行业应用

材料研发和工艺升级离不开材料数据的支持。MatAi 的材料数据产品,帮助企业和机构建立健全的材料数据管理系统,以材料数据库、材料数据分析、材料数据管理方案等一系列完整的服务组合,支持企业或机构最佳实践材料信息管理的规范,实施和应用。MatAi 的软件产品可以高效的帮助您管理和应用材料数据

教育行业

大学在新材料的基础研究和设计领域有着雄厚的科研实力,主要聚焦于材料基础理论及机理、新材料设计、现有材料的性能升级和工艺改进等方面。大学中的材料数据基本涵盖各种数据类型,从基础的材料结构、合金相图计算到材料宏观性能改性。这些数据的特点是种类非常繁多,每种数据的量并不一定巨大,因此对材料数据管理的需求主要集中在对复杂多源高维专业数据的有效管理和分析方面。并且可能因为一些国家课题的要求,承担部分数据共享的任务,例如:

(1)寻找材料参考数据:大学在开展研究工作前非常重视世界目前在该材料领域的研究现状,因此需要查阅大量科技期刊中的文献报道,从中吸收材料的最新研究动态,设计自己的研究方案,因此具有提取这些出版物中的信息,利用数据平台进行管理的需求;

(2)管理各类专业材料数据:大学的材料研发涉及基础研究、材料计算和仿真、小量试制、各类测试等,其数据特点是维度高(研究多种因素对材料性能影响规律)、专业性强(涵盖各类材料的专业测试)、数据价值高等。每一批次实验的数据都需要进行采集和管理,使其可在课题组或项目团队中使用,并确保其这些数据得以有效保留,使它们可以被未来的项目和人员访问;

(3)分析材料数据:对于各类专业测试数据,有各自不同的数据分析需求;

(4)发布或共享材料数据:大学可能因为承担国家数据建设任务,需要整理、分析、审核和发布材料数据。这将面临有效管理和部署大量材料数据的难题。

产品优势

  • 灵活配置的材料数据管理平台,为高校中各个课题组配置适用的数据结构,MatAi 支持先在某一个课题组或梯队内进行小范围的部署,然后再扩大到其它部门和人员;
  • 获取和管理材料数据:MatAi 灵活的数据管理机制,理论上支持管理任何类型的材料专业数据,如模拟计算、实验、试制、测试数据表单,以及经过数据处理的专业文献信息;
  • 定制化开发材料数据分析工具:针对具体的分析需求,定制化开发专业数据处理分析工具,满足特定类型数据的管理和分析需求;
  • 机器学习、数据挖掘功能扩展:平台具有良好的可扩展性,可根据用户需求在系统中开发或整合数据挖掘工具,实现材料大数据分析;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括测试条件,分析结果等),实现数据可追溯,避免部分数据信息因为学生毕业或老师调离而丢失;
  • 访问或发布经过验证和评价的权威数据,将数据分享给课题组、学院或其它用户;
  • 在材料设计和选材过程中分析和应用材料数据;
  • 完备的权限控制保证数据安全,数据用户只能访问得到授权的数据。

研究院所

科研院所往往在某一部分的材料领域有着深入的研究,这将产生该材料领域类的大量材料测试产生的专业数据管理和发布需求,并且有可能因为一些国家课题的要求,承担部分数据共享的任务,因此科研院所将具有各种不同的材料数据管理需求,例如:

(1)寻找材料参考数据:科研院所展开研究工作前需要查阅大量专业文献或专业数据库中的信息,来设计可行的方案,如成分与工艺设计方案,材料对环境的影响因素,因此需要获取和管理相关材料的最新外部参考数据;

(2)管理各类私有材料数据:科研院所的材料研发设计材料设计、仿真、生产、测试等全流程工序,对于整个流程产生的数据都需要进行采集、管理、分析和评价,使其可在课题组或项目团队中使用,并确保其这些数据得以有效保留,使它们可以被未来的项目和人员访问;

(3)发布或共享材料数据:科研院所可能因为承担国家数据建设任务,需要整理、分析、审核和发布材料数据。这将面临为有效部署大量各类专业材料数据的难题。在发布和共享数据时,还需要控制数据用户对可能在商业上敏感甚至与国家安全有关的数据的访问;

产品优势

  • 搭建完备的材料数据管理平台,将材料数据集中组建单一源的中央材料数据库,便于用户查询和应用数据;
  • 获取和管理材料数据:MatAi 灵活的数据管理机制,理论上支持管理任何类型的材料专业数据,如材料计算、实验、测试、工艺数据表单等,外部的参考数据经过处理后同样可以进行结构化存储;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括测试条件,分析结果等),实现数据可追溯;
  • 集成材料数据分析工具:定制化开发专业数据统计和分析工具,满足特定数据的管理和分析需求;
  • 机器学习、数据挖掘功能扩展:平台具有良好的可扩展性,可根据用户需求在系统中开发或整合数据挖掘工具,实现材料大数据分析;
  • 访问或发布经过验证和评价的权威数据,将数据分享给伙伴单位(团队)和外部公众;
  • 在材料设计和选材过程中分析和应用材料数据;
  • 完备的权限控制保证数据安全,数据用户只能访问得到授权的数据。

功能示例

根据研究院所的实际使用需求,进行功能模块的定制化开发。这些功能模块示例有:

