徐明琦 王學(xué)雙 李劍釗 王浩然 謝文才

（一汽解放汽車有限公司，長春 130010）

1 前言

材料技術(shù)是汽車的核心技術(shù)之一。在發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》2.0 中，節(jié)能汽車、純電動與插電式混合動力汽車、燃料電池汽車、動力電池技術(shù)、輕量化技術(shù)、汽車制造技術(shù)方面，材料技術(shù)都扮演重要角色[1]。材料在汽車上的應(yīng)用品種多、規(guī)格多、技術(shù)條件復(fù)雜；材料又是一項基礎(chǔ)科學(xué)，是推動汽車技術(shù)競爭力提升的關(guān)鍵點之一，汽車企業(yè)也越來越認(rèn)識到材料技術(shù)的重要性。

同時，在汽車的新產(chǎn)品開發(fā)階段，材料技術(shù)也作用顯著，在質(zhì)量提升、成本降低、周期縮短等方面為項目提供材料技術(shù)支撐。

本文總結(jié)材料技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)階段的主要應(yīng)用情況，為材料技術(shù)人員相關(guān)業(yè)務(wù)開展提供指導(dǎo)。

2 材料技術(shù)應(yīng)用

2.1 材料數(shù)據(jù)庫建設(shè)與應(yīng)用

材料數(shù)據(jù)庫是材料開發(fā)到應(yīng)用的關(guān)鍵載體和重要環(huán)節(jié)[2]。過去材料數(shù)據(jù)庫的建設(shè)以材料生產(chǎn)廠家為主，近年來各大汽車廠也意識到材料數(shù)據(jù)庫的重要性，紛紛建立本公司的材料數(shù)據(jù)庫，以更貼近制造現(xiàn)場，實現(xiàn)材料數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確應(yīng)用[3-4]。

材料技術(shù)人員通過試驗并聯(lián)合各種材料廠家，建立材料數(shù)據(jù)庫。材料數(shù)據(jù)庫的建設(shè)是長期的過程，需要有大量的樣本數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)、參數(shù)對比、擬合、分析等，并形成最終可應(yīng)用的數(shù)據(jù)值。

材料數(shù)據(jù)庫在產(chǎn)品開發(fā)階段的應(yīng)用，通常是設(shè)計師根據(jù)功能、性能需求從材料數(shù)據(jù)庫中選用合適的材料；CAE 仿真人員從材料數(shù)據(jù)庫中調(diào)用材料參數(shù)，用于軟件模擬；工藝員利用材料參數(shù)更好的指導(dǎo)零部件調(diào)試；質(zhì)量員對比材料實物與數(shù)據(jù)庫參數(shù)，保證材料質(zhì)量。材料技術(shù)人員根據(jù)不同階段的使用情況在產(chǎn)品開發(fā)結(jié)束后更新材料數(shù)據(jù)庫。材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用情況見圖1。

圖1 材料數(shù)據(jù)庫在新產(chǎn)品開發(fā)階段應(yīng)用

為便于設(shè)計師對材料數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，有的企業(yè)將材料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)化。系統(tǒng)邏輯為：汽車材料物理與力學(xué)性能分析；零部件可制造性分析；給出材料初選結(jié)論；附加指標(biāo)因子賦值；智能化選材模型，整體結(jié)構(gòu)CAE 計算；輸出選材結(jié)論[5]。

2.2 新材料應(yīng)用研究

新材料的應(yīng)用可以提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，提高產(chǎn)品核心競爭力。新材料在產(chǎn)品開發(fā)過程中通常有2 種應(yīng)用方式：技術(shù)遷移和同步開發(fā)。

技術(shù)遷移是在產(chǎn)品開發(fā)前期完成技術(shù)儲備，材料技術(shù)人員整理新材料的樣本，通過試驗、驗證等得到新材料的基本性能及可應(yīng)用范圍。在產(chǎn)品開發(fā)中針對目標(biāo)零部件提出新材料應(yīng)用方案。因前期已開展樣本級試驗和驗證，在此過程中只需材料技術(shù)人員在生產(chǎn)準(zhǔn)備時配合完成試生產(chǎn)、批量生產(chǎn)驗證。

