Liebe Kolleginnen und Kollegen der MaterialDigital Community,
wir freuen uns sehr, Sie zu unserem abschließenden Newsletter in diesem Jahr begrüßen zu dürfen! Gemeinsam blicken wir auf ein ereignisreiches Jahr mit vielen persönlichen Begegnungen und spannenden Entwicklungen zurück. Den Auftakt bildete der Kick-off der MaterialDigital2-Projekte im Frühjahr, gefolgt von der Vollversammlung und der MSE-Konferenz im Spätsommer sowie Arbeitstreffen an der BAM im Herbst, bei denen ein intensiver Austausch zwischen der Plattform und den MaterialDigital1- und 2-Projekten stattfand. Wir sind in den verschiedenen Arbeitsbereichen der Plattform einen großen Schritt vorangekommen, was ein Resultat der intensiven Zusammenarbeit in den persönlichen und digitalen Arbeitstreffen ist. Sehr erfreulich ist auch, dass die Ergebnisse der ersten MaterialDigital-Projekte in zahlreichen Beiträgen zu einem Special Issues im Journal "Advanced Engineering Materials" zusammengefasst und damit nachhaltig verfügbar gemacht wurden. Einige weitere Artikel werden in den nächsten Wochen folgen.
Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Lesen des Newsletters. Es erwarten Sie neben diesem Rückblick auf die Aktivitäten des Jahres auch Neuigkeiten der einzelnen Arbeitsbereiche aus den letzten Wochen, sowie wichtige Veranstaltungshinweise für das Jahr 2025.
Wir freuen uns, bei der MaterialsWeek 2025 dabei zu sein. Die MaterialsWeek findet vom 2. bis 4. April 2025 in Frankfurt am Main un d online statt und bringt Wissenschaft und Industrie zusammen, um die Zukunft der Materialwissenschaften zu gestalten. Der Sprecher der PMD Peter Gumbsch organisiert als Topic Coordinator das Topic A: Digitalization of Materials - New Science From Virtual Design, Artificial Intelligence, and Industry 4.0..
Besonders hervorzuheben ist, dass unser Lenkungskreismitglied Chris Eberl als Keynote Speaker mit seinem Vortrag „Navigating the Digital Transformation in Materials Science and Engineering and Your Role in Shaping Tomorrow’s Research“ inspirierende Einblicke in die digitale Transformation der Materialwissenschaften geben wird.
Wir laden alle MaterialDigital-Projekte und Interessierte ein, Teil der MaterialsWeek zu werden. Reichen Sie Ihre Poster-Abstracts bis zum 18. Februar 2025 ein und präsentieren Sie Ihre Arbeit auf dieser wichtigen Veranstaltung.
Wir würden uns freuen, Sie an unserem MaterialDigital-Stand begrüßen zu dürfen! Kommen Sie vorbei, um sich an unserem Stand auszutauschen und Kontakte zu knüpfen. Wir bieten unseren MaterialDigital-Projekten an, unseren Stand auch als Treffpunkt für das eigene Netzwerken zu nutzen. Kommen Sie dafür einfach rechtzeitig auf uns zu – im Community-Meeting oder schreiben Sie uns an.
„Materialinnovationen für die Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft“ lautet das Motto der „MatFo2025“. Die Materialforschungskonferenz wird als Auftaktveranstaltung zur MaterialsWeek vom Bundesministerium für Bildung und Forschung am 2. April 2025 in Frankfurt veranstaltet. Im Mittelpunkt stehen aktuelle Herausforderungen und zukunftsweisende Lösungen für das Innovationssystem in Deutschland, diskutiert aus den Perspektiven von Politik, Forschung und Industrie.
Wir sind auf der FEMS EUROMAT 2025 in Granada dabei! Vom 14. bis 18. September 2025 wird die internationale MSE-Community die aktuellen Herausforderungen und Chancen unserer Branche diskutieren.
Die Plattform MaterialDigital organisiert in diesem Rahmen das Symposium D7 „Digital materials: rapid materials, experiments, simulation workflows, ontologies and interoperability“ unter der Leitung von Raymundo Arróyave, Chris Eberl und Tilmann Hickel. Ziel des Symposiums ist es, die neuesten technischen und wissenschaftlichen Entwicklungen rund um die digitale Transformation zu diskutieren - von Ontologien und Datenstrukturen bis hin zu digitalen Workflows und deren Anwendung für eine beschleunigte Material- und Prozessentwicklung.
Jetzt mitmachen: Die Einreichungsfrist für Abstracts endet am 31. Januar 2025. Wir möchten unsere MaterialDigital-Community ermuntern, Ihre Arbeiten auf der EUROMAT zu präsentieren!