  • 各类专业数据信息化管理模块定制(自适应数据表单导入,专业数据定制化展示);
  • 专业材料数据分析工具定制;
  • 材料科学计算软件作业生成、提交和监控管理功能的定制化开发;
  • 实验记录、工艺流程信息化管理;
  • 内部文件数据共享分发功能;
  • 科技文献和报告汇总管理;
  • 科研资源(仪器、试剂、耗材)信息化管理(预约、领用);
  • 科研账务管理(基金管理、预付款管理、发票管理、采购管理);
  • 科研秘书(科研项目汇总,成果获奖、发表文章汇总)。

前沿动态

AWE公司

AWE PLM小组的项目负责人Hannah Carver描述了她为英国主要核安全组织管理材料信息的长期项目的经历。她首先概述了相关的技术挑战,AWE的系统包含各种各样的外来材料(金属、陶瓷、盐、有机物),并要求处理不寻常的性质和条件的数据(例如:放射性行为,爆炸物理条件或等离子体的测试结果)。模拟是他们研究的一个重要组成部分,因此从计算工具中输入数据的效率是必不可少的。产品必须在很长一段时间内使用,因此,能够在40年以上的生命周期内管理产品定义的PLM系统是一种需求,而材料是PLM的关键线索之一。

AWE必须能够在这些时间段内管理材料全生命周期信息,例如跟踪材料的老化情况,并检查它们的性能是否符合预期。对这些信息的控制是必要的,但同样重要的是要把它以安全的方式分发给需要它的科学家和工程师,与物理、电子、制造和实验室信息管理等其他系统相结合。

为了应对这种复杂环境中材料信息管理的挑战,AWE已经使用材料数据管理系统进行了十年多的项目。Hannah Carver强调了材料数据系统成功执行的重要性的一些要点,包括:

  • 在系统中建立良好的数据质量度量标准是很重要的,这样用户就可以对数据产生信心,而且多年以后还可以准确评估其系谱(Pedigree)和可靠性
  • 重要的是要为业务环境中的变更建立一个健壮的业务案例,AWE将重点放在通过改进可追溯性和对数据的控制来在工程过程中“规避风险”
  • 在制作数据库模板和数据导入工具方面,AWE系统尽可能的建立开箱即用的软件组件,使得维护比定制系统容易得多
  • 在系统中,与技术一样人员是同等重要的,已经投入了大量精力来培训员工PLM原理,以及管理材料数据的重要性
  • 逐步推出这项技术的方法是有道理的,要有明确的里程碑,要与管理系统供应商的灵活交互和最终用户积极参与设计和进行需求定义

今天,AWE的系统由两个主要数据库组成:材料科学数据库,这是材料科学的评估:化学,物理,热学,安全,和机械性能数据,和“MATPROPS数据库,用于产品工程、设计与模拟提供力学性能数据。

材料制造商

材料制造企业的研究部门在进行产品设计和性能改进时,需要使用到大量参考数据和历史产品的开发数据,数据种类多种多样,有材料计算数据、工艺数据、性能数据、应用服役数据和文献资料、外部数据库等数据。这些材料数据专业性强,价值含量高,但往往分散在各处,数据结构各异,难以集中管理,并且随着时间的推移和人员的流动,时常产生数据丢失的现象。如何高效管理这些材料专业数据,减少数据损失造成的重复测试,并从数据中快速提取信息和分析信息?利用材料信息技术构建并整合材料数据分析工具的材料数据智能管理平台能起到良好的帮助。

材料使用商需要材料制造商提供所购买产品的性能数据用以支持产品的设计和生产工作,这些数据必须是准确可靠并可溯源的。材料制造企业每天将产生大量的产品数据,制造的产品发往各地用户,需要一个良好设计的材料数据管理系统,实现海量材料数据的实时存储和快速检索,并支持产品数据可追溯,方便快捷的为下游客户提供产品数据。

材料制造商

MatAi 的材料数据产品,如材料管理软件(MDM)、材料数据分析工具(MDA)和材料数据库,可以帮助材料制造商获得以下的优势:

  • 应用最佳实践来管理材料全生命周期的所有数据
  • 建立中央材料信息数据库,实现对海量多源异构数据的集中存储
  • 提高产品数据的质量、完整性和可追溯性
  • 降低数据损失,避免重复测试,减少资金浪费
  • 应用材料数据分析工具辅助研究部门更好的进行材料开发和工艺改进,缩短开发周期,提高产品的竞争力
  • 最大化材料数据的回报,将其部署在需要的部门和用户,提高生产率
材料制造商

前沿动态

GKN集团(吉凯恩集团)

GKN集团(吉凯恩集团)创建于1759年,至今已有253年的历史。公司在建立一百周年时的1859年已成为全世界最大的钢铁公司并于1890年成为股份有限公司。一次世界大战中开始生产坦克和舰船;二次世界大战中开始转入生产飞机和汽车。目前已发展为英国第二大工程技术型生产商,名列世界1000强。集团在全世界有280多个子公司和分支机构,员工超过50000人。 主要业务有大型民航客机和运输机结构件,汽车传动系统,非高速公路用工作车辆和特种车辆,农用机械,粉末冶金,新型合金粉末材料,汽车零部件和环保用汽车催化转化器的生产制造等。其中下列产品的制造业务为全世界第一:

