基于AMASS的車用材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究

康醫(yī)飛，張瑾，劉雪峰

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

1 汽車企業(yè)材料應(yīng)用與管理現(xiàn)狀

隨著《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》、《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》等對汽車產(chǎn)品有害物質(zhì)、揮發(fā)性有機物等提出強制管理要求，選擇環(huán)保材料進行有害物質(zhì)替代已成為企業(yè)滿足法規(guī)要求的必由之路。與此同時，汽車從產(chǎn)品立項到最終量產(chǎn)，涉及到的競標(biāo)車材料判定、選材、CAE仿真模擬、輕量化、失效分析、防腐防銹等，都與材料的基礎(chǔ)研究緊密相關(guān)，如圖1。

圖1 車型設(shè)計開發(fā)過程與材料相關(guān)內(nèi)容

然而，我國汽車行業(yè)卻暴露出越來越多的短板。一方面，替代技術(shù)儲備不足，材料數(shù)據(jù)沉淀不夠，與材料企業(yè)溝通、材料驗證成本高等一系列問題，已經(jīng)成為影響我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的嚴重障礙。另一方面，我國汽車行業(yè)尚無普遍適用的材料數(shù)據(jù)平臺，難以支撐企業(yè)開展選材和性能評估工作，更進一步影響了車用材料的升級換代。

2 車用材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫AMASS

2.1 整體概述

為了破解行業(yè)面臨的共性難題，提升汽車產(chǎn)業(yè)鏈車用材料管理水平和效率，幫助汽車企業(yè)快速構(gòu)建起車用材料選擇和性能評估管理體系，促進先進環(huán)保材料在汽車行業(yè)的普及和應(yīng)用，中國汽車技術(shù)研究中心（以下簡稱“中汽中心”）設(shè)計開發(fā)了車用材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫AMASS，如圖2。

圖2 車用材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫AMASS介紹

材料企業(yè)通過AMASS數(shù)據(jù)庫將材料環(huán)保、物理、力學(xué)等方面性能數(shù)據(jù)提交至材料技術(shù)工作組，材料技術(shù)工作組根據(jù)既定規(guī)則評定后，將評定合格的材料信息在AMASS數(shù)據(jù)庫中發(fā)布，整車企業(yè)可以通過該平臺提供的各種選材搜索功能選擇符合企業(yè)要求的環(huán)保材料，同時，能夠為企業(yè)提供CAMDS（中國汽車材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)）標(biāo)準材料及回收利用技術(shù)支持，幫助企業(yè)更好應(yīng)對回收利用法規(guī)。

2.2 數(shù)據(jù)構(gòu)架

AMASS將車用材料分為金屬、塑料、橡膠、涂料、粘膠劑等類別，每一類都包含材料的基本信息、環(huán)保信息和材料性能等，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)構(gòu)架

1）數(shù)據(jù)來源

AMASS數(shù)據(jù)來源主要包括三部分，一是2010年至今中汽中心數(shù)據(jù)資源中心（簡稱“數(shù)據(jù)中心”）積累的標(biāo)準數(shù)據(jù)，涵蓋國際標(biāo)準化組織發(fā)布的ISO系列標(biāo)準、以及中國、德國、美國、日本、韓國等多個國家的國標(biāo)、行標(biāo)及企標(biāo)；二是2014年起數(shù)據(jù)中心牽頭行業(yè)評定數(shù)據(jù)及材料企業(yè)提報的數(shù)據(jù)；三是數(shù)據(jù)中心投入檢測材料典型數(shù)據(jù)，如ELV、VOC環(huán)保數(shù)據(jù)、高速拉伸曲線數(shù)據(jù)、疲勞耐久數(shù)據(jù)等。

2）環(huán)保評定

材料技術(shù)工作組對企業(yè)提交的材料數(shù)據(jù)依據(jù)《車用材料環(huán)保性評定規(guī)范》( MWG02-2015)進行環(huán)保評定，具體評定性能及項目如表 1所示。評定方式主要分為兩種，一是委托工作組辦公室或認可第三方檢測機構(gòu)進行檢測認證；二是提交環(huán)保性能符合性聲明，最終由工作組進行評定，出具評定結(jié)果。評定合規(guī)的材料，增加其綠色標(biāo)識，稱為“綠卡材料”。

