基于AMASS的车用材料数据管理系统研究

康医飞，张瑾，刘雪峰

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

1 汽车企业材料应用与管理现状

随着《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》、《乘用车内空气质量评价指南》等对汽车产品有害物质、挥发性有机物等提出强制管理要求，选择环保材料进行有害物质替代已成为企业满足法规要求的必由之路。与此同时，汽车从产品立项到最终量产，涉及到的竞标车材料判定、选材、CAE仿真模拟、轻量化、失效分析、防腐防锈等，都与材料的基础研究紧密相关，如图1。

图1 车型设计开发过程与材料相关内容

然而，我国汽车行业却暴露出越来越多的短板。一方面，替代技术储备不足，材料数据沉淀不够，与材料企业沟通、材料验证成本高等一系列问题，已经成为影响我国汽车产业发展的严重障碍。另一方面，我国汽车行业尚无普遍适用的材料数据平台，难以支撑企业开展选材和性能评估工作，更进一步影响了车用材料的升级换代。

2 车用材料基础数据库AMASS

2.1 整体概述

为了破解行业面临的共性难题，提升汽车产业链车用材料管理水平和效率，帮助汽车企业快速构建起车用材料选择和性能评估管理体系，促进先进环保材料在汽车行业的普及和应用，中国汽车技术研究中心（以下简称“中汽中心”）设计开发了车用材料基础数据库AMASS，如图2。

图2 车用材料基础数据库AMASS介绍

材料企业通过AMASS数据库将材料环保、物理、力学等方面性能数据提交至材料技术工作组，材料技术工作组根据既定规则评定后，将评定合格的材料信息在AMASS数据库中发布，整车企业可以通过该平台提供的各种选材搜索功能选择符合企业要求的环保材料，同时，能够为企业提供CAMDS（中国汽车材料数据系统）标准材料及回收利用技术支持，帮助企业更好应对回收利用法规。

2.2 数据构架

AMASS将车用材料分为金属、塑料、橡胶、涂料、粘胶剂等类别，每一类都包含材料的基本信息、环保信息和材料性能等，如图3所示。

图3 数据构架

1）数据来源

AMASS数据来源主要包括三部分，一是2010年至今中汽中心数据资源中心（简称“数据中心”）积累的标准数据，涵盖国际标准化组织发布的ISO系列标准、以及中国、德国、美国、日本、韩国等多个国家的国标、行标及企标；二是2014年起数据中心牵头行业评定数据及材料企业提报的数据；三是数据中心投入检测材料典型数据，如ELV、VOC环保数据、高速拉伸曲线数据、疲劳耐久数据等。

2）环保评定

材料技术工作组对企业提交的材料数据依据《车用材料环保性评定规范》( MWG02-2015)进行环保评定，具体评定性能及项目如表 1所示。评定方式主要分为两种，一是委托工作组办公室或认可第三方检测机构进行检测认证；二是提交环保性能符合性声明，最终由工作组进行评定，出具评定结果。评定合规的材料，增加其绿色标识，称为“绿卡材料”。

表1 环保评定性能及项目

最终评定结果由E、A、V、R、F等字母标注，其分别代表Elv合规、石棉合规、VOC合规、可循环利用、阻燃性合规，绿色背景代表经过检测，白色背景有字母代表企业以自我声明形式证明该评定项合规，白色背景无字母代表该项未经评定，如表2所示。

3 基于AMASS的车用材料数据管理系统

3.1 系统概述

车用材料数据管理系统作为企业材料数据的统一管理平台，不仅能够为材料部门沉淀、管理材料典型数据、检测数据提供支撑，也为设计部门、CAE分析部门提供规范、有效的材料信息，保障材料信息的一致性，同时，能够为项目管理部门提供基于整车及零件用材情况的数据维护和使用分析功能。该系统通过AMASS云台、材料管理、认可材料库、车型用材库、经典案例库、账户管理、系统管理七个模块（如图4），可以实现以下功能和用途：

（1）支持同步AMASS云台数据：包括所有材料数据、法规标准文件的同步。该数据作为企业标准材料数据的主要来源，其中高速拉伸、疲劳等典型曲线数据能够支撑企业仿真模拟等设计需求。

（2）支持认可材料管理：协助材料部门对材料及其性能数据进行统一的信息化管理，包括对材料基本信息、符合标准信息、供应商信息，以及对于材料标准数据、OTS试验数据、环保数据、历史车型用材数据、失效分析、轻量化、腐蚀防锈等经典案例的管理。

（3）支持产品研发：首先，通过认可材料数据，支持材料物性智能组合查询、对比查询，帮助实现材料竞标、相似材料等材料优选工作。其次，针对车型及零件BOM与材料建立的对应关系，查询材料在车型及零件中应用情况，为企业开展轻量化设计、失效分析整改、腐蚀防锈设计等案例提供参考。再次，系统能够对原始检测数据进行降噪、数据外延、关键参数求解、数据抽取等预处理，并导出相应 CAE软件要求的格式文件。