  • 汽车传动系统独立的飞机结构件和航空航天复合材料部件供应商
  • 粉末冶金制件
  • 新型合金粉末
  • 汽车用金属催化转化器抗排污过滤器

GKN航空航天系统方法工程师李靖进一步提供了材料信息技术在工业中的实际应用,他概述了材料数据管理系统实施一年的情况。该项目是为了管理航空航天部门的材料信息,该部门是全球主要的一级供应商,产品包括飞机结构件、发动机系统和特殊产品,如飞机的玻璃窗和防结冰系统。在管理这个大型、国际化、多站点组织的材料信息时,许多需求的关键点在于:

  • 支持材料和工艺的测试
  • 管理整个材料生命周期的数据,包括测试数据、统计分析,到设计数据,并且进入制造过程
  • 托管各种材料数据集,以支持不同的应用程序和材料类型
  • 拓展到支持 《欧盟化学法规》分析(GKN 航空计划参与到环境材料信息技术联盟 会议中)

GKN计划了三个阶段来实施这些规划:

  • 基于公司详细需求进行数据库评估,对材料数据管理系统进行选型
  • 创建一个实施团队和实施方案,涉及GKN公司和系统供应商多个部门的专家
  • 在这个过程中,终端用户的参与对这一步至关重要
  • 步骤包括数据调研来帮助理解,记录GKN航空材料信息环境,系统设计,并进行项目的的开发、培训、支持并上线发布系统
  • 全球部署分3个主要阶段:首先是英国和瑞典,然后是北美洲和亚洲,最后在全球范围内共享公司的数据

迄今为止,该项目已达到全球部署的第一阶段,瑞典和英国的部门管理测试和设计数据。目前取得了良好的进展,现已计划推出下一阶段的计划。

检测与实验工程

材料测试实验室承担各类材料性能测试,材料测试数据的特点为专业性强,数据种类繁多,数据结构各异,非结构化数据和结构化数据并存。测试实验室的测试数据通常是人工出具材料检测报告,而仪器导出的原始数据表单和其他一些测试条件存储在个人记录或电脑中,数据的分开存储容易导致不完整的数据记录。部分测试实验室搭建了理化测试系统管理数据,在数据检索和数据分析方面存在不足。另一方面,测试实验室的人员通常按测试部门分散,并且流动频繁。因此历史测试数据的统一管理比较困难,容易出现测试数据丢失的情况。

产品优势

  • 建立材料测试数据库,集中管理各类材料测试数据,便于数据查询和分析;
  • 采集和管理各类专业数据:MatAi 灵活的数据管理机制,理论上支持管理任何类型的材料测试数据,如机械性能测试、电化学测试、化学成分测试、显微组织测试等;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括测试条件,分析结果等),实现数据可追溯;
  • 避免因为人员流动造成的测试数据丢失;
  • 发布经过验证和评价的权威测试数据,将数据分享给伙伴单位(团队)和外部人员;
  • 完备的权限控制保证数据安全,保证数据用户只能访问得到授权的数据。

功能示例

根据实验室数据管理系统的实际使用需求,进行功能模块的定制化开发,这些功能模块示例有:

  • 实验记录、实验流程信息化管理;
  • 写作管理、工作计划管理、业绩、请假管理;
  • 科研资源(仪器、试剂、耗材)信息化管理(预约、领用);
  • 文献管理、PPT汇总;
  • 科研账务管理(基金管理、预付款管理、发票管理、采购管理);
  • 科研样品库信息化管理;
  • 任意数据信息化管理定制;
  • 内部即时信息交流功能;
  • 对外文件共享分发功能;
  • 共享云盘、课题数据文件备份、个人网盘;
  • 科研秘书(科研项目汇总,成果获奖、发表文章汇总)。

航空与航天

航空航天材料包括结构材料和功能材料,目前的研究重点之一为航空发动机材料。航空发动机的特点是体积小,功率大,各部件的工作条件严酷,特别是转动件在不同的温度、载荷、环境介质(空气,燃气)下工作,大多需要用比强度高、耐热性好和抗腐蚀能力强的材料制造。其中在航空发动机中,涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件,制造难度极高,代表国家最高的工业制造水平。

航空发动机使用的材料主要有高温合金、钛合金、铝合金、复合材料等,这些材料种类繁多,性能各异。如何从中选择合适的材料,或研发设计出性能更佳的材料满足新一代发动机的服役要求,设计工程师需要对发动机候选材料进行严格的选材设计和结构分析,在这些工作流程中必须用到大量的材料性能数据。这些数据通常源于专业的航空材料手册、航空材料数据库、文献出版物,以及企业内部测试数据。材料手册中的数据能够满足查阅需求,但是在数据管理和分析方面比较欠缺,并且更新速度受出版时间限制;各种航空材料数据库由于数据结构各异,因此形成一个个数据孤岛,无法实现数据的集中管理和分析。