表1 環(huán)保評定性能及項目

最終評定結(jié)果由E、A、V、R、F等字母標(biāo)注，其分別代表Elv合規(guī)、石棉合規(guī)、VOC合規(guī)、可循環(huán)利用、阻燃性合規(guī)，綠色背景代表經(jīng)過檢測，白色背景有字母代表企業(yè)以自我聲明形式證明該評定項合規(guī)，白色背景無字母代表該項未經(jīng)評定，如表2所示。

3 基于AMASS的車用材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

車用材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為企業(yè)材料數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理平臺，不僅能夠為材料部門沉淀、管理材料典型數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)提供支撐，也為設(shè)計部門、CAE分析部門提供規(guī)范、有效的材料信息，保障材料信息的一致性，同時，能夠為項目管理部門提供基于整車及零件用材情況的數(shù)據(jù)維護和使用分析功能。該系統(tǒng)通過AMASS云臺、材料管理、認可材料庫、車型用材庫、經(jīng)典案例庫、賬戶管理、系統(tǒng)管理七個模塊（如圖4），可以實現(xiàn)以下功能和用途：

（1）支持同步AMASS云臺數(shù)據(jù)：包括所有材料數(shù)據(jù)、法規(guī)標(biāo)準文件的同步。該數(shù)據(jù)作為企業(yè)標(biāo)準材料數(shù)據(jù)的主要來源，其中高速拉伸、疲勞等典型曲線數(shù)據(jù)能夠支撐企業(yè)仿真模擬等設(shè)計需求。

（2）支持認可材料管理：協(xié)助材料部門對材料及其性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的信息化管理，包括對材料基本信息、符合標(biāo)準信息、供應(yīng)商信息，以及對于材料標(biāo)準數(shù)據(jù)、OTS試驗數(shù)據(jù)、環(huán)保數(shù)據(jù)、歷史車型用材數(shù)據(jù)、失效分析、輕量化、腐蝕防銹等經(jīng)典案例的管理。

（3）支持產(chǎn)品研發(fā)：首先，通過認可材料數(shù)據(jù)，支持材料物性智能組合查詢、對比查詢，幫助實現(xiàn)材料競標(biāo)、相似材料等材料優(yōu)選工作。其次，針對車型及零件BOM與材料建立的對應(yīng)關(guān)系，查詢材料在車型及零件中應(yīng)用情況，為企業(yè)開展輕量化設(shè)計、失效分析整改、腐蝕防銹設(shè)計等案例提供參考。再次，系統(tǒng)能夠?qū)υ紮z測數(shù)據(jù)進行降噪、數(shù)據(jù)外延、關(guān)鍵參數(shù)求解、數(shù)據(jù)抽取等預(yù)處理，并導(dǎo)出相應(yīng) CAE軟件要求的格式文件。

（4）系統(tǒng)管理：支持用戶權(quán)限管理、材料類型與材料物性參數(shù)對應(yīng)關(guān)系管理（柔性設(shè)計）、標(biāo)準知識庫管理、公告管理、注冊用戶等。

圖4 材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)模塊架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)功能介紹

3.2.1 AMASS云臺

AMASS云臺下分法規(guī)標(biāo)準庫、材料數(shù)據(jù)庫兩個菜單，能夠?qū)?AMASS云臺標(biāo)準和材料性能數(shù)據(jù)同步至本地服務(wù)器。

1）法規(guī)標(biāo)準庫

支持標(biāo)準類型、標(biāo)準編號和標(biāo)準名稱查詢。標(biāo)準類型分為環(huán)保法規(guī)標(biāo)準、材料性能標(biāo)準和材料檢測標(biāo)準三項。查詢得到的標(biāo)準文件支持在線查看和下載（如圖5所示）。

圖5 AMASS法規(guī)標(biāo)準庫檢索頁面

2）材料數(shù)據(jù)庫

支持材料牌號、材料名稱、供應(yīng)商、材料分類等基礎(chǔ)信息查詢，同時也支持通過環(huán)保性能、化學(xué)成分、物化性能和力學(xué)性能等信息進行復(fù)合查詢（如圖6所示）。