（4）系统管理：支持用户权限管理、材料类型与材料物性参数对应关系管理（柔性设计）、标准知识库管理、公告管理、注册用户等。

图4 材料数据管理系统模块架构

3.2 系统功能介绍

3.2.1 AMASS云台

AMASS云台下分法规标准库、材料数据库两个菜单，能够将 AMASS云台标准和材料性能数据同步至本地服务器。

1）法规标准库

支持标准类型、标准编号和标准名称查询。标准类型分为环保法规标准、材料性能标准和材料检测标准三项。查询得到的标准文件支持在线查看和下载（如图5所示）。

图5 AMASS法规标准库检索页面

2）材料数据库

支持材料牌号、材料名称、供应商、材料分类等基础信息查询，同时也支持通过环保性能、化学成分、物化性能和力学性能等信息进行复合查询（如图6所示）。

图6 AMASS材料数据库检索页面

3.2.2 材料管理

通过对企业内部认可材料进行管理，并建立材料审核流程，保证入库材料的真实有效性。同时，对车型及零件BOM进行数据维护，建立与认可材料的对应关系，为零件失效分析、轻量化设计等经典案例提供数据依据。该模块为企业内部材料管理系统核心，下分“AMASS云台管理、任务管理、材料认可管理、材料审核管理、车型用材管理、经典案例管理”六个子模块，主要功能模块如表3所示。

表3 材料管理功能模块

1）AMASS云台管理：下分同步有变动材料、同步有变动的标准和同步字典项数据

2）任务管理：材料主管下发认可清单任务给供应商或材料工程师，并确定任务清单的车型、零部件范围，体现企业材料认可的流程规范（如图7）。

3）材料认可管理：通过该模块新建本企业材料数据，同时可按照企业固定格式批量上传现有的材料数据。新建数据分为基本信息、材料物性，基本信息下分明细信息、认可信息和供应商信息等（图8：基本信息界面示意图）；材料物性下分动态性能、静态性能、环保性能、工艺性能和环境耐抗性；静态性能下分化学成分、力学性能、物理性能、热性能和金相/红外图谱；环保性能下分ELV要求、VOC要求、气味要求等。（图9：材料化学成分界面示意图，图10：材料物性界面示意图，图11：材料环保界面示意图）。

图8 基本信息界面示意图

图9 材料化学成分界面示意图

图10 材料物性界面示意图

图11 材料环保界面示意图

4）材料审核管理：材料工程师通过该模块查看本企业材料数据，并进行材料状态的对应；审核工程师通过该模块查找待审核的材料进行审批处理（图12：材料审核管理界面），可根据企业需求定义多级审核。对于拒绝的材料可填写“拒绝原因”，以便材料工程师整改；对于批准的材料，自动进入“认可材料库”。

图12 材料审核管理界面

5）车型用材管理：集成企业内部PDM系统，导入车型信息和BOM结构树，并能够维护结构树数据；将已认可的材料与零件结构建立自动匹配关系，并对于匹配成功和失败的节点进行颜色区分（图13：车型用材管理界面）。

图13 车型用材管理界面

6）经典案例管理：根据导入车型及零部件信息，选择具体零部件编号，填写与该零件相关的失效案例、轻量化相关设计数据以及防腐案例等，便于企业设计工程师对车型改进、零件设计和用材信息进行查询、管理（如图 14 失效案例管理界面）。

图14 失效案例管理界面

3.2.3 认可材料库

下分“材料查询”和“材料对比”两个子菜单，对审核工程师认可的材料及其相关数据向设计工程师提供查询、查看、CAE导出、对比、收藏等服务。其中“CAE导出”功能能够按照企业实际情况进行个性化定义，导出符合要求的格式文件，并能上传至CAE软件（如图15 CAE数据导出功能界面）。通过自定义对比参数，满足设计工程师不同零件材料性能的对比选材，对比结果通过可以“雷达图”形式呈现（如图16 材料对比功能界面）。

图15 CAE数据导出功能界面

图16 材料对比功能界面

3.2.4 车型用材库

下分“用材推荐”和“用材分析”两个子菜单，根据车型及零件匹配的材料信息，进行正逆双向查询，可以查询历史车型及零部件材料应用情况，也可根据材料信息查询车型和零件应用情况（如图17 用材推荐界面）。同时，分析整车材料使用情况，分析结果以折线图或列表的形式呈现，并可以导出报表。

图17 用材推荐界面

3.2.5 经典案例库

用于设计工程师查询所有失效分析案例、轻量化设计数据案例以及防腐蚀案例说明及对应的报告，对于设计人员新车型开发过程中面临的问题具体指导意义。（如图18 查看失效分析案例界面）

图18 查看失效分析案例界面

3.2.6 账户及系统管理

图19 材料参数动态维护界面

该模块用于企业部门、用户及权限的设定，核心功能在于材料参数的自定义设置。系统管理员可以对本企业所管理的材料类型、材料参数及性能曲线进行动态维护，并设定增加参数的类型、单位和是否常用等特性。（如图19 材料参数动态维护界面）

4 企业开展材料数据系统化管理的重要意义

材料环保、理化、机械、工艺等性能信息在整车研发的材料选择、竞标分析、轻量化、CAE模拟、法规应对等方面发挥着重要的支撑作用。材料数据管理分散、不系统、缺乏继承性和共享性的现状不仅会在很大程度上阻碍材料业务的发展，也会对工程师查询材料数据带来不便，同时导致材料的选型推荐及使用规范的工作没有承载的平台。因此，为加强对历史数据的沉淀与价值挖掘、提升材料性能数据系统化与规范化管理水平、避免重复检测造成的研发成本上升、开展材料源头管理以应对有害物质环保法规，各整车生产企业都在着手建立车用材料信息管理系统，通过对材料数据的有效管理，达到规范材料选材和使用、整车及零件用材分析以及有效指导设计开发工作的目的。

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