发动机材料的性能数据的关键来源是企业内部测试,材料测试项目繁多,专业性强,这些测试项目有高温机械性能、抗氧化性能、疲劳性能、持久性能、蠕变性能、耐腐蚀性能等。这些测试实验的特点是持续时间长,设备要求高并且费用昂贵,因此获得的测试数据非常珍贵。并且由于测试周期长,存在部分测试信息丢失,无法保存材料测试的完整性的问题,因此在评价材料数据时造成一定的困扰。各种材料测试数据的异构特性也加大了管理难度。传统的材料数据管理模式是将数据记录在工作文件、电脑或其它存储介质中,导致数据难以有效管理和检索。并且由于测试周期长,人员岗位变动的问题,可能出现某些测试过的项目因为无法追溯,从而进行重复测试,或对历史数据进行重复分析,造成大量的资金和时间耗费。

产品优势

  • 在企业建立一个完备的材料数据管理系统,通过灵活的数据管理模板的配置,满足用户对各种异构材料数据的管理,将企业自有的材料数据、标准规范、专业手册和出版文献等数据整合集中管理、分析和部署;
  • 提供专业的航空航天材料数据:MatAi 中的航空航天金属材料标准数据包涵盖了牌号齐全的航空航天金属材料的标准数据,包括成分、力学性能、物理性能、持久蠕变性能等;
  • 保存全谱系数据:对于测试数据,不仅实验测试结果,测试条件、设备信息、测试结果分析等材料的全谱系数据都得到保存,实现数据可追溯;
  • 降低或避免数据损失,避免企业重复测试和重复分析造成的资金和时间浪费;
  • 更新维护方便,保证设计工程师能随时使用最新的经过认证的可靠数据;
  • MatAi 专业的材料数据管理方案、能够适应各类数据的灵活管理模式、健全的材料数据管理制度将帮助设计工程师制定正确的材料决策,加快产品的研发进度,并降低成本和制造风险。

前沿动态

空客直升机公司:复合材料数据管理

如果你描述复合材料、审核或设计,最好从内部测试、质量评价、研究和设计以及最好的外部参考源中充分利用所有可用信息。捕获和管理公司的材料信息本质上是困难的。数据是复杂的,专业的,而且通常分布在一个组织中。有效的材料信息管理需要对来自多个不断变化的来源进行核对。随着进一步的测试或新的或改进的材料可用,数据不断更新。如果没有采取可以访问控制的方式来获取一个一致的“黄金来源”的数据给相关的工程师,设计师和技术人员,那就浪费了时间来找到正确的数据。一项调查发现,50%的耗费大量物力搜集的材料知识是不被重复使用的,员工经常重复以前的工作。由于材料的多组分性质以及它们对几何和加工等因素的强烈依赖性,合成数据特别具有挑战性。空客直升机公司如何进行应对的呢?

空客直升机公司专注于创建一个单一的材料数据集合站点,该站点可以跨越收集分布在法国、德国的三个机构的超过100个工作人员的材料数据,消除以前分散在不同地点的数据(数据孤岛)。空客直升机使用材料管理系统来建立自己的系统,轻松地自定义数据结构来采集捕获:供应商信息(例如技术规格表和安全数据表)、机械、物理和化学试验;从文本文档当中抽取遗留数据,并且从外部实验室获取数据。

实验测试结果通过一个工作流程序来采集捕获,首先,一个测试计划被定义,然后创建一个工作订单面板,指定要遵循的测试过程。所有这些文档都被采集并链接到测试结果和对这些结果的分析,这些结果用于验证测试系数,消除异常值,并确定统计值和设计数据,这保证了完整的可追溯性,保证了数据被检查并进行了全方位的理解。访问控制确保用户只看到被授权的数据。数据可导出用于有限元分析,一旦适当验证,可供设计部门使用。

关键利益获取:

  • 数据可追溯,保护关键知识产权,设计数据能够被审计确认
  • 通过避免数据被设计师个人存储来降低风险
  • 多个站点大数据协调统一处理

波音公司:限制物质和环境挑战

环境材料信息技术联盟(EMIT)是一个合作项目(成员包括波音、空客防务与空间,空客直升机,艾默生,GKN航天航空工业公司、霍尼韦尔、美国宇航局、英国国家物理实验室NPL、普惠和劳斯莱斯)发展和应用信息技术解决方案,在环境目标和规范背景下进行产品设计和开发。一个特别的重点是限制物质的规定,如欧洲联盟的REACH(欧洲化学品法规).限制物质对制造企业的法律责任,违规成本构成严峻挑战,昂贵的重新设计,潜在的产品召回,因为材料过时不能制造或不能应用在产品上。在由英国国家物理实验室主持的一次公开研讨会上,波音公司和劳斯莱斯公司提出了帮助应对这一挑战的项目。

波音开展环境材料信息技术源于人们日益认识到监管限制的加速。他们正在寻找一种方法来连接材料、规格、规章和零件:“当你考虑堆积如山的数据时,这是一个费力而昂贵的过程”。他们还需要追踪和报告大量的历史数据,有些情况下超过80年。

波音短期内降低风险的行动包括管理化学信息。因此,波音采用的材料数据库系统提供了一个材料知识的中枢,允许限制性物质的信息与其他材料信息完全集成。我们第一次在同一个系统里连接所有。连接不仅仅是连接个别规格,材料和规范。它还可以帮助克服供应商数据中“丢失信息”的共同挑战。fallback links用材料数据库中的恰当的限制性物质信息参考库弥补丢失的信息。这使得风险报告得以生成,即使供应商只披露了法律要求的信息的最低限度。fallback link是一个辉煌的创新,”Mezey总结道。