Die Plattform MaterialDigital wird auch auf der EUROMAT mit einem Stand vertreten sein. Wir laden unsere Community herzlich ein, sich an unserem Stand auszutauschen und Kontakte zu knüpfen. Für unsere Projekte besteht auch hier die Möglichkeit, unseren Stand als Treffpunkt für das eigene Netzwerken zu nutzen. Kommen Sie dafür einfach rechtzeitig auf uns zu – im Community-Meeting oder schreiben Sie uns an.
Wir freuen uns auf Ihre Beiträge und darauf, Sie in Granada zu treffen!
Auch im kommenden Jahr lädt die Plattform MaterialDigital zur Vollversammlung ein!
Markieren Sie sich diesen Termin schon jetzt im Kalender! Die Vollversammlung bietet erneut eine ideale Gelegenheit für den Austausch in der Community, zwischen den MaterialDigital-Projekten und mit dem Plattform-Team. Im Jahr 2025 freuen wir uns besonders darauf, bereits die dritte Runde der MaterialDigital-Projekte zu begrüßen.
Weitere Details folgen im neuen Jahr. Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme!
Im QI-Digital Forum am 9. und 10. Oktober in Berlin drehte sich alles um digitale Qualitätsinfrastrukturen (QI), den AI Act und europäische Datenräume. Eine digitalisierte QI ist die Grundlage für eine effiziente Qualitätssicherung und vertrauensvolle Qualitätsnachweise. Wie auch die semantische und FAIRE Aufbereitung von Materialdaten und -prozessen in unserer Initiative, ist die digitale QI ein unverzichtbares Bauteil für die Industrie 4.0 sowie für den Digitalen Produktpass (DPP) zur Nachhaltigkeitsbewertung von Produkten und Dienstleistungen entlang der gesamten Lieferkette.
Erfahren Sie Näheres im Rückblick der Initiative. Ebenfalls sind interessante Aufzeichnungen und kleine Filme bei YouTube zu finden.
Es hat bereits Treffen zu möglichen Synergien von Projekten aus MaterialDigital und QI-Digital im Bereich Additive Fertigung gegeben. Verstärkt werden wir in Zukunft an Themen wie dem DPP und im Bereich Datenräume zusammenarbeiten.
2024 war ein Jahr voller spannender Veranstaltungen und intensiver Vernetzung. Unsere Aktivitäten haben die Zusammenarbeit innerhalb der MaterialDigital-Community weiter gestärkt und wertvolle Impulse gesetzt. Im Folgenden werfen wir einen Blick auf einige Highlights:
Monatliche Treffen boten auch 2024 Raum für den Austausch zwischen den Projekten und mit der Plattform. Die bei den Treffen vorgestellten Steckbriefe und Kurzpräsentationen unterstützten die Vernetzung der Projekte innerhalb der Initiative. In den letzten Treffen haben sich die Projektteams DigiChrom und DigiMatUs mit Steckbriefen vorgestellt. Diese und weitere Informationen zu den Projekten finden Sie auf den jeweiligen Projektseiten.
Die Community-Treffen bieten Raum für allgemeinen Austausch zu wichtigen Terminen, Aktivitäten und Plänen, sowohl der MaterialDigital-Plattform als auch der einzelnen Projekte. Wir laden alle Projektpartner*innen und Interessierten herzlich ein, auch in 2025 an den Treffen teilzunehmen. Wir freuen uns auf Sie!
Im Rahmen von elf Projektworkshops hatte die Plattform die Gelegenheit, sich ein Bild von den Vorhaben der MD2-Projekte zu machen. Ziel war es, gemeinsam mit den Projekten Anknüpfungspunkte zu identifizieren und den effektiven Austausch sicherzustellen.
Die Aktivitäten und Veranstaltungen haben verdeutlicht, dass die MaterialDigital Community eine wesentliche Rolle bei der digitalen Transformation der Materialwissenschaften spielt. Wir bereiten uns derzeit auf den Start und das Onboarding der MaterialDigital3-Projekte vor, die mit noch mehr Fokus auf die Abbildung kompletter Wertschöpfungszyklen nach und nach im neuen Jahr beginnen.
Darauf und auf viele weitere spannende Momente innerhalb unserer Community freuen wir uns schon. Wir freuen uns, Sie weiterhin mit interessanten Neuigkeiten und Veranstaltungen zu versorgen und mit Ihnen gemeinsam unsere Vision voranzubringen!
