Werkstoffe wirtschaftlicher einsetzen
Je stärker Berechnungen automatisiert und durch KI unterstützt werden, desto wichtiger wird die Qualität der Werkstoffdaten dahinter. Denn Systeme können Kennwerte schnell verarbeiten aber nicht automatisch beurteilen, ob sie für den konkreten Anwendungsfall wirklich passen.
Passt der Kennwert zu Temperatur, Größe und Zustand?
Werkstoffkennwerte wirken in der technischen Berechnung zunächst unspektakulär. Streckgrenze, Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul oder Dauerfestigkeit werden ausgewählt, in die Berechnung übernommen und bilden anschließend einen Teil des Nachweises. Genau darin liegt jedoch ein Risiko: Eine präzise Berechnung kann nur so belastbar sein wie die Eingangsdaten, auf denen sie aufbaut.
Denn ein vorhandener Kennwert ist nicht automatisch der richtige Kennwert. Entscheidend ist, für welchen Werkstoffzustand er gilt, welche Bauteilabmessung berücksichtigt wurde, bei welcher Temperatur er angesetzt werden darf und auf welcher Grundlage er überhaupt ermittelt wurde. Auch Wärmebehandlung und Berechnungsmethodik können beeinflussen, welcher Wert für einen konkreten Nachweis relevant ist. Fehlt dieser Kontext, bleibt zwar eine Zahl zurück – ihre technische Aussagekraft wird aber schwerer zu beurteilen.
Gerade bei bekannten Werkstoffen fällt das im Alltag leicht unter den Tisch. Ein Wert wurde bereits mehrfach verwendet, liegt in einer bestehenden Berechnung vor oder steht in einer vertrauten Tabelle. Damit wirkt er zunächst plausibel. Bei einer neuen Geometrie oder veränderten Betriebsbedingungen muss er deshalb aber noch lange nicht unverändert übernommen werden können.
Der erste kritische Punkt einer Berechnung kann somit entstehen, bevor überhaupt die erste Formel ausgewertet wird.
Werkstoffdaten werden Teil der digitalen Nachweiskette
Technische Daten bleiben heute immer seltener in einem einzigen Programm. Sie werden zwischen Konstruktion, Berechnung, Simulation, Fertigung, Qualitätssicherung und Dokumentation weitergegeben und in unterschiedlichen Prozessschritten erneut verwendet. Damit steigt nicht nur die Menge verfügbarer Daten, sondern auch die Anforderung, sie eindeutig zu beschreiben und über Systemgrenzen hinweg richtig zuzuordnen.
Wie wichtig dieser Punkt inzwischen ist, zeigt die Normenwelt. Die ISO 8000-114:2024 behandelt unter anderem semantische Beschreibung, strukturierte Datenformate sowie Metadaten und Referenzdaten, damit Informationen zwischen Systemen eindeutig nutzbar bleiben. Die ISO-8000-Reihe betrachtet Datenqualität damit nicht nur als Frage eines korrekten Zahlenwerts, sondern auch als Frage seiner eindeutigen Bedeutung und maschinellen Verwendbarkeit.
Für den Maschinenbau wird das besonders im sogenannten Digital Thread relevant. NIST beschreibt darunter die durchgängige Verknüpfung von Informationen über verschiedene Phasen des Produktlebenszyklus. Aktuelle Arbeiten zeigen, dass Daten aus Konstruktion, Planung, Fertigung und Qualität nicht lediglich gesammelt, sondern miteinander in Beziehung gesetzt werden müssen, damit Rückverfolgbarkeit tatsächlich entsteht. NIST: Spatial and Temporal Data Alignment for Digital Threads, 2024
Für Werkstoffdaten hat das eine sehr praktische Konsequenz: Ein Kennwert allein reicht nicht mehr. Wenn später nicht mehr erkennbar ist, aus welcher Grundlage er stammt, für welchen Zustand er gilt und unter welchen Randbedingungen er verwendet wurde, wird seine Weiterverwendung zum Risiko. Eine moderne Werkstoffdatenbank muss deshalb nicht nur Daten liefern, sondern den Zusammenhang zwischen Werkstoff, Kennwert, Randbedingungen und technischer Berechnung erhalten.