圖6 AMASS材料數(shù)據(jù)庫檢索頁面

3.2.2 材料管理

通過對企業(yè)內(nèi)部認可材料進行管理，并建立材料審核流程，保證入庫材料的真實有效性。同時，對車型及零件BOM進行數(shù)據(jù)維護，建立與認可材料的對應(yīng)關(guān)系，為零件失效分析、輕量化設(shè)計等經(jīng)典案例提供數(shù)據(jù)依據(jù)。該模塊為企業(yè)內(nèi)部材料管理系統(tǒng)核心，下分“AMASS云臺管理、任務(wù)管理、材料認可管理、材料審核管理、車型用材管理、經(jīng)典案例管理”六個子模塊，主要功能模塊如表3所示。

表3 材料管理功能模塊

1）AMASS云臺管理：下分同步有變動材料、同步有變動的標(biāo)準和同步字典項數(shù)據(jù)

2）任務(wù)管理：材料主管下發(fā)認可清單任務(wù)給供應(yīng)商或材料工程師，并確定任務(wù)清單的車型、零部件范圍，體現(xiàn)企業(yè)材料認可的流程規(guī)范（如圖7）。

3）材料認可管理：通過該模塊新建本企業(yè)材料數(shù)據(jù)，同時可按照企業(yè)固定格式批量上傳現(xiàn)有的材料數(shù)據(jù)。新建數(shù)據(jù)分為基本信息、材料物性，基本信息下分明細信息、認可信息和供應(yīng)商信息等（圖8：基本信息界面示意圖）；材料物性下分動態(tài)性能、靜態(tài)性能、環(huán)保性能、工藝性能和環(huán)境耐抗性；靜態(tài)性能下分化學(xué)成分、力學(xué)性能、物理性能、熱性能和金相/紅外圖譜；環(huán)保性能下分ELV要求、VOC要求、氣味要求等。（圖9：材料化學(xué)成分界面示意圖，圖10：材料物性界面示意圖，圖11：材料環(huán)保界面示意圖）。

圖8 基本信息界面示意圖

圖9 材料化學(xué)成分界面示意圖

圖10 材料物性界面示意圖

圖11 材料環(huán)保界面示意圖

4）材料審核管理：材料工程師通過該模塊查看本企業(yè)材料數(shù)據(jù)，并進行材料狀態(tài)的對應(yīng)；審核工程師通過該模塊查找待審核的材料進行審批處理（圖12：材料審核管理界面），可根據(jù)企業(yè)需求定義多級審核。對于拒絕的材料可填寫“拒絕原因”，以便材料工程師整改；對于批準的材料，自動進入“認可材料庫”。

圖12 材料審核管理界面

5）車型用材管理：集成企業(yè)內(nèi)部PDM系統(tǒng)，導(dǎo)入車型信息和BOM結(jié)構(gòu)樹，并能夠維護結(jié)構(gòu)樹數(shù)據(jù)；將已認可的材料與零件結(jié)構(gòu)建立自動匹配關(guān)系，并對于匹配成功和失敗的節(jié)點進行顏色區(qū)分（圖13：車型用材管理界面）。

圖13 車型用材管理界面

6）經(jīng)典案例管理：根據(jù)導(dǎo)入車型及零部件信息，選擇具體零部件編號，填寫與該零件相關(guān)的失效案例、輕量化相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)以及防腐案例等，便于企業(yè)設(shè)計工程師對車型改進、零件設(shè)計和用材信息進行查詢、管理（如圖 14 失效案例管理界面）。

圖14 失效案例管理界面

3.2.3 認可材料庫

下分“材料查詢”和“材料對比”兩個子菜單，對審核工程師認可的材料及其相關(guān)數(shù)據(jù)向設(shè)計工程師提供查詢、查看、CAE導(dǎo)出、對比、收藏等服務(wù)。其中“CAE導(dǎo)出”功能能夠按照企業(yè)實際情況進行個性化定義，導(dǎo)出符合要求的格式文件，并能上傳至CAE軟件（如圖15 CAE數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能界面）。通過自定義對比參數(shù)，滿足設(shè)計工程師不同零件材料性能的對比選材，對比結(jié)果通過可以“雷達圖”形式呈現(xiàn)（如圖16 材料對比功能界面）。