Das HAP Workflows hat als zentrales Ziel die Bereitstellung einer Umgebung, die es ermöglicht, verschiedene Softwaretools in digitalen Workflows zu kombinieren und jeden einzelnen Schritt einer Kette von Prozessschritten maschinell zugänglich, interpretierbar, speicherbar und reproduzierbar zu machen. Dabei kann es sich um Simulationsprozesse, um experimentelle Prozesse oder um eine Folge von Datenverarbeitungsschritten handeln. Insbesondere werden für die Umsetzung von komplexen, computergestützten Simulationen die beiden Workflowumgebungen pyiron und SimStack unterstützt und unter Berücksichtigung der Anforderungen aus MaterialDigital weiterentwickelt. Die Koordination der Aktivitäten des HAP Workflows erfolgt weiterhin in wöchentlichen Treffen, bei denen eine intensive Interaktion mit den Projekten realisiert wird.
Auch in diesem Jahr war es das Ziel des HAP Workflows, Umgebungen zur Kombination verschiedener Softwaretools in digitalen Workflows bereitzustellen und weiterzuentwickeln. Wir haben dabei herausgearbeitet, dass es sich um Simulationsprozesse, um experimentelle Prozesse oder um eine Folge von Datenverarbeitungsschritten handeln kann. Die Koordination der Aktivitäten des HAP Workflows erfolgte weiterhin in wöchentlichen Treffen und in gelegentlichen Workshops.
Zusätzlich wurden die Projekte in kleineren oder bilateralen Gesprächsgruppen mit Mitgliedern der Workflowgruppe bei der Verwendung der beiden von der PMD angebotenen Workflowumgebungen sowie der Lösung individueller Fragestellungen unterstützt. Das galt im letzten Jahr insbesondere für Simulationen auf der Kontinuum-Skale, die mit Finite-Elemente-Methoden (FEM) arbeiten. Dafür wurde eine Arbeitsgruppe reaktiviert, in der anhand von drei User Stories aus den Projekten in pyiron Konzepte diskutiert und umgesetzt wurden. Dabei ging es um die Arten von FEM Software-Lösungen, um die Interoperabilität zwischen ihnen (durch abstrakte Formulierungen von Workflows) und um die Optimierung von Parametern in Materialmodellen. Aber es ergaben sich aus den Diskussionen auch allgemeinere Fragen wie das kollaborative Arbeiten in einer Workflow-Umgebung.
In Bezug auf pyiron wurden signifikante Fortschritte erzielt, indem die modulare Struktur weiter vorangetrieben wurde. Bisher bezog sich Modularisierung hauptsächlich auf die Bereitstellung von Softwareumgebungen für die verschiedenen Bedürfnisse der Stakeholder von MaterialDigital. Die Modularisierung wurde aber jetzt derart vorangetrieben, dass jeder Workflow in seine einzelnen Knoten zerlegt wird, die dann unabhängig voneinander definiert und genutzt werden können. Dafür wurde in pyiron eine eigene Workflow-Klasse angelegt, die zu erheblichen Umgestaltungen des Codes führte. Auf diese Weise spiegelt sich die graphische Umsetzung, wie sie in IronFlow verwendet wird, jetzt auch in der Programmstruktur wider. Zudem wurde die graphische Umsetzung deutlich weiterentwickelt, um die Benutzerfreundlichkeit und Zugänglichkeit für Anwendende ohne tiefe Programmierkenntnisse zu verbessern. In einem Hackathon am 18./19. November 2024 an der BAM wurden die Specs für weitere Entwicklung von pyiron zusammengetragen und konkretisiert, um diese im neuen Jahr mit einer klaren Strategie umzusetzen.
Auch an der Entwicklung von SimStack wird kontinuierlich gearbeitet. Die Beauftragung zur Open-Source-Stellung unterstreicht das Engagement für Transparenz und Gemeinschaftszusammenarbeit. Mit der Bereitstellung des SimStack Servers als conda Paket ist es nun allen Nutzenden möglich, SimStack barrierefrei auf eigen Ressourcen zu verwenden. Die native Unterstützung von eigenen Conda-Umgebungen in den einzelnen Workflow Modulen erhöht dabei die Transferierbarkeit dieser Module deutlich. In einem internen Workshop wurden erste Konzepte erarbeitet, wie SimStack in eine Container-basierte Infrastruktur, wie dem PMD-Server, besser integriert werden kann. Zudem wurden Nutzungsszenarien, die die Ausführung von Workflows im PMD-Mesh beinhalten, berücksichtigt.
