劉鵬鵬，王彩梅，藏雨晨

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

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汽車用金屬材料數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

劉鵬鵬，王彩梅，藏雨晨

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

摘 要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及轎車國(guó)產(chǎn)化程度的提高，車企在開(kāi)發(fā)中會(huì)遇到各種汽車用金屬材料的選材及失效問(wèn)題。金屬材料種類繁多，在使用數(shù)據(jù)時(shí)主要可以分為兩大類：一方面為車輛前期開(kāi)發(fā)過(guò)程中的分析用材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，例如材料的基本力學(xué)曲線及性能參數(shù)，硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等；另一方面為車輛開(kāi)發(fā)和后期質(zhì)量控制過(guò)程中的零件失效的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。針對(duì)這兩大需求，開(kāi)發(fā)了《材料測(cè)試及失效分析數(shù)據(jù)庫(kù)》，滿足了CAE分析及材料類失效分析的要求。文章主要介紹了數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)思路及應(yīng)用，該數(shù)據(jù)庫(kù)為公司各部門(mén)提供了一個(gè)有效,快捷的平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：金屬；失效分析；材料數(shù)據(jù)庫(kù)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.053

CLC NO.: U465.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-164-04

前言

目前我國(guó)的汽車行業(yè)產(chǎn)銷逐年增長(zhǎng)，根據(jù)乘聯(lián)會(huì)發(fā)布數(shù)據(jù)，2014年1月至12月狹義乘用車（含轎車、SUV和MPV）累計(jì)銷售1846.9萬(wàn)輛，相比較2013年同期銷量增長(zhǎng)13%，其中轎車銷量1250.8萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)4%，MPV銷量185.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)41.6%，SUV銷量410.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)36.4%。

泛亞汽車技術(shù)中心有限公司作為上海通用在中國(guó)的工程技術(shù)中心，在2014年發(fā)布了多款車型，2015年計(jì)劃在中國(guó)發(fā)布十多款新車車型。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及轎車國(guó)產(chǎn)化程度的提高, 汽車用金屬材料的發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

在車輛的前期開(kāi)發(fā)過(guò)程中，CAE輔助分析越來(lái)越重要，隨著部分零件的國(guó)產(chǎn)化及新材料的應(yīng)用，準(zhǔn)確的材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也就尤為重要[1,2]。另外，在零件和車輛開(kāi)發(fā)的認(rèn)證或路試階段，會(huì)發(fā)生各種失效問(wèn)題（例如變形，腐蝕，磨損，斷裂等），各個(gè)開(kāi)發(fā)部門(mén)都針對(duì)失效問(wèn)題進(jìn)行失效分析。目前一些大型企業(yè)及科研院所都已經(jīng)或在陸續(xù)建立自己的失效分析數(shù)據(jù)庫(kù)[3]，例如：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)管材研究所的“油井鉆桿材料失效安全事故案例庫(kù)[4]”；北京化工大學(xué)開(kāi)發(fā)的“材料腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)[5]”；科技部科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)項(xiàng)目“全國(guó)分析測(cè)試中心協(xié)作平臺(tái)及應(yīng)急分析測(cè)試系統(tǒng)的建立”支持下建立的“金屬材料失效引發(fā)重大事故案例的數(shù)據(jù)庫(kù)[6]”；此外，很多第三方測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)也有自己的失效數(shù)據(jù)分享案例，如“寶冶失效分析”等。這些數(shù)據(jù)庫(kù)都存在不同行業(yè)屬性，針對(duì)性不強(qiáng)這一特點(diǎn)，并且處于保密等原因，有些數(shù)據(jù)并不對(duì)外公開(kāi)。在這一背景下，為更快更好的服務(wù)開(kāi)發(fā)部門(mén)，滿足車輛的開(kāi)發(fā)、材料測(cè)試、失效分析的需求，泛亞的材料試驗(yàn)室聯(lián)合其他部門(mén)共同開(kāi)發(fā)了《材料測(cè)試及失效分析數(shù)據(jù)庫(kù)》，旨在為為開(kāi)發(fā)部門(mén)提供一個(gè)材料測(cè)試及失效分析數(shù)據(jù)的平臺(tái)。

1、材料測(cè)試及失效分析數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

在數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要從材料相關(guān)信息的準(zhǔn)確分類及便于檢索兩個(gè)方面考慮。

1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵字

表1　關(guān)鍵字信息及應(yīng)用舉例

首先確認(rèn)與材料相關(guān)的關(guān)鍵字信息，結(jié)合試驗(yàn)室的現(xiàn)有管理體系，車型的需求和材料學(xué)科的分類，并且參考國(guó)外及國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，定義了數(shù)據(jù)庫(kù)的19項(xiàng)關(guān)鍵字信息。在整理過(guò)程中，按照定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)源填充，上傳到服務(wù)器，再通過(guò)開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行訪問(wèn)和讀取，具體實(shí)例如表1所示。

