Arbeitskreis des Fachausschusses Materials Modelling, Simulation and Data
Simulationsplattformen und Interoperabilität

Die Entwicklung der Computerleistung und der Simulationsmethoden hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gebracht. Die Entwicklung von Simulationsmodellen erfolgt heute auf allen Zeit- bzw. Längenskalen und eine Vielzahl von Simulationswerkzeugen ist verfügbar. Gegenwärtig arbeiten zahlreiche dieser Softwarelösungen in ihrem jeweiligen Bereich auf einem Niveau, das wertvolle und somit auch wertschöpfende Beiträge zu modernen Konstruktionsaufgaben in wissensbasierten Produktions- und Produktmodellen ermöglicht.

Das komplexe Zusammenspiel zwischen atomistischen Prozessen, Thermodynamik, Prozessbedingungen, Mikrostrukturentwicklung, Material- und Bauteileigenschaften von der Produktentstehung bis zum Recycling wird jedoch erst durch die Kombination verschiedener Methoden- und Simulationstools im Rahmen eines „Integrated Computational Materials Engineering“ (ICME) Ansatzes beschreibbar. Eine spezielle Anforderung an zukünftige Lösungen ist somit die modular konfigurierbare Kombination verschiedener Tools unterschiedlicher Anbieter auf Simulationsplattformen anstelle monolithischer Lösungen.

Die Vision des Arbeitskreises Simulationsplattformen und Interoperabilität ist (i) die Etablierung einer bundesweiten Werkstoffsimulationsinfrastruktur in Form eines nutzerfreundlichen Simulationsnetzwerkes und (ii) die Vereinheitlichung der digitalen Werkstoff- bzw. Komponentenbeschreibung durch semantische Technologien als Grundlage für einen nahtlosen Informationsaustausch bzw. Interoperabilität zwischen verschiedenen Computersimulationen aber auch zwischen Simulation und Experiment bzw. Analytik über den gesamten Lebenszyklus hinweg.

Die Strategie zur Erreichung dieser Ziele beruht auf der Verwendung offener und frei zugänglicher Simulationsplattformen und Workflow Manager wie z.B. der AixViPMaP für Kontinuumsmodelle auf der Gefügeskala oder den Plattformansätzen Aiida, SimPhony, pyiron, simstack, MODENA. Zukünftige MetaPlattformen, wie sie in den Europäischen MarketPlace und VIMMP Projekten und der deutschen Innovationsplattform MaterialDigital entwickelt werden, bekommen ein breites Fundament. Derzeit bereits verfügbare Plattformen werden durch den Arbeitskreis im Rahmen von Workshops vorgestellt und durch Teilnehmer bewertet. In einem weiteren Schritt werden einzelne Plattformen durch interessierte Institutionen intern installiert und mit den eigenen Softwaretools genutzt und bewertet. In einem weiteren Schritt können Einzelinstallationen über das Internet, unter Beachtung von Datenschutzrichtlinien, miteinander vernetzt werden. Einzelne der obigen Plattformen bieten bereits jetzt die für eine solche Vernetzung erforderlichen Funktionalitäten.

Die Interoperabilität zwischen verschiedenen Simulationstools – aber auch zwischen Simulation und Experiment (Analysedaten etc.) – soll durch eine vereinheitliche Werkstoffbeschreibung auf Basis semantischer Technologien gewährleistet werden. Ausgangspunkt hierfür ist die frei verfügbare „European Materials & Modelling Ontology“ (EMMO).

Vision des Arbeitskreises ist es, den Austausch und die Bearbeitung von Materialkenngrößen vergleichbar einfach und intelligent wie den heutigen Austausch von Bild- und Videodateien zu gestalten.

Ein derart vereinfachter Austausch digitalisierter Werkstoffdaten und Informationen ermöglicht (i) eine deutlich bessere Vernetzung der Werkstoff-Community in all ihren Spezialdisziplinen, (ii) signifikante Verbesserungen in Lehre und Fortbildung sowie (iii) eine deutliche Erhöhung der Innovationsgeschwindigkeit in der werkstoffherstellenden und –verarbeitenden Industrie.

Ziele

  • Kontinuierliche Begleitung und Kommunikation der neuesten nationalen und internationalen Entwicklungen im Bereich von Simulationsplattformen für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik
  • Förderung der Nutzung von Simulationsplattformen in akademischer Ausbildung und industrieller Anwendung
  • Kontinuierliche Erfassung industrieller und akademischer Anforderungen an die Funktionalitäten von Simulationsplattformen
  • Schaffung einer bundesweit vernetzten Werkstoffsimulationsinfrastruktur
  • Beratung öffentlicher Stellen

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