Der Workflow Store bleibt das zentrale Portal, um erarbeitete Simulationsworkflows mit der Community zu teilen. Wie bereits berichtet, wurde in einem Hackathon im Dezember 2023 die verfügbare Dokumentation überarbeitet und unter https://materialdigital.github.io/workflow-store/ öffentlich zugänglich gemacht, um die Nutzbarkeit und den Zugriff auf Workflows und Workflow-Module zu erleichtern. An der Umsetzung dieser Konzepte wurde 2024 kontinuierlich weitergearbeitet. Dies schließt eine aktive Befüllung des Workflow Stores mit Beiträgen sowohl aus dem Kernteam als auch aus den Projekten mit ein, was die Vielfalt und die Relevanz der verfügbaren Ressourcen deutlich erhöht. Einige Beispiele sind hier erläutert:
Aus diesem Projekt wurden einige Workflows dem Store hinzugefügt, die das Potential haben, für eine breitere Gruppe von Steakholdern relevant zu sein. Dazu gehört das Beispiel "pyiron DAMASK tensile simulation", in dem gezeigt wird, wie man einen Workflow zur Berechnung der Spannungs-Dehnungs-Kurve mit dem Kontinuums-Code DAMASK realisieren kann. Es wird auch gezeigt, wie die elastischen Parameter mit Hilfe von LAMMPS bestimmt und in den DAMASK Workflow integriert werden können. In dem Beispiel "pyiron DAMASK multiple rolling simulation" erfolgt ein Zugriff auf Materialparameter aus dem ontologiebasierten Dataspace Management System (DSMS), wird eine mehrstufige Walzsimulation in DAMASK durchgeführt und eine Ausgabe der erzielten Ergebnisse demonstriert.
In Zusammenarbeit mit KNOW-NOW wurde ein Simstack Workflow erarbeitet, mit dem eine Drucksimulation mit dem DEM-Solver LIGGGHTS durchgeführt werden kann. Die zugehörige Publikation "An Automatized Simulation Workflow for Powder Pressing Simulations Using SimStack" kann im Special Issue "Digitalization in Materials Science and Engineering" nachgelesen werden.
Im Projekt SensoTwin wurde ein Workflow zur Berechnung der zu erwartenden Restlebensdauer und der Schäden an allen Teilen eines Rotorblatts einer Windkraftanlage anhand von Herstellungs- und Betriebsparametern im Workflow Store veröffentlicht.
Ein neuer pyiron-Workflow von DiMad unter dem Titel „MICRESS®Benchmark of Early-Stage Growth from Liquid State – pyiron Workflow“ wurde dem Workflow Store hinzugefügt. Dieser Workflow dient zur Ausführung von Simulationen mit dem MICRESS-Tool innerhalb des pyiron-Frameworks. Phasenfeldmodellierung von Mikrostrukturentwicklung, einschließlich Phasenumwandlungen, Erstarrung und Kornwachstum, ist eine häufige Anwendung von MICRESS. In dem Beispiel wird das MICRESS-Tool verwendet, um eine Benchmark-Simulation des Wachstums im Frühstadium aus dem flüssigen Zustand durchzuführen und den Prozess mit pyiron zu optimieren. Dank dessen ist ein quantitativer Vergleich der Simulationsergebnisse möglich bis hin zur Verwendung von Matplotlib zur Visualisierung der Korngrößenentwicklung im Zeitverlauf.
Im Jahr 2024 wurden einige bahnbrechende Arbeiten zur Nutzung von Workflows in pyiron und SimStack für die Lösung materialwissenschaftlicher Fragestellungen veröffentlicht. Dabei ist an erster Stelle der Übersichtsartikel Advancing Digital Transformation in Material Science: The Role of Workflows within the MaterialDigital Initiative in der Sonderausgabe von Advanced Engineering Matrials (AEM) zu nennen, der demnächst erscheint und hier (https://www.materialdigital.de/special_issue/) verlinkt wird.
In diesem Artikel werden die inhärenten Herausforderungen bei der Anpassung von Workflow-Konzepten erörtert und eine Perspektive für die Entwicklung und Verwendung von Workflows in den jeweiligen Bereichen der verschiedenen geförderten Projekte geboten. Darüber hinaus wird die Rolle des Workflow Stores innerhalb der Initiative vorgestellt und ein zukünftiger Fahrplan für die PMD-Workflow-Gruppe skizziert, der darauf abzielt, die Rolle wissenschaftlicher Workflows als Mittel zur Förderung der digitalen Transformation und zur Förderung der kollaborativen Forschung in der Materialwissenschaft weiter zu verfeinern und auszubauen.
