Komplexe Arbeitsabläufe der Materialmodellierung vereinfachen und vereinheitlichen
Innovative Werkstoffe sind aus praktisch keinem Industriezweig wegzudenken. Sie beeinflussen unser Leben in Bereichen wie der Unterhaltungselektronik, dem Verkehr, der Gesundheitsversorgung und dem Energiesektor. Die Integration von Modellierung und Digitalisierung in den Produktentwurf und die Entwicklungspipeline beschleunigt den Prozess, katapultiert die Produkte zum Erfolg und unterstützt die Nachhaltigkeit der europäischen Industrie und das Wohlergehen der Gesellschaft. Ohne Interoperabilität und die gemeinsame Nutzung von Daten bleibt jedoch das volle Potenzial der Materialmodellierung ungenutzt. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SimDOME wurde diese Herausforderung angegangen, indem vorhandene Modellierungssoftware hochskaliert und die interoperable offene Simulationsplattform (Open Simulation Platform, OSP) SimDOME geschaffen wurde, auf der diese genutzt wird.
Beschleunigte Entwicklung einer leistungsfähigen Materialontologie
Die elementare multiperspektivische Materialontologie (Elementary Multiperspective Materials Ontology, EMMO) entsteht innerhalb einer multidisziplinären Anstrengung zur Schaffung eines formalen, genormten Darstellungsrahmens (Ontologie) für die angewandten Wissenschaften. Sie bietet Vokabular, Taxonomien und Beziehungen zwischen Entitäten, die die gemeinsame Nutzung erleichtern. Vor SimDOME gab es keine industrietaugliche gemeinsame Modellierungsplattform, die mit EMMO und dem europäischen Marktplatz für Materialmodellierung (European Materials Modelling Marketplace, EMMM) konform war, wobei dieses Vorhaben darauf abzielt, eine zentrale Anlaufstelle für alle Materialmodellierungsaktivitäten in Europa zu schaffen. Projektkoordinator Emanuele Ghedini von der Universität Bologna erklärt dazu: „Man kann sich die EMMO wie eine gut strukturierte Bibliothek mit vielen Büchern vorstellen, die viele Informationen enthalten. Bücher sind jedoch stumm, bis jemand sie liest und die in ihnen enthaltenen Konzepte durch Handlungen zum Leben erweckt. Gleichermaßen benötigt eine Ontologie Agenten und Instrumente, um befüllt oder genutzt zu werden. Eine Modellierungsplattform wie die von SimDOME ist eine Möglichkeit, um ein System zu schaffen, das die EMMO anwendet, um Daten, Methoden, Algorithmen und Instrumente interoperabel werden zu lassen. Zudem ermöglicht die dem semantischen Web gerechte Sprache der EMMO die direkte Nutzung in modernen Graphendatenbanken.“
Agenten und Instrumente zur Nutzung von EMMO und EMMM
Die offene Simulationsplattform von SimDOME ist eine webbasierte Anwendung, auf der die Modellierungssoftware SimPhoNy von Fraunhofer genutzt wird, die im Rahmen des Projekts SIMPHONY entwickelt wurde. Im Zuge von SimDOME wurde die existierende Modellierungssoftware weiterentwickelt. Dabei wurden vier Softwaremodule für SimPhoNy (sogenannte SimPhoNy-Wrapper) für ausgewählte Anwendungen in den Bereichen Molekülspektrenrekonstruktionen, Materialsynthese, Nanopartikelsynthese, Rußproduktion und Nanopartikelemission durch Fahrzeuge bereitgestellt. Zu guter Letzt ermöglicht das SimDOME-Softwareentwicklungspaket die Erstellung von Simulationsmaschinen, die Implementierung von Modellierungsabläufen für materialbezogene Anwendungsfälle und die Nutzung vorhandener Modellierungssoftware durch gemeinsame universelle Datensätze und Methoden. „Das vielleicht wichtigste Ergebnis ist, dass das gesamte, innerhalb des Projekts SimDOME bereitgestellte Wissen (Daten, Methoden usw.) mittels EMMO ausgedrückt werden kann, sodass Datensätze und Arbeitsabläufe formal ausgedrückt und innerhalb eines Wissensgraphen gemeinsam genutzt werden können“, erläutert Ghedini.
Grafische Benutzungsschnittstellen: erweiterter Zugang für Nichtfachleute
Die grafischen Benutzungsschnittstellen von SimDOME gestatten es auch Nichtfachleuten, das Potenzial komplexer Modellierungsabläufe auszuschöpfen, was einen großen Fortschritt darstellt, da es zuvor kein Instrument dieser Art gab. „SimDOME hat zum Beispiel COBRAMM, ein Modellierungssoftwarepaket, das bekannte kommerzielle und akademische Software für molekulare Modellierung miteinander verbindet, in die offene Simulationsplattform von SimDOME integriert. Anhand einfacher Eingaben der Nutzenden führt es komplexe Molekulardynamikberechnungen, gekoppelt mit der quantenbasierten Berechnung der erwarteten Spektren durch. Die grafische Benutzungsschnittstelle wurde in den EMMM integriert und ist Teil eines von NIREOS entwickelten kommerziellen Produkts“, erklärt Ghedini. „SimDOME war der Hauptantrieb der EMMO-Entwicklung, die sich nun rasch über die Erwartungen und den Umfang von SimDOME hinaus beschleunigt. Wir laden potenziell an der Nutzung Interessierte ein, unsere Anwendungsgeschichten zu erkunden und sich davon inspirieren zu lassen, wie die grafischen Benutzungsschnittstellen von SimDOME die komplexen Arbeitsabläufe der Materialmodellierung vereinfachen“, schließt Ghedini.
Schlüsselbegriffe
SimDOME, EMMO, Materialmodellierung, Modellierungssoftware, Ontologie, SimPhoNy, EMMM, Modellierungsplattform, offene Simulationsplattform von SimDOME, SimDOME OSP, grafische Benutzungsoberfläche, grafische Benutzungsschnittstelle