圖15 CAE數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能界面

圖16 材料對比功能界面

3.2.4 車型用材庫

下分“用材推薦”和“用材分析”兩個子菜單，根據(jù)車型及零件匹配的材料信息，進行正逆雙向查詢，可以查詢歷史車型及零部件材料應(yīng)用情況，也可根據(jù)材料信息查詢車型和零件應(yīng)用情況（如圖17 用材推薦界面）。同時，分析整車材料使用情況，分析結(jié)果以折線圖或列表的形式呈現(xiàn)，并可以導(dǎo)出報表。

圖17 用材推薦界面

3.2.5 經(jīng)典案例庫

用于設(shè)計工程師查詢所有失效分析案例、輕量化設(shè)計數(shù)據(jù)案例以及防腐蝕案例說明及對應(yīng)的報告，對于設(shè)計人員新車型開發(fā)過程中面臨的問題具體指導(dǎo)意義。（如圖18 查看失效分析案例界面）

圖18 查看失效分析案例界面

3.2.6 賬戶及系統(tǒng)管理

圖19 材料參數(shù)動態(tài)維護界面

該模塊用于企業(yè)部門、用戶及權(quán)限的設(shè)定，核心功能在于材料參數(shù)的自定義設(shè)置。系統(tǒng)管理員可以對本企業(yè)所管理的材料類型、材料參數(shù)及性能曲線進行動態(tài)維護，并設(shè)定增加參數(shù)的類型、單位和是否常用等特性。（如圖19 材料參數(shù)動態(tài)維護界面）

4 企業(yè)開展材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)化管理的重要意義

材料環(huán)保、理化、機械、工藝等性能信息在整車研發(fā)的材料選擇、競標(biāo)分析、輕量化、CAE模擬、法規(guī)應(yīng)對等方面發(fā)揮著重要的支撐作用。材料數(shù)據(jù)管理分散、不系統(tǒng)、缺乏繼承性和共享性的現(xiàn)狀不僅會在很大程度上阻礙材料業(yè)務(wù)的發(fā)展，也會對工程師查詢材料數(shù)據(jù)帶來不便，同時導(dǎo)致材料的選型推薦及使用規(guī)范的工作沒有承載的平臺。因此，為加強對歷史數(shù)據(jù)的沉淀與價值挖掘、提升材料性能數(shù)據(jù)系統(tǒng)化與規(guī)范化管理水平、避免重復(fù)檢測造成的研發(fā)成本上升、開展材料源頭管理以應(yīng)對有害物質(zhì)環(huán)保法規(guī)，各整車生產(chǎn)企業(yè)都在著手建立車用材料信息管理系統(tǒng)，通過對材料數(shù)據(jù)的有效管理，達到規(guī)范材料選材和使用、整車及零件用材分析以及有效指導(dǎo)設(shè)計開發(fā)工作的目的。

[1] 張瑾,賈彥敏,徐樹杰,康醫(yī)飛.AMASS車用材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫助力汽車綠色選材管理的研究[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新,2015,02(6):627-631.

[2] 賈彥敏,徐樹杰,張瑾.國內(nèi)外汽車材料信息化管理現(xiàn)狀分析[J].汽車工業(yè)研究,2016,03:41-44.

[3] 李霞,蘇航,陳曉玲,楊才富,等.材料數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國冶金,2007(6):4-8.

[4] 羊海棠,楊瑞成,袁曉波,彭采宇.材料數(shù)據(jù)庫在選材中的應(yīng)用[J].材料開發(fā)與應(yīng)用,2004, 19(2):40-44.

[5] 郭啟雯,才鴻年,王富恥,張洪梅,等.材料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在選材評價中的綜合應(yīng)用研究[J].材料工程,2012(1):1-4.

[6] 尹海清,劉國權(quán),姜雪,張瑞杰,等.中國材料數(shù)據(jù)庫與公共服務(wù)平臺建設(shè)[J].科技導(dǎo)報,2015,33(10)：50-59.