Aber auch weitere Arbeiten aus dem Jahr 2024 mit grundlegender Bedeutung für die Community sollten hier genannt werden:
Von Elektronen zu Phasendiagrammen mit Machine Learning Potentialen unter Verwendung automatisierter pyiron-basierter Workflows Hier wird ein umfassendes und benutzerfreundliches pyiron-Framework für den gesamten Zyklus der Erzeugung von Machine Learning Potentialen (MLP) demonstriert, der aus (i) der Erstellung systematischer Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Datenbanken, (ii) der Anpassung der DFT-Daten an empirische Potentiale oder MLPs und (iii) der Validierung der Potentiale in einem weitgehend automatischen Ansatz besteht. Die Leistungsfähigkeit und Performance dieses Frameworks wird für drei Klassen interatomarer Potentiale gezeigt: ein empirisches (EAM) Potential, ein neuronales Netzwerk und eine Entwicklung von Basissätzen (Atomic Cluster-Expansion – ACE). Für die Validierung und Anwendungsdemonstration wird die Berechnung eines binären Zusammensetzungs-Temperatur-Phasendiagramms für Al-Li durchgeführt.
Automatisierte Optimierung und Quantifizierung der Unsicherheit von Konvergenzparametern in DFT-Berechnungen Hier wird die für Hochdurchsatzberechnungen notwendige automatisierte Bestimmung des statistischen und systematischen Fehlers im mehrdimensionalen Raum der Konvergenzparameter für DFT-Berechnungen mit ebenen Wellen demonstriert. Hierzu wurde ein Formalismus in pyiron implementiert, der als Eingabe die Zielpräzision und nicht die Konvergenzparameter erfordert. Die Leistungsfähigkeit und Robustheit des Ansatzes werden durch die Anwendung auf eine große Anzahl von Elementen gezeigt, die in einem kubischen fcc-Gitter kristallisieren.
Im Jahr 2025 wird sich die PMD Workflow Gruppe unter anderem auf die Weiterentwicklung in den Themenfeldern Modularisierung von Workflows in einfach wiederverwendbare Workflow Nodes, die Integration von KI-Workflows, und die Integration von Elektronischen Laborbüchern durch und in Workflows fokussieren.
Im Jahr 2024 hat das PMD Kernteam die erstellten und bereitgestellten Ontologien weiterentwickelt. Besonders hervorzuheben ist die Aktualisierung der PMD Core Ontology (PMDco) von Version 2.0.8 auf Version 3.0. Die PMDco 3.0 nutzt die Basic Formal Ontology (BFO-2020), die in der Norm ISO/IEC 21838-2:2021 standardisiert ist, als Top-Level-Ontologie. Zudem werden Konzepte anderer Ontologien verwendet, die mit der BFO kompatibel sind. Diese Entscheidung zur Überarbeitung der PMDco mit Bezug zur BFO als Top-Level-Ontologie wurde auf dem 1. Hackathon des HAP Semantische Interoperabilität Ende 2023 getroffen und repräsentiert einen Konsens in der MaterialDigital Community.
Infolge der überarbeiteten Version der PMDco wurden auch bestehende Domänenontologien überarbeitet, wie z.B. die Tensile Test Ontology (TTO) und die Microscopy Ontology (MO). Diese sind in dedizierten Repositorien im MaterialDigital GitHub zu finden.
Die bisher entwickelten Applikationsontologien, welche sich auf die Version 2.0.8 der PMDco beziehen, bleiben, wie diese Version der PMDco selbst, in ihrer ursprünglichen Form im dafür vorgesehenen GitHub Repositorium "application-ontologies" erhalten. Sie dienen weiterhin als Beispiele für die Ontologieentwicklung und Grundlage für zahlreiche PMD-Demonstratoren (z.B. den "Orowan-Demonstrator"), welche insbesondere in die Thematik Einsteigenden als einfache Startpunkte dienen sollen.
Vom 12. bis 14. November fand der zweite PMDco Hackathon an der BAM statt. In der BAM-Bibliothek ausgerichtet, arbeiteten 40 Teilnehmende zwischen Regalen voller gebundenem Wissen kollaborativ an der Weiterentwicklung der PMDco. Die positive Stimmung der vergangenen PMD Vollversammlung war spürbar und in fruchtbaren Gruppenarbeiten wurden bedeutende Fortschritte erzielt:
PMDco Module Materials und Data Transformation: Insbesondere die PMDco Module "Materials" und "Data Transformation" wurden weiter befüllt. Intensive Diskussionen zu für diese Bereiche relevanten Konzepten führten zur Erstellung von semantischen Patterns, die zunächst visuell dokumentiert und anschließend in die entsprechenden Module eingebracht wurden. Die neueste Version der PMDco 3.0 kann im zugehörigen PMDco 3.0 GitHub Repository (develop branch) eingesehen werden. Weiterhin sind Mitarbeit und Kommentare, vorzugsweise unter Verwendung von GitHub Issues, erwünscht!