第一阶段已经可以对材料和物质知识库、REACH(欧洲化学品法规)中高度关注的物质进行简单查询(基于材料、规格和立法之间的连接),使用材料数据库的投资回报率已经很显著,特别是在如数据清洗、风险缓解,和通过数据连接获得巨大的效率收益。其中一个例子就是当波音公司不得不面对加拿大的汞使用的情况质疑时,其反应能力会大大提高。

第二阶段专注于海量数据的批量导入,例如TSCA的第12节.B出口通知,CAS登记号,材料安全数据表(MSDS),及各种规格。随着大量数据及其相互关系的引入,不可避免这将是一个具有挑战性的过程。然而,作为环境材料信息技术联盟的成员,波音对材料数据库管系统提供商能够坚持面临这些挑战,大幅改进这些难题而印象深刻。作为第一个尝试海量输入庞大的的信息的组织,波音的投入在提供增强功能方面是非常宝贵的,许多其他人将很快受益。

波音直接参与实施材料信息管理系统,Peter强调内部IT团队早期参与的重要性,以最大限度的提高效率和容易使用。他总结重点是参与了EMIT联盟,能够在共同的规范模式下工作。是一个直接影响材料信息系统开发的极好机会。

要点:

  • 第一次把所有数据都连接在一个系统里
  • 通过数据清理、风险缓解和提高效率效益等获得显著投资回报率
  • 当对限制性物质数据库进行建设后,例如当加拿大的汞使用问题出现时,波音公司能够作出更有效的反应

劳斯莱斯Rolls-Royce

劳斯莱斯(Rolls-Royce)的材料设计服务部主管Darren Green谈到了他组织中不断提高材料数据质量的努力。劳斯莱斯对高标准材料信息管理的需求是明确的。我们做的每一件东西都是某种材料,在过去的十年里,全球有11000多名工程师,近80亿英镑投资于全球研究,公司希望确保在整个企业中有效地共享资源。然而,Darren Green清楚地指出,这些挑战不能仅仅依靠IT解决方案来克服。因此,劳斯莱斯正在努力使数据合理化,目的是在测试的任何地方使用相同的规范、方法、供应商和数据质量标准。

大家广泛同意,整个行业产生的大部分材料数据只使用一次。造成这种情况的原因有很多。最常见的是:

  • 数据由个人或组生成和使用,其后仅存储在本地
  • 当被重新访问时原始数据不提供系谱信息
  • 结果不是官方专用测试过程的一部分
  • 关于复合材料,举几个来说如焊接接头或高应变率数据的数据,太复杂以致于无法存储在内部存储系统中

即使在采用新的材料数据管理方法之前,劳斯莱斯还能够重用多达60%的数据。现在,他们有能力努力实现“零数据丢失”政策。这只能通过正确的IT技术和正确的政策结合起来。他们已经取得了实质性的进展,以获取新的材料数据(完整的系谱和元数据),并为全球重用提供了适当的访问控制。这种方法的好处是显而易见的。正如Darren Green评论的那样,“每个数据点都是宝贵的,而且可能花费数千英镑”。劳斯莱斯希望能充分利用这些数据,以帮助材料设计团队:

  • 符合规定
  • 减少分析数据所需的时间(几分钟,而不是几个小时)
  • 减少回答来自世界各地的设计师和工程师的查询的时间

通过在全球范围内同步数据,在一个安全的、访问控制的、易于搜索的信息管理系统中,通过实施新的公司政策,劳斯莱斯现在可以做到这一点。

汽车与交通

在汽车制造业中,汽车材料数据在汽车设计和生产过程中发挥着极其重要的作用。为了保证汽车满足环保、节能和安全等法规要求,需要对材料供应商提供的产品进行一系列的检查和认证,将提供的产品符合要求的供应商纳入供应商体系。在进行车身设计和工艺改进时需要使用汽车材料数据进行车身结构、强度、NVH、碰撞和成形的CAE工程模拟;在汽车制造过程中需要掌握材料的加工和应用性能;合理选择材料成型工艺,优化材料尺寸,协同工艺设计,确保设计成本最优等,这些流程将大量使用到材料数据。为有效管理材料数据,支撑汽车产品研发,采用信息管理系统对材料相关数据进行统一管理,帮助材料技术部门规范数据结构,评估数据质量,管控数据一致性,并为部门和工程师部署材料数据,可以显著地提高材料数据管理的效率。

另一方面,汽车行业对所使用的材料的资源消耗降低和消除有毒有害物质的要求愈发显著,宝马集团、克莱斯勒集团、戴勒姆、菲亚特、福特、通用、大众及沃尔沃集团等全球14家汽车制造商达成的“汽车行业就加强供应链可持续发展指导原则”的标准,要求在汽车的全生命周期内尽可能地降低产品的环境足迹,因此对供应商提供的汽车材料的环境性能提出了更高的要求。这些环境数据有:(1)产品生产过程中原材料、电力、水的消耗和废物废气的排放等数据;(2)所使用的材料和能源相关的背景数据,包括原材料(如金属、陶瓷、塑料等)、基础能源(如电力、石油等)等的生命周期环境数据;(3)评价各个环境影响指数的相关计算(权重)因子数据。如何实现对各种汽车材料的生命周期环境负荷信息的快速检索和应用,对汽车企业提出了一个新的挑战。