Manuelle Übertragungen und Zusatzrechnungen reduzieren
Genau an dieser Stelle entscheidet sich, was eine Werkstoffdatenbank im Engineering tatsächlich wert ist. Es reicht nicht, einen Werkstoff eindeutig zu identifizieren und dazu eine Reihe von Kennwerten anzuzeigen. Für die Berechnung muss aus diesen Informationen eine belastbare Eingangsgröße werden. Das setzt voraus, dass relevante Einflussgrößen nicht erst außerhalb der Datenbank in zusätzlichen Tabellen oder eigenen Hilfsrechnungen berücksichtigt werden müssen.
In MDESIGN sind Werkstoffdaten deshalb direkt mit den jeweiligen Berechnungsaufgaben verknüpft. Je nach Anwendung stehen beispielsweise Zugfestigkeit, Streck- oder Fließgrenze, Elastizitätsmodul, Wechselfestigkeiten sowie temperaturabhängige Kennwerte zur Verfügung. Bei Festigkeitsnachweisen können darüber hinaus Einflussgrößen wie effektiver Durchmesser, Bauteilabmessungen und Temperatur in die Berechnung einfließen. Für FKM-basierte Nachweise werden unter anderem Größen- und Temperatureinflüsse berücksichtigt. Das Entscheidende ist dabei weniger ein einzelner Kennwert als der durchgängige Weg vom Werkstoff über die Randbedingungen bis zum Nachweis. MDESIGN Werkstoffe, Festigkeiten und Datenbanken
Damit verändert sich auch die Arbeit des Konstrukteurs. Er muss nicht länger an mehreren Stellen recherchieren, Werte übertragen und anschließend dokumentieren, woher sie stammen. Werkstoffauswahl und Berechnung rücken zusammen. Die Datenbank wird damit nicht zum Nachschlagewerk neben der Berechnung, sondern zu einem Teil der Berechnung selbst.
In MDESIGN lassen sich Werkstoffinformationen und berechnungsrelevante Randbedingungen unmittelbar miteinander verbinden. Das reduziert nicht nur manuelle Übertragungen, sondern macht auch sichtbar, welche Eingangsgrößen der anschließenden Bewertung zugrunde liegen.
„Was mich immer wieder überrascht: Unternehmen investieren sehr viel Zeit in präzise Berechnungsmodelle, aber bei den Werkstoffkennwerten wird teilweise noch mit Werten gearbeitet, deren Herkunft kaum dokumentiert ist. Dabei entscheidet genau diese Eingangsgröße maßgeblich über das Ergebnis.“
Eigene Werkstoffdaten systematisch weiterverwenden
Normative und veröffentlichte Werkstoffdaten sind allerdings nur ein Teil dessen, womit Unternehmen tatsächlich arbeiten. Hinzu kommen eigene Prüfwerte, kundenspezifische Materialien, intern freigegebene Kennwerte oder Werkstoffe, die aufgrund langjähriger Erfahrungen anders bewertet werden als ein allgemeiner Standarddatensatz.
Gerade dieses Wissen besitzt einen hohen Wert, weil es unmittelbar aus den eigenen Produkten und Entwicklungsprozessen stammt. Problematisch wird es, wenn solche Informationen ausschließlich in einzelnen Projektdateien oder persönlichen Tabellen verbleiben. Dann muss beim nächsten Projekt nicht nur der richtige Werkstoff gefunden werden, sondern zunächst geklärt werden, welche Version eines Datensatzes überhaupt verwendet werden soll.
MDESIGN sieht dafür eigene Benutzerdatenbanken vor. Werkstoffe können über die integrierten Datenbankfunktionen ergänzt und anschließend in den entsprechenden Berechnungen verwendet werden. Auch zentrale Benutzerdatenbanken im Netzwerk werden unterstützt, sofern die entsprechenden Rechte vorhanden sind. Damit kann aus individuellem Erfahrungswissen eine definierte Datengrundlage für weitere Projekte werden.
Der Unterschied ist im Alltag erheblich: Ein einmal qualifizierter Werkstoff muss nicht bei jeder neuen Konstruktion erneut aus alten Projekten rekonstruiert werden. Wissen bleibt nicht nur gespeichert, sondern wird wiederverwendbar.