Guide Ontologieentwicklung: Inspiriert durch intensive Diskussionen auf dem ersten Hackathon 2023 und darauf gegründeten Kollaborationen wurde in der Folge ein Guide zur Ontologie-Entwicklung erstellt, welcher nun veröffentlicht ist und entsprechend präsentiert wurde. Dieser trägt den Titel "A Practical Ontology Development Guide" und ist unter dem Schirm des Scientific Ontology Network frei zugänglich über diesen direkten Link veröffentlicht.
Expertenaustausch: Es war besonders erfreulich, dass wir mit diesem Event viele Experten aus Industrie und Akademie zusammenbringen konnten. Neben dem PMD Kernteam waren auch Vertreterinnen und Vertreter von MaterialDigital der ersten und aktuellen zweiten Phase, NFDI MatWerk, QI-Digital, DIN Solutions und pyiron vertreten. Wir danken nochmals allen, die diesen Hackathon besonders gemacht haben.
Das Hauptarbeitspaket Semantische Interoperabilität kann zudem neue Veröffentlichungen vorweisen, die im Folgenden in chronologischer Reihenfolge ihres Erscheinens im Jahr 2024 angegeben sind:
FAIRe und strukturierte Daten am Beispiel der Zugversuchsontologie - Ausgewählt für die „Advanced Engineering Materials 2024“ Ausgabe
Unter Beteiligung der Institutionen FIZ, IWM, IWT und BAM wurde eine grundlegende Studie zur Entwicklung von Domänen- / Applikationsontologien im Bereich der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik am Beispiel der Erstellung einer Zugversuchsontologie (Tensile Test Ontology, TTO) durchgeführt und deren Ergebnisse veröffentlicht. Die TTO stellt die mechanische Zugversuchsmethode semantisch dar, wobei sie mit der PMDco verknüpft ist. Da sie basierend auf der assoziierten ISO 6892-1 entwickelt wurde, ist die TTO teststandardkonform und bietet ein strukturiertes Vokabular für Zugversuchsdaten. Eine damit einhergehende Kategorisierung von Messdaten und Metadaten erleichtert umfassende Datenanalysen, Interpretationen und systematische Suchen in Datenbanken. Der Weg von der Entwicklung einer Ontologie gemäß eines zugehörigen Teststandards, der Umwandlung ausgewählter Zugversuchsdaten in das interoperable Resource Description Framework-Format bis hin zur Verbindung der Ontologie und Daten wird dargestellt.
Wir freuen uns sehr, dass dieses Paper ausgewählt wurde, Teil der Ausgabe „Advanced Engineering Materials 2024“ in der Wiley Online Library zu sein. Diese virtuelle Ausgabe präsentiert eine Auswahl der herausragendsten Artikel, die in Advanced Engineering Materials 2024 veröffentlicht wurden.
Semantische Integration von Daten aus unterschiedlichen Quellen
In Zusammenarbeit von IWM, FIZ und BAM wurde eine Studie zur semantischen Integration von Daten erstellt, welche aus verschiedenen Messmethoden stammen und zusammengeführt werden. Als Beispiel diente die Ausscheidungshärtung einer Aluminiumlegierung, bei der mechanische und mikrostrukturelle Eigenschaften aus Zugversuchen und Dunkelfeld-Transmissionselektronenmikroskopie über verschiedene Alterungszeiten hinweg korreliert werden. Ein wurde ein erweiterbarer Wissensgraph mithilfe von Datenmapping unter Verwendung geeigneter Ontologien erstellt. Dieser Ansatz folgt den FAIR-Prinzipien und ermöglicht eine anspruchsvolle Analyse über SPARQL-Abfragen, die Korrelationen im Einklang mit dem Orowan-Mechanismus aufzeigen.
NLP-Ansatz für die unterstützende Ontologie Entwicklung
In Kollaboration mit dem NIST in den USA, dem IWT und der BAM wurde ein NLP-Ansatz vorgestellt mit dem man die Terminologie der Community aus einem großen Korpus von wissenschaftlichen Beiträgen erhalten kann und diese in einem weiteren Schritt entsprechenden Konzepten der PMDco zuordnet.
Semantische Integration basierend auf ELN-Daten
In Zusammenarbeit der TU Darmstadt, des KIT, des FIZ, des IWM und der BAM wurde eine laborinterne Pipeline beschrieben, die elektronische Labornotizbücher (ELNs, hier eLabFTW) und Python-Skripte zur Erstellung semantisch angereicherter, interoperabler, maschinenverarbeitbarer Daten verwendet. Als Teil eines Praktikums an der TU Darmstadt verwenden Studierende das ELN eLabFTW, um ihre Versuche zu beschreiben und Messdaten aufzunehmen. Eine Verknüpfung des ELNs mit semantischen Konzepten unter Verwendung geeigneter Python-Skripte führt zur Erstellung von interoperablen Daten, die wiederverwendet und somit einer Nachnutzung zugeführt werden können.