产品优势

  • 在企业的汽车材料生命周期中建立一个完备的材料数据管理系统,将企业自有的材料性能数据、材料知识、材料环境数据、法律法规要求的限定材料等信息统一纳入管理和应用;
  • 提供专业的汽车材料数据:MatAi 中的汽车用金属材料标准数据包涵盖了牌号齐全的汽车用金属材料的标准数据,包括成分、力学性能、物理性能、成形性能等;
  • 整合PLM、CAD、CAE等系统,保证各个阶段使用的材料数据的一致性;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括测试条件,分析结果等),实现数据可追溯;
  • 减少数据损失和重复测试;
  • 帮助制定正确的材料决策,并降低产品成本和制造风险。

功能示例

根据汽车工业数据管理系统的实际使用需求,进行功能模块的定制化开发,这些功能模块示例有:

  • 汽车各工序材料信息管理;
  • 企业生产计划管理;
  • 供应商信息管理;
  • 汽车质量、失效案例与分析管理;
  • 文献资料、法律法规汇总管理;
  • 工业耗材库信息化管理;
  • 工业和试验数据信息化管理定制;
  • CAD/CAE软件(如:Abaqus、Hypermesh、Ansys、MSC-Nastran等)材料数据接口定制开发;
  • 汽车车身智能选材模块定制;
  • 基于材料数据的技术和经济可行性分析方法定制;
  • 账务管理(收付款管理、发票管理、采购管理);
  • 内部数据、文档共享分发功能。

前沿动态

通用汽车公司:企业材料信息管理

Denise Massa描述了一个使用材料信息管理系统管理更通用材料信息的企业项目。Massa是通用汽车材料生命周期管理的全球流程负责人,这是通用多年前创建的一个职位,因为材料被认为是通用汽车活动的“基础”。该项目将材料管理与产品生命周期管理(PLM)相结合。第一个挑战是认识到每个人对材料有不同的定义。“材料”对CAE人员,材料工程师和设计人员来说是不同的东西。该小组必须制定一个统一的定义。这些信息被存储到材料数据管理系统中并被写进PLM系统供材料用户使用。

为了弄清楚如何协调和传递这些数据,GM团队要管理的材料包括塑料、金属、纺织品、散装液体和粘合剂。他们分析了这些材料如何通过设计理念,通过材料选择和采购,到生产,以及更多。他们发现,通过这个过程,许多不同的工具被用来处理材料信息,塑料制品中有十几种工具,这些工具经常不互相联通。所使用的数据结构也使得在产品线和地理区域之间难以共享材料数据。他们确定了三个关键领域,它们需要开发和材料数据管理材料信息的能力:材料选择和分配、环境管理和认证。在规划一个新系统的过程中,通用汽车一直在寻求支持整个过程中的材料信息需求,同时合理化所涉及的工具数量,他们设计了一个仅基于两个关键工具的系统:材料信息管理系统用于管理材料数据,允许其进入第二个关键工具Teamcenter® PLM系统,在Teamcenter中,这些数据可以由来自工程师、采购人员和律师等不同用户使用。通用汽车公司现在已经制定了建立这一新系统的路线图,并开始在四个关键领域将信息迁移到新的材料数据库管理系统:材料特性、材料认证和批准、外观和原材料物质。关于进展,Massa总结说:“到目前为止,融合是非常好的。我们没有太多的返工。我们已经有了一些经验,如传统的数据需要大量的清理。但是,除此之外,我们的配置已经很不容易了,在材料数据管理系统方面做了大量的工作,确保我们建立起来的一种方式能满足我们的要求。”

在回答关于新系统主要优点的问题时,她解释说,主要目标是减少材料研究的时间,确保材料数据使用者的一致性。她举了一个例子,一个CAE研究及焊接工程师可以工作在相同的材料数据上,但使用不同的描述:“我们希望他们都是利用钢相同的版本,我们有更少的返工,更好的产品,没有产品召回,和更少的保修问题。”对材料信息管理项目的商业理由时说,“我们完成每个项目后,我们回去检查,我们完成了我们的指标。到目前为止,我们已经完成了项目的50%,并满足了我们所有的度量标准。

PSA:标志雪铁龙的材料信息管理和仿真支持

2014年PSA标致雪铁龙使用材料数据管理系统来支持它的材料信息管理需求。标致雪铁龙是欧洲领先的国际汽车制造商,以创新的阵容和清晰的风格将两个汽车品牌推向市场:标志和雪铁龙。替换集团旧系统中的材料信息和扩展这些重要的工程数据到更多的公司内部的其他部门。重点是提供可靠的、可追溯的材料数据,以便输入到模拟和分析中。

汽车企业需要精确的、最新的材料(如金属、塑料和复合材料)数据,以便做出正确的设计工程和材料决策,以确保模拟的准确性,并实现快速、无延迟的设计和开发过程。但是,开发和管理大量复杂的、专业的数据,并在需要的地方、何时以及以何种方式交付它,这是一个真正的挑战。 为了解决这一挑战,PSA标致雪铁龙认真的调研和选择材料数据管理系统

