基于AMASS的車用材料數據管理系統研究

康醫飛，張瑾，劉雪峰

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

1 汽車企業材料應用與管理現狀

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

圖1 車型設計開發過程與材料相關內容

然而，我國汽車行業卻暴露出越來越多的短板。一方面，替代技術儲備不足，材料數據沉淀不夠，與材料企業溝通、材料驗證成本高等一系列問題，已經成為影響我國汽車產業發展的嚴重障礙。另一方面，我國汽車行業尚無普遍適用的材料數據平臺，難以支撐企業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 車用材料基礎數據庫AMASS

2.1 整體概述

為了破解行業面臨的共性難題，提升汽車產業鏈車用材料管理水平和效率，幫助汽車企業快速構建起車用材料選擇和性能評估管理體系，促進先進環保材料在汽車行業的普及和應用，中國汽車技術研究中心（以下簡稱“中汽中心”）設計開發了車用材料基礎數據庫AMASS，如圖2。

圖2 車用材料基礎數據庫AMASS介紹

材料企業通過AMASS數據庫將材料環保、物理、力學等方面性能數據提交至材料技術工作組，材料技術工作組根據既定規則評定后，將評定合格的材料信息在AMASS數據庫中發布，整車企業可以通過該平臺提供的各種選材搜索功能選擇符合企業要求的環保材料，同時，能夠為企業提供CAMDS（中國汽車材料數據系統）標準材料及回收利用技術支持，幫助企業更好應對回收利用法規。

2.2 數據構架

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、環保信息和材料性能等，如圖3所示。

圖3 數據構架

1）數據來源

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

2）環保評定

材料技術工作組對企業提交的材料數據依據《車用材料環保性評定規范》( MWG02-2015)進行環保評定，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進行檢測認證；二是提交環保性能符合性聲明，最終由工作組進行評定，出具評定結果。評定合規的材料，增加其綠色標識，稱為“綠卡材料”。

表1 環保評定性能及項目

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

3 基于AMASS的車用材料數據管理系統

3.1 系統概述

車用材料數據管理系統作為企業材料數據的統一管理平臺，不僅能夠為材料部門沉淀、管理材料典型數據、檢測數據提供支撐，也為設計部門、CAE分析部門提供規范、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據維護和使用分析功能。該系統通過AMASS云臺、材料管理、認可材料庫、車型用材庫、經典案例庫、賬戶管理、系統管理七個模塊（如圖4），可以實現以下功能和用途：

（1）支持同步AMASS云臺數據：包括所有材料數據、法規標準文件的同步。該數據作為企業標準材料數據的主要來源，其中高速拉伸、疲勞等典型曲線數據能夠支撐企業仿真模擬等設計需求。

（2）支持認可材料管理：協助材料部門對材料及其性能數據進行統一的信息化管理，包括對材料基本信息、符合標準信息、供應商信息，以及對于材料標準數據、OTS試驗數據、環保數據、歷史車型用材數據、失效分析、輕量化、腐蝕防銹等經典案例的管理。

（3）支持產品研發：首先，通過認可材料數據，支持材料物性智能組合查詢、對比查詢，幫助實現材料競標、相似材料等材料優選工作。其次，針對車型及零件BOM與材料建立的對應關系，查詢材料在車型及零件中應用情況，為企業開展輕量化設計、失效分析整改、腐蝕防銹設計等案例提供參考。再次，系統能夠對原始檢測數據進行降噪、數據外延、關鍵參數求解、數據抽取等預處理，并導出相應 CAE軟件要求的格式文件。

（4）系統管理：支持用戶權限管理、材料類型與材料物性參數對應關系管理（柔性設計）、標準知識庫管理、公告管理、注冊用戶等。

圖4 材料數據管理系統模塊架構

3.2 系統功能介紹

3.2.1 AMASS云臺

AMASS云臺下分法規標準庫、材料數據庫兩個菜單，能夠將 AMASS云臺標準和材料性能數據同步至本地服務器。

1）法規標準庫

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

圖5 AMASS法規標準庫檢索頁面

2）材料數據庫

支持材料牌號、材料名稱、供應商、材料分類等基礎信息查詢，同時也支持通過環保性能、化學成分、物化性能和力學性能等信息進行復合查詢（如圖6所示）。

圖6 AMASS材料數據庫檢索頁面

3.2.2 材料管理

通過對企業內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進行數據維護，建立與認可材料的對應關系，為零件失效分析、輕量化設計等經典案例提供數據依據。該模塊為企業內部材料管理系統核心，下分“AMASS云臺管理、任務管理、材料認可管理、材料審核管理、車型用材管理、經典案例管理”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、同步有變動的標準和同步字典項數據