1.2 關(guān)鍵字信息的內(nèi)容

結(jié)合案例對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中定義的關(guān)鍵字信息解釋如下：

任務(wù)單號(hào)：簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)WT號(hào)碼(Lab Work Ticket)，為公司內(nèi)部試驗(yàn)室管理的唯一標(biāo)示；車型平臺(tái)/發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)：為公司內(nèi)部車輛開(kāi)發(fā)平臺(tái)的簡(jiǎn)稱；

項(xiàng)目號(hào)：為公司內(nèi)部的項(xiàng)目號(hào)碼；

需求部門(mén)：為委托此次試驗(yàn)的部門(mén)名稱；

零件名稱：為該次試驗(yàn)的零件的名稱，如果是原材料即為原材料的名稱；

VPPS/零件號(hào)/VIN號(hào)：為該零件的系統(tǒng)編號(hào)；

材料牌號(hào)：該零件或原材料的牌號(hào)，本例中為20Cr；

材料標(biāo)準(zhǔn)：為該零件或原材料依據(jù)的材料標(biāo)準(zhǔn)；

材料類別：為該材料或零件分屬材料類別（金屬材料定義的類別為鑄鐵，鋼，鋁合金，鎂合金，銅合金等。其中鋼細(xì)分為碳鋼，低合金鋼，合金鋼，鑄鋼），在本例中該零件屬于合金鋼；

原材料供應(yīng)商：為該零件或原材料的來(lái)源供應(yīng)商；

測(cè)試類型：為本次試驗(yàn)的測(cè)試項(xiàng)目分屬于哪個(gè)測(cè)試領(lǐng)域，本例中為金屬測(cè)試領(lǐng)域；

測(cè)試項(xiàng)目：金屬領(lǐng)域的測(cè)試項(xiàng)目可分為金相，硬度，成分，拉伸，壓縮和形貌測(cè)試，在本例中為金相和硬度測(cè)試；

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：為本次測(cè)試所采用的試驗(yàn)規(guī)范，本例中采用的是GB/T 13298-91和ISO 6507-10:2005；

測(cè)試設(shè)備：為本次測(cè)試所使用的儀器和設(shè)備，本例中使用的是制樣設(shè)備，金相顯微鏡和顯微維氏硬度計(jì)；

測(cè)試數(shù)據(jù)：為本次測(cè)試的試驗(yàn)結(jié)果；在本例中為：金相和硬度結(jié)果；

數(shù)據(jù)鏈接：為數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器之后生成的數(shù)據(jù)瀏覽地址；

需求背景：本次試驗(yàn)需求的背景資料，包括本次試驗(yàn)的目的，失效的狀態(tài)描述等；在本例中為：駐車制動(dòng)無(wú)法正常進(jìn)行，駐車時(shí)出現(xiàn)車輛移動(dòng)情況。需確定棘輪材料及熱處理是否滿足要求；

失效分析：僅針對(duì)失效分析案例，如果是失效問(wèn)題，需描述失效的原因分析，結(jié)果和建議；在本例中為：失效形式為磨損失效，零件熱處理不符合滲碳淬回火的圖紙要求，且失效件棘爪尖端硬度過(guò)低，建議與供應(yīng)商溝通確認(rèn)熱處理工藝質(zhì)量；

備注：其他有必要提供的信息，例如類似的失效案例信息等。

2、數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)成

數(shù)據(jù)庫(kù)的建立主要是依托公司內(nèi)部資源，使用Visual Studio軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，將關(guān)鍵字等信息上傳至數(shù)據(jù)管理部門(mén)的服務(wù)器上，而測(cè)試數(shù)據(jù)則依托通用的全球文檔管理系統(tǒng)GDM進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)模型

數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)采用C/S（Client and Server）結(jié)構(gòu)模型，客戶端通過(guò)安裝開(kāi)發(fā)的客戶端軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢。所有的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)工作集中在服務(wù)器端，服務(wù)器端的工作對(duì)數(shù)據(jù)在客戶端的顯示沒(méi)有任何影響，其網(wǎng)絡(luò)框架如圖1所示。圖1中，第一層為用戶層，即客戶端以實(shí)現(xiàn)用戶交互的最終界面；第二層為業(yè)務(wù)邏輯層，也稱為中間層，主要負(fù)責(zé)安全控制、事務(wù)處理或應(yīng)用邏輯，由應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)；第三層為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器層，即數(shù)據(jù)層，主要是數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，采用Microsoft SQL Server 企業(yè)版作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。用戶通過(guò)客戶端，向服務(wù)器提出操作請(qǐng)求，服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求的種類和要求，分發(fā)給業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用后端數(shù)據(jù)庫(kù)完成數(shù)據(jù)處理，客戶端篩選相應(yīng)數(shù)據(jù)，填充處理結(jié)果，最終發(fā)送至用戶客戶端。