Louis David认为一个经过验证的解决方案,再加上支持快速部署的跟踪记录和服务的材料数据管理系统能够满足短期需求,尤其是对所需的数据建模。材料数据管理系统还需要能够提供技术、工具和开放的方法,可以支持该项目的未来扩展。

汽车解决方案不仅包括材料信息管理的领先系统,还有综合服务,确保有效实施,支持模拟和分析,以及部署这些信息的工具,以解决新的挑战,例如限制物质风险和复合材料设计。

能源装备

石油、水利、核能、风能、火电、太阳能等行业中使用的装备与材料有着密切关系。当工程师在能源电力行业涉及能源装备设计和生产时,将会使用到大量的材料数据,这些数据既有源于企业内部的材料测试和模拟仿真,也有外部机构提供的参考数据和工具出版物(如ASME BPV手册)。若按传统的材料数据存储和管理模式(部分数据存在电脑、硬盘中,部分数据以纸质形式存在于手册和报告文件中),会造成工程师查阅数据耗时耗力,并且可能不够全面,造成效率降低。

另一方面,制造企业设计的产品都必须符合国家和地区的环境法律要求(如REACH)。因此材料的生态目标(如减少废物和排放)也越来越重要。装备使用的材料是这些问题的关键,因为这些法律中限制了可以使用的材料的种类,并且使用的材料属性决定了该产品大部分环境影响。MatAi 提供材料的环境数据和各国法律对其的限制,以帮助解决产品设计过程中的环境问题。

产品优势

  • 搭建完备的能源材料数据管理系统,将自有材料数据集中组建单一源的中央材料数据库,便于查询和应用数据;
  • 获取和整合能源材料数据:MatAi 灵活的数据管理机制,理论上支持管理任何类型的材料专业数据,并且支持用户将其它能源材料数据来源(如ASME BPV Codes)中的数据处理后保存在MatAi 中,实现自有数据和外部数据的深度融合;
  • 提供专业的能源材料数据:MatAi 中的能源材料标准数据包涵盖了牌号齐全的能源电力用金属材料的标准数据;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括测试条件,分析结果等),实现数据可追溯;
  • 节省时间,减少数据损失和重复测试;
  • 帮助制定正确的材料决策,并降低产品成本和制造风险,符合相关法律法规的规定。

前沿动态

维斯塔斯公司:风电技术领域居于世界领先的厂商

Dr.Ian Stewart(叶片制造技术与系统设计经理)讨论了一个3年来正在进行的满足风力涡轮机设计和制造需求的材料信息管理项目:

  • 管理数据来支持他们的迭代设计过程。要求从大量的材料表征工作中捕获结果,关联数据必须用一个可用的方法可连接和可访问
  • 存储寿命数据用于计算疲劳,数据的鲁棒性和统计有效性有助于提高产品的可靠性
  • 满足数据控制和质量方面的认证要求

Dr.Ian Stewart评论说,材料数据管理系统提出的数据结构建议能够很好的工作,可以用可靠的方式存储设计、谱系和测试数据。材料数据管理系统能够让用户快速的定位和寻找他们想要的数据。在没有材料数据管理系统时,数据是被存储在Excel表中和多个服务器的供应商文档中。结果是节省了大量的时间。

处理符合材料材料数据的工作流被优化。数据从数据规范到执行测试、分析结果、减少数据和应用安全系数。这些步骤中的很多都可以自动化并使之更容易。该系统很好的应对了复杂、多轴、正交各向异性材料和工艺的历史。提供了更大的统计信心,从管理的角度来看这是有用的,因为它有助于决定如何集中资源,收集新数据。从这个过程中得到的设计和仿真数据可以直接集成到ANSYS有限元分析软件和CAD软件包中。Dr.Stewart博士得出结论使用材料数据管理系统是非常有利的。

Molex公司:居于世界最大产品规模之列的厂商

Brett Rickett是molex公司的 材料和工艺技术总监,描述介绍了molex作为电气和电子连接器的领先制造商的材料信息管理方面的工作。莫仕公司是一个全球性的组织,在产品开发上拥有超过1400名工程师,他们中的许多人需要材料信息进行日常决策。Molex的材料包括铜合金、不锈钢钢带、工程塑料和电沉积涂料。关于这些材料的信息管理已被公认的一个重要的长期战略问题,因此,已经有一个系统来支持这项活动超过15年。然而,近年来,该公司认识到该系统的缺陷,并试图换掉它。这些事实包括,它没有提供“真相的单一来源”(金属和塑料规格数据和CAE数据是在不连通的数据库里)。另外,因为旧系统是一个定制开发项目,所以它很昂贵,而且很难进行更改,例如,要添加新属性,或者推出公司首选材料的信息。在调研新系统的过程中,Molex的目标是材料数据能够被CAD和PLM系统运用,并且支持环境合规目标。

Molex部署了超过200名工程师的材料数据管理系统。历史数据已经被转移,剩余的1200名工程师也正在准备使用这套系统。计划推出的最大挑战是找出那些对用户社区最重要的材料属性。一个跨职能和全球分布的核心团队来进行规划实施对分析这些问题和正确地解决问题至关重要。Molex的CAD、CAE软件对材料数据库的访问方式可以通过Web浏览器和材料网关技术。在捕获和存储数据方面更为完整,并且提交数据给Molex的内部用户,他们需要这些数据来做决策。

