Der digitale Zwilling in der Materialentwicklung

Der digitale Zwilling in der Materialentwicklung
Bei vielen Unternehmen sind die Zeiten von handschriftlichen Aufzeichnungen und Excel nach wie vor Alltag. Dabei könnte die Digitalisierung neue Ansätze in der industriellen Materialentwicklung ermöglichen. 
Das wissen Firmen, die den Schritt gewagt haben.
Ineffizient und Intransparenz - wohin man schaut

In der Materialentwicklung sollte jedes Experiment und jede Rezeptur dokumentiert sein, denn nur so lassen sich die Ergebnisse auswerten, überprüfen und reproduzieren. Wenn das Unternehmen zu einem späteren Zeitpunkt ein Produkt mit ähnlichen Eigenschaften entwickelt, dann brauchen die Entwickler nur nach alten Rezepturen zu fahnden.

So weit die Theorie. Der Digitalisierungsgrad, der dazu notwendig ist, mag zwar selbstverständlich sein, doch wie immer steckt der Teufel im Detail. Häufig dokumentieren Mitarbeiter noch immer mit unterschiedlicher Systematik, entweder handschriftlich in ein Laborbuch oder in eine Tabellenkalkulation. Für andere Mitarbeiter sind die Informationen mal besser, mal schlechter lesbar. Auffindbar sind sie häufig nicht. Und wer nach einem Jahr für eine Reklamation bestimmte Informationen wiederfinden möchte, braucht viel Zeit. Zeit, die man genauso gut in andere Tätigkeiten investieren könnte.

Wann kommt die Digitalisierung?

Die Basis für ein digitales Datenmanagementsystem liegt in der Bündelung aller anfallenden Informationen. Sämtliche Daten sind an einem Ort abgelegt: Messgeräte, Messwerte, Materialdaten bis hin zu den Einstellparametern bei der Herstellung. Alle Daten, die im Technikum oder Prüflabor anfallen, speist das Team in das System ein. Und zwar standardisiert, so dass die Daten für jeden Mitarbeiter verständlich und durchsuchbar sind. „Mit LabV hat jede Probe einen digitalen Zwilling“, erklärte uns der Entwicklungsleiter, der mit der Erforschung neuer Kunststoffrezepturen für spezielle Anwendungen betraut ist. „Über eine eindeutige Identifikationsnummer kann jeder Mitarbeiter alles notwendige über die Probe erfahren, ohne in irgendwelchen Listen oder Dokumenten zu wühlen.“ Auf Knopfdruck kann jeder Mitarbeiter einsehen, wann welche Probe aus welchen Rohmaterialien hergestellt wurde und welcher Prüfplan hinter jedem Experiment steckt. Die Idee: die Materialentwicklung schneller und effizienter zu machen. Hinzu kommt, dass es eine klare Zuordnung zu den Mitarbeitern gibt. Fragen zu einer bestimmten Probe lassen sich so schnell und unkompliziert beantworten. Bei Rückfragen weiß der Mitarbeiter genau, wen er ansprechen muss.

Und es gibt weitere Vorteile: „In der Industrie kommen viele Mitarbeiter bald ins Rentenalter. Wenn die uns verlassen, müssen die Daten und Informationen noch verfügbar bleiben. Und wenn ein neuer Kollege zu uns stößt, sollte er möglichst reibungslos durchstarten können – das ist mit LabV kein Problem mehr“, erklärte der Entwicklungsleiter.

Messgeräte mit Leichtigkeit verbinden

Der wichtigste Schritt ist eine einheitliche Datenbank und definierte Prozesse für die Erfassung der Daten. So können Materialentwickler die Messergebnisse aus verschiedenen Experimenten leicht für übergreifende Analysen nutzen. Die Herausforderung: möglichst alle Messgeräte direkt mit der Software verbinden, die dann die generierten Daten automatisiert einspeisen. Bei CAQ- und LIMS-Systemen ist das häufig ein Problem. Die Integration mit diversen Geräten verschiedener Hersteller ist meist komplex und kommt einem IT-Großprojekt gleich, das massive IT-Ressourcen verschlingt. Bei Plattformen wie LabV ist das nicht der Fall, so dass die Einführung der Software den Unternehmen leichter fällt. „Wir hatten erwartet, dass die Einführung einer Datenmanagement-Software und die Anbindung aller Geräte ein aufwändiges IT-Projekt wäre. Da mussten wir die IT davon überzeugen, dass dem nicht so ist.“

Häufig ist der erste Schritt das größte Problem, wie uns der Entwicklungsleiter bestätigte „Wir waren uns bewusst, dass die Digitalisierung dringend und notwendig war, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Aber wir wussten erst mal nicht, wo wir anfangen sollen.“ Da sind Workshops mit einem Plattformanbieter häufig der erste Schritt.

Die umfassende Datenbasis, die so geschaffen wurde, hilft dem Unternehmen jetzt, Zusammenhänge in den Daten zu finden, die die Entwickler sonst nie bemerkt hätten. „Jetzt können wir aus vorangegangener Entwicklungsarbeit lernen. Das macht die Entwicklung neuer Produkte schneller“, erklärte der Entwicklungsleiter. „Zum Beispiel können wir erkennen, wie bestimmte Eigenschaften der Polymere mit welchen Rezepturen erreicht werden können. Wir finden Beziehungen in den Daten, die wir sonst nie bemerkt hätten.“

Die Zukunft beginnt heute

Das Fazit aus dem Entwicklungslabor: Für sie hat sich die Einführung eines neuen Datenmanagementsystems gelohnt. Nun hoffen sie, dass der KI-Laborassistent nicht mehr lange auf sich warten lässt. Eine so allumfassende Dateninfrastruktur schafft die Grundlage für einen AI-gestützten Laborassistenten. “Mit immer weniger Ressourcen immer mehr erreichen. Das geht nur, wenn man mit den neueren Entwicklungen wie der KI neue Wege beschreitet“, meinte der Entwicklungsleiter.

* Name und Unternehmen aus Gründen der Geheimhaltung anonymisiert.

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