2）任務管理：材料主管下發認可清單任務給供應商或材料工程師，并確定任務清單的車型、零部件范圍，體現企業材料認可的流程規范（如圖7）。

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

圖8 基本信息界面示意圖

圖9 材料化學成分界面示意圖

圖10 材料物性界面示意圖

圖11 材料環保界面示意圖

4）材料審核管理：材料工程師通過該模塊查看本企業材料數據，并進行材料狀態的對應；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），可根據企業需求定義多級審核。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：集成企業內部PDM系統，導入車型信息和BOM結構樹，并能夠維護結構樹數據；將已認可的材料與零件結構建立自動匹配關系，并對于匹配成功和失敗的節點進行顏色區分（圖13：車型用材管理界面）。

圖13 車型用材管理界面

6）經典案例管理：根據導入車型及零部件信息，選擇具體零部件編號，填寫與該零件相關的失效案例、輕量化相關設計數據以及防腐案例等，便于企業設計工程師對車型改進、零件設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數據向設計工程師提供查詢、查看、CAE導出、對比、收藏等服務。其中“CAE導出”功能能夠按照企業實際情況進行個性化定義，導出符合要求的格式文件，并能上傳至CAE軟件（如圖15 CAE數據導出功能界面）。通過自定義對比參數，滿足設計工程師不同零件材料性能的對比選材，對比結果通過可以“雷達圖”形式呈現（如圖16 材料對比功能界面）。

圖15 CAE數據導出功能界面

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用情況，也可根據材料信息查詢車型和零件應用情況（如圖17 用材推薦界面）。同時，分析整車材料使用情況，分析結果以折線圖或列表的形式呈現，并可以導出報表。

圖17 用材推薦界面

3.2.5 經典案例庫

用于設計工程師查詢所有失效分析案例、輕量化設計數據案例以及防腐蝕案例說明及對應的報告，對于設計人員新車型開發過程中面臨的問題具體指導意義。（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 賬戶及系統管理

圖19 材料參數動態維護界面

該模塊用于企業部門、用戶及權限的設定，核心功能在于材料參數的自定義設置。系統管理員可以對本企業所管理的材料類型、材料參數及性能曲線進行動態維護，并設定增加參數的類型、單位和是否常用等特性。（如圖19 材料參數動態維護界面）

4 企業開展材料數據系統化管理的重要意義

材料環保、理化、機械、工藝等性能信息在整車研發的材料選擇、競標分析、輕量化、CAE模擬、法規應對等方面發揮著重要的支撐作用。材料數據管理分散、不系統、缺乏繼承性和共享性的現狀不僅會在很大程度上阻礙材料業務的發展，也會對工程師查詢材料數據帶來不便，同時導致材料的選型推薦及使用規范的工作沒有承載的平臺。因此，為加強對歷史數據的沉淀與價值挖掘、提升材料性能數據系統化與規范化管理水平、避免重復檢測造成的研發成本上升、開展材料源頭管理以應對有害物質環保法規，各整車生產企業都在著手建立車用材料信息管理系統，通過對材料數據的有效管理，達到規范材料選材和使用、整車及零件用材分析以及有效指導設計開發工作的目的。

[1] 張瑾,賈彥敏,徐樹杰,康醫飛.AMASS車用材料基礎數據庫助力汽車綠色選材管理的研究[J].工業技術創新,2015,02(6):627-631.

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

[3] 李霞,蘇航,陳曉玲,楊才富,等.材料數據庫的現狀與發展趨勢[J].中國冶金,2007(6):4-8.

[4] 羊海棠,楊瑞成,袁曉波,彭采宇.材料數據庫在選材中的應用[J].材料開發與應用,2004, 19(2):40-44.

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

[6] 尹海清,劉國權,姜雪,張瑞杰,等.中國材料數據庫與公共服務平臺建設[J].科技導報,2015,33(10)：50-59.