同步開發(fā)是指材料技術(shù)人員將新材料應(yīng)用方案提出、新材料基礎(chǔ)性能試驗、零部件試驗、工藝性試驗、批量性驗證、材料問題處理等與產(chǎn)品開發(fā)同時開展。工作與階段對應(yīng)情況如圖2 所示。這種新材料應(yīng)用方式對材料技術(shù)人員要求較高，一旦發(fā)生反復(fù)，可能對開發(fā)周期帶來一定風(fēng)險。

圖2 新材料應(yīng)用與產(chǎn)品同步開發(fā)

2.3 材料評審

材料評審集中在概念設(shè)計、工程設(shè)計驗證階段。在此過程中，材料技術(shù)人員必須緊密同設(shè)計師聯(lián)動，完成BOM（物料清單）中材料設(shè)計。BOM設(shè)計過程中，材料牌號、材料規(guī)格及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都是需重點關(guān)注的內(nèi)容。評審維度包括成本、成熟度、標(biāo)準(zhǔn)化等。此外，在設(shè)計師輸出圖紙時，材料技術(shù)人員應(yīng)同步完成圖紙會簽。

材料評審過程中材料標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)鍵內(nèi)容之一，標(biāo)準(zhǔn)化對產(chǎn)品的成本有著重要影響。材料的標(biāo)準(zhǔn)化也是難點之一。材料技術(shù)人員除必須了解設(shè)計師所用材料性能、規(guī)格，還要掌握公司現(xiàn)用材料情況以及材料廠家的材料情況。基于成本考慮，材料評審中材料選用的優(yōu)先級應(yīng)為現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用材料、本企業(yè)推薦、材料廠家推薦、國標(biāo)推薦、新產(chǎn)品。而基于產(chǎn)品競爭力考慮，材料評審中材料選用的優(yōu)先級可能相反。

基于以上分析，需要材料技術(shù)人員在評審過程中掌握成本目標(biāo)、產(chǎn)品技術(shù)趨勢等信息，能夠從中給出最合理的評審建議，提出更改建議表。

節(jié)能減排重要途徑之一是整車輕量化，各企業(yè)也越來越重視[6]。材料評審過程中，可以結(jié)合新材料應(yīng)用，提出輕質(zhì)材料應(yīng)用建議，助力設(shè)計師質(zhì)量目標(biāo)達(dá)成。

2.4 材料成本目標(biāo)設(shè)計及達(dá)成

材料成本目標(biāo)設(shè)計及達(dá)成過程中任務(wù)包括材料成本目標(biāo)制定、材料成本目標(biāo)分解、材料成本設(shè)計及控制、材料成本跟蹤、材料成本評價。

在材料成本目標(biāo)制定過程中，材料技術(shù)人員應(yīng)提供歷代產(chǎn)品或競爭產(chǎn)品的材料使用情況或材料利用率、材料定額，項目組基于這些內(nèi)容核算材料成本，并制定本產(chǎn)品的成本目標(biāo)。

成本目標(biāo)分解指由整車分解至總成、再到零部件的過程，凍結(jié)零部件成本目標(biāo)后，設(shè)計師按此設(shè)計零部件，過程中材料技術(shù)人員開展材料評審活動，評審重點考慮成本維度、優(yōu)先級，已在材料評審時提及。

材料成本設(shè)計及控制，通常通過材料定額設(shè)計及優(yōu)化手段實現(xiàn)。材料定額是一定生產(chǎn)技術(shù)條件下，生產(chǎn)單位零部件所需的材料數(shù)量和質(zhì)量。制定材料定額是產(chǎn)品開發(fā)過程中材料技術(shù)人員的重點工作之一。材料定額制定的科學(xué)性、合理性，將對材料成本目標(biāo)達(dá)成起到關(guān)鍵性的作用。常用材料定額表如表1 所示。