Und dann kommt KI ins Spiel
Spätestens hier schließt sich der Kreis zur zunehmenden Automatisierung im Engineering. Wenn Systeme Kennwerte automatisch übernehmen, Varianten berechnen oder Konstrukteure durch KI-Assistenten unterstützen, steigt die Geschwindigkeit, mit der technische Informationen weiterverarbeitet werden können. Damit wächst allerdings auch die Wirkung eines ungeeigneten Eingangswerts.
Ein Berechnungssystem kann tausend Varianten mit demselben Kennwert untersuchen. Wenn dieser Kennwert für den Anwendungsfall falsch eingeordnet wurde, entstehen daraus nicht tausend bessere Ergebnisse, sondern tausend Varianten auf derselben falschen Grundlage. Die Qualität automatisierter Prozesse hängt deshalb unmittelbar davon ab, wie eindeutig ihre technischen Eingangsdaten definiert sind.
Das macht strukturierte Werkstoffdaten zu einer Voraussetzung für sinnvoll eingesetzte KI im Engineering. Je mehr Auswahl, Übertragung und Berechnung automatisiert werden, desto weniger darf die Bedeutung eines Kennwerts vom Erfahrungswissen einer einzelnen Person abhängen. Automatisierung spart dort Arbeit, wo die Datengrundlage eindeutig ist. Wo sie es nicht ist, skaliert sie vor allem die Unsicherheit.
Wie sich Unternehmensdaten und das Wissen einzelner Mitarbeitender schon heute für KI nutzbar machen lassen, zeigt MDESIGN studio.
MDESIGN studio entdeckenBerechnungen auch Jahre später sicher nachvollziehen
Eine zweite Konsequenz zeigt sich oft erst deutlich später. Während der ursprünglichen Konstruktion ist meist bekannt, warum ein bestimmter Werkstoff und bestimmte Kennwerte verwendet wurden. Wird dieselbe Berechnung nach einigen Jahren erneut geöffnet, kann dieser Zusammenhang bereits verloren sein. Dann genügt ein dokumentierter Sicherheitsfaktor allein nicht. Für eine belastbare Neubewertung muss erkennbar bleiben, welche Eingaben verwendet wurden, welche Randbedingungen galten und auf welcher Berechnungsgrundlage das Ergebnis entstanden ist.
MDESIGN führt deshalb Eingaben, Normen, Randbedingungen, Ergebnisse und Grafiken in technischen Berechnungsdokumentationen zusammen. Die Dokumentation wird damit nicht erst nachträglich aus verschiedenen Quellen zusammengestellt, sondern entsteht aus demselben Berechnungsprozess.
Das ist vor allem dann relevant, wenn Varianten entwickelt, Berechnungen intern weitergegeben oder Nachweise gegenüber Kunden und Prüforganisationen erläutert werden müssen. Was heute selbstverständlich erscheint, muss auch später noch verständlich sein. Ein technisch gutes Ergebnis ist deshalb nicht nur richtig berechnet. Es muss auch reproduzierbar sein.
Entwicklungszeit reduzieren und belastbar entwickeln
Damit lässt sich die Ausgangsfrage des Artikels präziser beantworten. Für den industriellen Einsatz entscheidet sich ihr Nutzen vielmehr daran, was zwischen der Auswahl eines Werkstoffs und dem fertigen Nachweis passiert.
Genau hier liegt die Stärke des MDESIGN-Ansatzes: Werkstoffkennwerte fließen direkt in die Berechnung ein, während alle Module derselben Benutzerführung folgen. Einmal gelernt, lässt sich der Ablauf von der Eingabe bis zur Dokumentation modulübergreifend einheitlich nutzen.
Eigene Werkstoffkennwerte selbst in MDESIGN ermitteln
Testen Sie MDESIGN 14 Tage lang kostenfrei und vollumfänglich mit Ihren eigenen Berechnungsfällen. Wählen Sie Werkstoffe, berücksichtigen Sie relevante Randbedingungen und prüfen Sie direkt, wie sich Kennwertermittlung, Berechnung und Dokumentation im durchgängigen Prozess verhalten.
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