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27-05-2021 | Werkstoffprüfung + Materialanalyse | Im Fokus | Article

Digitale Assistenten für das Werkstofflabor

Author: Dieter Beste

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Hochwertige Werkstoffprüfung ist das A und O in der Produktion; die Sicherheit der Bauteile hängt von ihr ab. Dabei kommen viele Techniken und Wissensbereiche zusammen, und auch Erfahrung spielt eine große Rolle: Die perfekte Bühne für ein Expertensystem.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) aus Dresden wollen im Rahmen des Verbundprojekts "Digitaler Wandel in der Werkstoffprüfung: Voraussetzungen für die Bewältigung des Paradigmenwechsels durch Unternehmen" (DiWan) gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Wirtschaft ein virtuelles Werkstoff-Expertensystem entwickeln. Darin sollen neueste Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Aufsätzen über Werkstoffe und die Anforderungen aus einschlägigen Standards ebenso abrufbar sein wie das Praxiswissen von Erfahrungsträgern. Ein digitaler Assistent, so der Plan der Forschungspartner, soll bei Werkstoffprüfungen die gesammelte Expertise zur Verfügung stellen – und damit die Qualität der Arbeit in Werkstoff- und Metallographie-Laboren auf eine neue Stufe heben.

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Expertensystem? Das klingt ein wenig nach den Diskussionen, die in den 1980er Jahre um die künftigen Möglichkeiten der Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI) geführt wurden. Expertensysteme waren Hoffnungsträger, aber die damalige Rechenleistung der Computer reichte nicht aus. Das hat sich geändert – Expertensysteme gehören längst nicht zum alten Eisen, wie Zbigniew A. Styczynski, Krzysztof Rudion und André Naumann in ihrer "Einführung in Expertensysteme" festhalten. Denn sie haben den großen Vorteil, unterschiedliche intelligente Techniken wie Fuzzy-Logik oder Künstliche Neuronale Netzwerke zu einer konkreten Lösung zu bündeln. 

Ein Expertensystem sollte man sich als ein Programmsystem vorstellen, bei dem die Fachkompetenz von Experten, die sich in einem eng begrenzten Bereich hervorragend auskennen, in einer Wissensbank gebündelt und informationstechnisch-gerecht zur Lösung von Problemen bereitgestellt wird. Da das Wissen in solchen Systemen eine zentrale Rolle spielt, werden Expertensysteme auch als wissensbasierte Systeme (Knowledgebased Systems) und die Datenverarbeitung mit wissensbasierten Systemen als Wissensverarbeitung bezeichnet", definieren die Springer-Autoren im Buchkapitel "Einführung und Grundbegriffe der Expertensysteme", Seite 10.

Werkstoff-Wissen wächst exponentiell

Im Projekt DiWan wollen die Beteiligten zunächst ein elektronisches Laborbuch, eine Wissensdatenbank und ein digitales Labormanagementsystem entwickeln. Aus diesen Komponenten soll schließlich ein virtueller Experte entstehen, der für Werkstoffprüfer ganz neue Möglichkeiten bereithält. "Das Wissen über Werkstoffe wächst exponentiell", sagt Jörg Bretschneider vom Fraunhofer IWS, "doch nur ein Genie könnte sich die schiere Menge dieses Wissens merken und zielgerichtet zur Verfügung stellen." Abgesehen davon seien viele Informationen weit verstreut: in Werkstoff-Datenblättern zahlreicher Hersteller, in wissenschaftlichen Untersuchungen, die in verschiedenen Zeitschriften erschienen sind, in Normen und diversen Fachdatenbanken. Bei der Kreation ihres digitalen Helfers beschäftigen sich die Forscher auch mit der Ontologie der Werkstoffkunde. Dabei handelt es sich um ein Begriffsnetzwerk, das über eine bloße Verwaltung von Daten hinausgeht, indem es auch deren Beziehungen untereinander beschreibt.

Effiziente, umfassende Expertise

Digitale Assistenten könnten beispielsweise die Qualität und das Tempo von Werkstoffuntersuchungen und Schadensanalysen verbessern, sind sich die Forscher sicher. Und seien erfahrene Kollegen nicht gleich greifbar, könne eben eine Konsultation des digitalen Assistenten weiterhelfen – etwa um eine neue Ätz-Rezeptur für einen metallographischen Schliff zu planen. Auch sei nicht ausgeschlossen, dass die virtuellen Experten neue Querverbindungen und Erkenntnisse aus den bisher verstreuten Wissensquellen herstellten. Werkstoffprüfer könnten somit künftig ihre Expertise effizienter und umfassender erweitern – ganz im Sinne des lebenslangen Lernens.

Langfristig sollen die im Projekt gewonnenen Ergebnisse auch in die Ausbildungslehrpläne für Werkstoffprüfer einfließen. Aber das Expertensystem soll aber auch wichtiges immaterielles Kapital eines jeden Technologieunternehmens bewahren: Das Wissen in den Köpfen der Mitarbeiter. Brettschneider: "Wir wollen mit den digitalen Helfern verhindern, dass Sachverstand verloren geht, wenn ein Werkstoffprüfer den Job wechselt oder in Rente geht."
 

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