Im Hauptarbeitsbereich Semantische Interoperabilität erstellte Inhalte wurden auch 2024 wieder auf zahlreichen nationalen und internationalen (wissenschaftlichen) Konferenzen und Veranstaltungen präsentiert, wie beispielsweise:
Für das kommende Jahr stehen einige spannende Ereignisse und Entwicklungen an. Ein besonderes Highlight wird die Veröffentlichung der PMDco v3.0 als Alpha Release im Frühjahr sein. Die Community ist herzlich eingeladen, aktiv an der Weiterentwicklung teilzunehmen und Änderungs- sowie Erweiterungswünsche, z.B. unter Verwendung assoziierter GitHub-Issues, einzubringen.
Darüber hinaus starten Partnerprojekte aus der MaterialDigital 3 Phase, die wir onboarden und bei der Ontologieentwicklung unterstützen werden. Weiterhin sollen nationale und internationale Kooperationen und Kollaborationen gefestigt und ausgebaut werden, um die Community zu stärken und die Ideen, Ansätze und Lösungen der PMD weiter zu verbreiten.
Wir freuen uns auf ein produktives Jahr 2025 und darauf, gemeinsam mit der MaterialDigital Community die Zukunft der semantischen Interoperabilität zu gestalten. Außerdem laden wir Sie herzlich ein, sich in unseren E-Mail-Verteiler einzutragen, um an unserem zweiwöchentlichen interaktiven Austauschformat zur Ontologienutzung und Modellierung, dem Ontology Playgrounde teilzunehmen.
Zu Beginn des Jahres traf sich die Architekturgruppe zu einem Hackathon in Berlin, um einige wichtige Punkte für die Arbeit des bevorstehenden Jahres zu diskutieren und zu bearbeiten. Gemeinsam mit Vertreter*innen der Community-Interaction wurde so eine Überarbeitung des PMD Deploymentguides - insbesondere das Bereitstellen einer PMD-Mesh Anbindung - und der zugehörigen Webseite angestoßen. Die im Hackathon diskutierten Arbeitspunkte wurden in die Arbeit der Architekturgruppe integriert und entsprechend bearbeitet. Auch der PMD Demonstrator blieb ein aktuelles, relevantes Thema in den Treffen der Architekturrunde und war wichtiger Bestandteil der Repräsentation der PMD beim NFDI-MatWerk All-Hands-On-deck, in der Kick-Off Veranstaltung für die MD2 Projekte und natürlich bei der MaterialDigital Vollversammlung. Aktuell wird eine neue Komponente aufgebaut, in der ein einfaches Beispiel zu Nutzen des PMD-Meshes demonstriert wird. Darüber hinaus wurde in der Architekturgruppe die Beauftragung zur Weiterentwicklung des OntoDockers koordiniert. Bei der Weiterentwicklung wie auch bei der Erstellung des Demonstrators ist die Mitarbeit anderer Arbeitsrunden wie der Community Interaction notwendig, um sicherzustellen, das verständlich und zielgruppengenau kommuniziert wird. Immer mehr wird die Zusammenarbeit aller Arbeitsgebiete gebraucht, was wir in unserer Arbeit bereits entsprechend umgesetzt haben.
Seit Beginn 2024 arbeiten wir an einer Datenspeicherlösung für andere, MaterialDigital externe Projekte wie die der Initiative "MaterialNeutral". Die Anforderungen an diese Lösung sind vor allem eine einfache Nutzbarkeit und die Möglichkeit, Datensätze in optionalem Maße semantisch zu annotieren. Nach einer Evaluierung verschiedener Optionen, fiel die Entscheidung auf die Lösung, die das MD1 Projekt KupferDigital bereits verwendet hat. Somit konnten Erfahrungen und Entwicklungen aus dem Projekt bereits einfliessen. Es wird ein auf CKAN (Comprehensive Knowledge Archive Network) basierender Datenkatalog-Service entwickelt, der unter Nutzung des "Data Catalog Vocabulary" (DCAT) semantische Interoperabilität der bibliographischen Teile der Datensätze gewährleistet. Durch das Testen verschiedener Deployments wird zum einen die tatsächliche Nutzbarkeit der Lösung bestätigt und zum anderen ein einfaches und schnelles Bereitstellen des Services sichergestellt. Das so zusammengestellte "Datenportal" soll es den Usern über ein Webinterface ermöglichen, Daten hochzuladen und zu annotieren sowie bereits verfügbare Datensätze zu erkunden und verschiedene gefilterte Suchen durchzuführen. Die Anbindung an andere Infrastrukturkomponenten wie beispielsweise einen Single-Sign-On (SSO) Service wie Keycloak lässt sich auf einfache Weise umsetzen, sodass eine Einbettung in bestehende digitale Ökosysteme schnell erzielt werden kann. Es werden aktuell Schulungsunterlagen erarbeitet, die bei der Verwendung dieser Lösung unterstützen sollen. Wir halten Sie auf dem Laufenden.
