelüberwachung, die Kalibrierung inklusive Kalibrierscheinerstellung, das Nachverfolgen der Prüfaufträge im Haus, nicht nur in der Prüfung, sondern auch in der Probenvorbereitung ggfls. bis zur Entsorgung des Materials. Das beinhaltet auch die Standardisierung der Prüfabläufe und der dazugehörigen Dokumentationen, die DAkkS-konforme Kommunikation der Ergebnisse mit den Kunden und der Prozess der Datensicherung. Das existierende Testdatenmanagementsystem WIAM2 soll durch das digitale Laborbuch erweitert und den Kunden der IMA zur Verfügung gestellt werden.


Integration von Kundenaufträgen  

Bearbeitung: IMQ Ingenieurbetrieb für Materialprüfung, Qualitätssicherung und Schweißtechnik GmbH

Die imq Ingenieurbetrieb GmbH bietet zerstörende und zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen an. Bei diesen Aufgaben spielen einerseits hohes Expertenwissen und Erfahrungen der Mitarbeiter eine große Rolle, andererseits ist der Anteil manueller Protokollierung sehr hoch. Stetig wachsendes Auftragsvolumen, steigende Mitarbeiterzahl bei gleichzeitig immer komplexer werdenden Aufgaben führen dazu, dass die produktiven Abläufe automatisiert werden müssen. Mit der Bearbeitung des Forschungsprojektes verfolgt imq firmenspezifische Ziele mit Wirkung nach innen, Verbesserung der produktiven Prozesse im Rahmen der angebotenen Leistungen, und mit Wirkung nach außen, Erweiterung des Leistungsangebotes um Beratungsleistungen bei der Optimierung der Fertigungsprozesse beim Kunden.

Mit der Entwicklung des geplanten Assistenz- und Expertensystems sollen Methoden zur praktikablen, prozessbegleitenden Erfassung von Prüfbedingungen und Prüfdaten verfügbar werden und die Automatisierung von Abläufen bei der Durchführung von Werkstoffprüfungen erfolgen. Damit soll eine Steigerung der Effizienz durch Verringerung des manuellen Aufwandes und Verminderung des damit verbundenen Fehlerpotentiales erreicht werden. Von Seiten imq wurde deutlich das Potential einer für alle zugänglichen Wissensbasis erkannt, um zukünftig vom bisher vorherrschenden individuellen Erfahrungswissen hin zu einem synergistischen Wissenstransfer überzugehen. Damit werden im Bereich der Werkstoffprüfung gleichzeitig die Voraussetzungen für ein innovatives, dem digitalen Wandel angepasstes Arbeitsumfeld geschaffen. Eine Attraktivitätssteigerung des Leistungsangebotes soll dadurch erreicht werden, dass in die Bewertung der Prüfergebnisse möglichst viele Prozessdaten vom Fertigungsprozess aufgenommen werden. Mit Hilfe von Methoden der numerischen Datenanalyse können Zusammenhänge zwischen Fertigungsparametern und Qualitätsmerkmalen des Produktes untersucht und zur Prozessoptimierung beigetragen werden.


Schnittstellengestaltung zu Prüfsystemen

Bearbeitung: H&P Hegewald & Peschke Meß- und Prüftechnik GmbH

Beim Projektpartner H&P hat, neben der Einhaltung der Normung für Testabläufe und die Bestimmung von Werkstoffkennwerten, die Qualifikation des Werkstoffprüfers einen sehr hohen Anteil an der Richtigkeit und Genauigkeit der Messergebnisse. Durch die Integration der Prüfsoftware in das digitale Assistenz-Expertensystem kann dieser Einfluss stark verringert werden. Es sollen unter anderem bestehende Prüfassistenten und Checklisten verbessert werden, um den Prüfer durch die Prüfaufgabe zu führen und Vorgaben vom System an den Prüfer zu definieren. Das führt zu einer wesentlich besseren qualitativen Bewertung der Prüfsystematik und Fehlervermeidung. Weiterhin sollen die von Anwendern zunehmend nachgefragten Werkzeuge für die Ermittlung von Messunsicherheiten entwickelt werden. Es besteht das Ziel, nicht nur Teilsegmente hinsichtlich der Messunsicherheit zu betrachten, sondern den ganzheitlichen Ansatz umzusetzen, der es schließlich erlaubt, die Qualität und Messunsicherheit des Prüfergebnisses zu interpretieren. Dadurch können auch schneller und genauer Empfehlungen bei der Anschaffung von Prüfsystemen gegeben werden, gerade im Bereich der Prüftechnologie (Probenvorbereitung, Spannsysteme in Kombination mit Dehnungsaufnehmern), die im Moment noch durch viele Tests erarbeitet werden. Mit der Akkumulation des Wissens kann schon vorab viel Zeit gespart und es können Fehler vermieden werden. Über neu zu integrierende Schnittstellenprotokolle soll eine Anbindung der Prüfmaschinen-Software an übergeordnete Systeme erfolgen. Durch diese Anbindung werden nicht nur Fehlerquellen verringert, sondern es wird auch die Effizienz im Prüfprozess gesteigert. Insgesamt dienen diese Maßnahmen der verbesserten Validierung und Verifizierung der Prüfergebnisse

H&P: Mitarbeiter an der Prüfmaschine
(c) H&P
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