当被询问有关该系统的业务理由是如何制定的时候,Rickett指出它的好处符合许多现有的公司倡议。一个例子是在创建材料列表的成本和效率驱动上,他评论说,产品工程界进行了许多低效率的工作,如果通过材料数据管理系统作为材料数据源头进入CAE和PLM就能够解决这些问题并且获得很好的投资回报。

要点:

  • 结果在捕获和存储数据方面更为完整,并且提交数据给Molex的内部用户,他们需要这些数据来做决策
  • 在产品工程界进行了大量的低效工作活动,材料管理的应用是一个很好展示投资汇报的好方法

海洋工程

海洋材料必须适应苛刻复杂的海洋服役环境,其服役时间长,需要具备抵抗恶劣的海水腐蚀、生物侵蚀、海水高压、各种气候和风浪环境等共同作用的能力,因此海洋工程材料在机械性能、抗腐蚀、抗疲劳、抗撕裂、抗蠕变性能等方面有严格的评价体系,并且对其可成型性也有一定程度的要求。对海洋工程材料进行的这一系列性能评价测试产生的大量数据,需要对其有效的管理,避免数据丢失和重复测试。

产品优势

  • 搭建完备的海洋工程材料数据管理系统,将材料数据集中组建单一源的中央材料数据库,便于查询和应用数据;
  • 获取和整合海洋工程材料数据:MatAi 灵活的数据管理机制,理论上支持管理任何类型的材料专业数据,并且支持用户将其它海洋材料数据源的数据保存在MatAi 中,实现自有数据和外部数据的深度融合;
  • 提供专业的海洋工程材料数据:MatAi 中的海洋工程材料标准数据包涵盖了牌号齐全的海洋用金属材料的标准数据;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括测试条件,分析结果等),实现数据可追溯;
  • 在保存高价值的长时测试数据(如疲劳、蠕变和腐蚀)时具有优势,避免因为测试周期内的人员变动产生的数据信息丢失,减少重复测试,节省资金;
  • 帮助制定正确的材料决策,降低产品成本和制造风险,符合海洋环境相关法律对材料的要求。

工业园区

工业园区是一个国家或区域的政府根据自身经济发展的内在要求,通过行政手段划出一块区域,聚集各种生产要素,在一定空间范围内进行科学整合,提高工业化的集约强度,突出产业特色,优化功能布局,使之成为适应市场竞争和产业升级的现代化产业分工协作生产区。一个工业园区通常集中一个或数个产业的主体企业和协作企业,形成产业链。因此,这些企业通常使用相似的一类材料,如汽车材料,生物材料,能源材料等。在管理和使用材料数据时,也具有相似的需求。产业链中的企业对材料数据管理和应用的需求主要有:

(1)查找产品使用材料的参考数据,如材料手册,材料专业文献,进行产品的选材优化或替代;

(2)管理产品生产制造中使用的材料数据;

(3)分析材料性能和服役数据对产品生命周期的影响规律;

(4)为合作企业发布或共享材料数据。

产品优势

  • 平台中整合行业产业链上下游常用的材料知识数据,建立区域产业链用材料信息数据库,数据内容包括材料牌号性能数据、专业手册、科技报告、行业统计等信息,节省工程师寻找材料信息的时间,提高生产效率;
  • 管理企业自有材料数据:材料数据管理系统(MDM)灵活的数据管理机制,理论上支持任何类型的材料数据管理,企业可以根据自身的材料数据特点,配置符合自身材料数据特点的数据系统,应用最佳实践方案对材料生命周期数据进行管理;
  • 保存材料数据的全部谱系信息(包括生产工艺、测试条件,分析结果等),实现数据可追溯,提高数据完整性,避免数据信息因为人员流动和岗位调离的缺失;
  • 利用平台快速将材料数据部署到需要它的部门和人员;
  • 整合常用的材料数据分析统计工具,帮助用户快速分析和统计材料数据,辅助工程师进行产品选材和材料替换;
  • 共享或发布材料数据,将数据分享给合作企业和伙伴;
  • 完备的权限控制保证数据安全,数据用户只能访问得到授权的数据。

应用实例

MatAi 可根据工业园区的产业规划和制造企业的材料数据管理和应用需求,整合材料数据管理系统MDM、材料数据库(MDB)和材料分析工具(MDA),力争通过深化工业用材互联网的应用,进行工业用材数据和资讯服务平台的建设;与工业园区的制造企业深度合作,促进信息共享和数据开发,实现产品、市场和经济运行的动态监测预警,构建集电子商务、个性化定制、网络协同开发、服务于智能制造新业态、新模式的“工业用材互联网服务平台”。平台可建立数据服务项目有:

  • 工业用材数据管理系统:帮助企业管理和应用自有的材料或产品数据
  • 工业用材牌号性能数据库:收录工业园区企业使用的材料标准中规定的性能数据,帮助材料使用商在验收和使用材料时能够方便快捷的查询标准信息
  • 工业用材产品数据库:材料供应商在平台上发布产品数据,材料使用商在平台上查询和使用产品数据,实现“+互联网”模式快速选材
  • 工业用材知识信息数据库:整合最新的行业资讯、科技报告、专业数据和统计数据,促进工业园区企业的技术交流和知识共享