Um die Versatilität der entwickelten Lösung auch für Projekte aus MaterialDigital verfügbar zu machen, wird diskutiert, einen angepassten Dienst zentral als PMD Service zu hosten. Wie dieses "PMD Datenportal" im Detail umgesetzt werden soll ist Gegenstand aktueller Diskussionen. Insbesondere das Potential, im PMD-Mesh nach vorhandenen Datensätzen mittels (zunächst bibliographischen) Stichworten zu suchen und gegebenenfalls das Auffinden anderer im Mesh gehosteten Services zu erleichtern, verspricht spannende Entwicklungen im kommenden Jahr. Seien Sie gespannt und melden Sie sich bei uns, wenn Sie Teil dieser Entwicklungen sein möchten.
In unserer Initiative gibt es stetig spannende neue wissenschaftliche Beiträge. Wenn auch Sie Veröffentlichungen aus Ihrem Projekt haben, senden Sie uns diese gerne an community@material-digital.de zu. Wir teilen sie mit der Community und sorgen dafür, dass Ihre Forschung sichtbar wird.
Im Rahmen des von der Initiative MaterialDigital vorbereiteten Sonderheftes in der Zeitschrift Advanced Engineering Materials sind weitere Veröffentlichungen erschienen. Zeitnah wird ebenfalls ein Umbrella Paper aus der PMD im Bereich Workflows erscheinen.
Developing an Ontology on Battery Production and Characterization with the Help of Key Use Cases from Battery Research aus dem Projekt DigiBatMat
Environmental Impact Assessment of Copper-Alloy Production Using Process Simulation and Semantic Modeling aus dem Projekt KupferDigital
Smart Rubber Extrusion Line Combining Multiple Sensor Techniques for AI-Based Process Control aus dem Projekt DIGITRUBBER
Seamless Science: Lifting Experimental Mechanical Testing Lab Data to an Interoperable Semantic Representation Markus Schilling et al.
Modeling and Accessing Smart Materials with Shapes Constraint Language Integrity Constraints and Ontologies—The SmaDi Way aus dem Projekt SmaDi
Wir empfehlen Ihnen den neuen NFDI Podcast, in dem es u.a. über FAIR-Prinzipien und innovative Datenräume die Forschung und Industrie in Deutschland geht. Folge 1: Die Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) und die FAIR-Prinzipien (Prof. Dr. York Sure-Vetter) Folge 2: Sicherer Datenaustausch zwischen Wissenschaft und Wirtschaft (Dr. Christoph Lange-Bever)
Die 2. NFDI-MatWerk Conference on Digital Transformation in Materials Science and Engineering findet vom 8. bis 10. Juli 2025 als hybride Konferenz in Siegburg und online statt. Nutzen Sie die Gelegenheit, sich über aktuelle Themen der Digitalisierung in den Materialwissenschaften zu auszutauschen und an einer gemeinsamen Vision zu arbeiten. Poster und Community-Beiträge können weiterhin eingereicht werden. Die Plattform MaterialDigital wird wieder aktiv an der Konferenz und dem Austausch teilnehmen - wir freuen uns schon jetzt darauf!
Auch in diesem Jahr unterstützen wir die Jung-DGM und freuen uns, Teil des DGM-Adventskalenders zu sein! Hinter den 24 Türchen verbergen sich kreative Weihnachtsgrüße aus der Welt der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik und spannende Einblicke in materialwissenschaftliche Institute, Forschungsprojekte, Unternehmen und Initiativen.
Viel Spaß beim Öffnen, schauen Sie unbedingt hinter Tür 1!
Zum Jahresende bedanken wir uns für die wertvolle Zusammenarbeit und den regen Austausch. Wir wünschen Ihnen eine erholsame und gemütliche Zeit und freuen uns auf ein spannendes 2025 mit vielen gemeinsamen Erfolgen!
Bleiben Sie bis dahin mit uns in Verbindung: Folgen Sie uns auf LinkedIn und besuchen Sie unsere Website, um immer auf dem neuesten Stand zu bleiben.
Bei Fragen stehen wir Ihnen jederzeit unter info@material-digital.de oder über unsere direkten Ansprechpersonen zur Verfügung.
Ihr PMD Team