圖1　數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)框架示意圖

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)軟件界面

數(shù)據(jù)庫(kù)的登錄界面分成兩大部分，基礎(chǔ)材料測(cè)試數(shù)據(jù)和材料開(kāi)發(fā)及失效分析數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)庫(kù)的登錄界面

軟件的主界面由三大部分組成，功能區(qū)，關(guān)鍵字區(qū)，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，如圖3所示。其中功能區(qū)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改，添加，刪除，清空，查找，導(dǎo)入，導(dǎo)出，系統(tǒng)設(shè)置，退出等功能；關(guān)鍵字區(qū)域主要用于顯示每一條信息的相關(guān)關(guān)鍵字信息，并且實(shí)現(xiàn)根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行搜索查詢功能，包括單個(gè)關(guān)鍵字搜索，多個(gè)關(guān)鍵字組合搜索，模糊搜索，依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的下拉式菜單搜索等；數(shù)據(jù)顯示區(qū)域主要用于顯示查詢的信息。例如在在項(xiàng)目號(hào)中輸入“R-318-01”，需求部門(mén)“車身外飾部B&E”，測(cè)試項(xiàng)目中輸入“硬度測(cè)試”，點(diǎn)擊查找按鈕，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域顯示符合條件的條目，見(jiàn)圖4所示。

圖3　數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的主界面

圖4　數(shù)據(jù)庫(kù)軟件搜索舉例圖示

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是依靠通用的全球文檔管理系統(tǒng)(GDM)進(jìn)行管理，界面如圖5所示。使用人員需有GDM的賬號(hào)及相關(guān)目錄的瀏覽權(quán)限。使用者在進(jìn)行搜索查詢后，選中自己需要的條目，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)鏈接按鈕，界面會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到GDM系統(tǒng)，用戶在輸入賬號(hào)和密碼后可以瀏覽和下載相應(yīng)的數(shù)據(jù)。若條件許可，也可用其它的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

圖5　GDM文檔管理系統(tǒng)

3、數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用

目前，該數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)收集了2000多條數(shù)據(jù)，每年可以增加800條數(shù)據(jù)，并且隨著新試驗(yàn)設(shè)備的投入使用及外部試驗(yàn)資源的開(kāi)發(fā)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的種類和數(shù)量會(huì)快速增加。

數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)投入給公司各個(gè)部門(mén)使用，對(duì)于仿真部門(mén)可以很方便的下載模擬分析所要使用的材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；對(duì)于開(kāi)發(fā)部門(mén)在零件選材時(shí)可以通過(guò)不同的檢索方式瀏覽需要的數(shù)據(jù)，也可以借鑒之前發(fā)生的失效案例及總結(jié)，在設(shè)計(jì)開(kāi)始就采取一定防范措施，在解決失效問(wèn)題時(shí)可以參考其他車型或類似零件的失效模式，提供解決思路。系統(tǒng)的建立可將各部門(mén)材料相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和使用，為車輛的開(kāi)發(fā)提供了有力支持。

4、結(jié)論

1）利用Visual Studio軟件為開(kāi)發(fā)工具，結(jié)合泛亞汽車有限公司的現(xiàn)有資源建立了材料測(cè)試及失效分析數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)用戶界面友好，具有添加、刪除、查詢、修改等功能。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)依據(jù)試驗(yàn)室的現(xiàn)有管理體系，車型的需求和材料學(xué)科的分類對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了科學(xué)的組織，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，所包含信息全面、可靠，易于維護(hù)和擴(kuò)充。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為需求部門(mén)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，可以極大地提高開(kāi)發(fā)，選材及解決失效問(wèn)題的效率。

參考文獻(xiàn)

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Development and application of database for automobile metal materials

Liu Pengpeng, Wang Caimei, Zang Yuchen
（Pan Asia technical automotive center Co., Ltd,Shang Hai 201201）

Abstract:With the developmentanddegree of carlocalizationofautomobile industry, Auto companieswill encounter varietyproblems about automotivemetal materialsselectionand failureanalysis during the development stage.There is various kinds ofmetal materials.The use of datacan be divided intotwo categories: one is the basic datafor the vehicleearly development stage, such asbasic mechanicalcurves,performance parameters,hardness,yield strength, tensile strength, elongation, etc.The other is the actualtest data for failure analysis inthe laterstageofthe developmentandqualitycontrol stage.Forthese twoneeds,"Material test and failure analysisdatabase" was developed to meet the CAEanalysis andmaterials failureanalysis.This paper mainly describesthedevelopment of ideasandapplicationof the database.The database providesan effectiveand efficientplatform for alldepartments of the company.

Keywords:Metal; Failure analysis; Database of material

作者簡(jiǎn)介：劉鵬鵬，就職于泛亞汽車技術(shù)中心有限公司。

中圖分類號(hào)：U465.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)03-164-04