表1 材料定額明細(xì)表（示例）

材料成本跟蹤中由材料技術(shù)人員跟蹤零部件及整車實物生產(chǎn)中的材料實際消耗與材料定額差異，分析生產(chǎn)原因，并優(yōu)化實際消耗至與定額偏差在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)；同時結(jié)合工藝的技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步優(yōu)化材料定額，提升成本競爭力。

材料成本評價可以在跟蹤過程中開展，也可以在項目結(jié)束前一次性開展。由材料技術(shù)人員對材料成本的達(dá)成率進(jìn)行分析、評價，并作為下代車型制定成本目標(biāo)的指導(dǎo)依據(jù)。

2.5 材料試驗

材料試驗是材料技術(shù)人員需要掌握的基本技能之一。整個產(chǎn)品開發(fā)過程中圍繞材料開展的試驗，都是材料技術(shù)人員負(fù)責(zé)，包括材料本身的試驗、材料的工藝性試驗。此外還需配合設(shè)計師、工藝員跟蹤樣件試驗、樣車試驗、零部件復(fù)驗、生產(chǎn)穩(wěn)定性驗證過程，做好材料試驗配合。

2.6 材料認(rèn)可

材料認(rèn)可包括商務(wù)認(rèn)可和技術(shù)認(rèn)可，材料技術(shù)人員主要負(fù)責(zé)的是技術(shù)認(rèn)可的部分。技術(shù)認(rèn)可可分為供應(yīng)商綜合能力認(rèn)可和材料本身的認(rèn)可。通過認(rèn)可的材料，可視為本公司設(shè)計、制造、生產(chǎn)可用的原材料。

供應(yīng)商綜合能力認(rèn)可包括公司概況、研發(fā)能力、人員水平、設(shè)備設(shè)施情況、材料供應(yīng)能力、工藝規(guī)程、環(huán)保水準(zhǔn)、品質(zhì)保障、實驗室能力、供貨水平或規(guī)格、包裝運輸及存儲能力、抽樣水平及生產(chǎn)穩(wěn)定性跟蹤等。生產(chǎn)穩(wěn)定性跟蹤，通常會跟蹤半年至1 年內(nèi)的50～100 個生產(chǎn)批次。材料本身認(rèn)可是借助材料試驗，完成材料參數(shù)的檢驗。

一些跨國性大的車型，材料認(rèn)可是很長的過程，除了考察當(dāng)批次材料生產(chǎn)水平，還會評價一定時間內(nèi)的生產(chǎn)穩(wěn)定性。根據(jù)質(zhì)量體系要求，要達(dá)到5 Sigma 以上才能認(rèn)可通過。

通過材料認(rèn)可的供應(yīng)商，由材料技術(shù)人員與供應(yīng)商簽訂供貨技術(shù)協(xié)議。材料技術(shù)協(xié)議規(guī)定材料的范圍、適用國家標(biāo)準(zhǔn)、化學(xué)成本、力學(xué)能力、交貨狀態(tài)、規(guī)格、外形、試驗結(jié)果等。此外，考慮到技術(shù)升級、工藝改進(jìn)，簽訂的技術(shù)協(xié)議往往會有一定的時效性，通常為3～5 年。

針對通過材料認(rèn)可已供應(yīng)的供應(yīng)商，材料技術(shù)人員還有一項重點工作：對供應(yīng)商日常供貨情況進(jìn)行跟蹤評價，給出評價結(jié)論，供采購人員在供應(yīng)商選擇中參考。

2.7 材料技術(shù)問題處理

材料技術(shù)問題出現(xiàn)在工程設(shè)計驗證、生產(chǎn)準(zhǔn)備、試生產(chǎn)及生產(chǎn)階段。工程設(shè)計驗證階段，由于材料用量不大，在零部件的問題體現(xiàn)不顯著。在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，工藝員會發(fā)現(xiàn)一部分材料問題，但由于前期材料技術(shù)人員已開展過材料的工藝性試驗，且本階段以制造可行性為主，材料問題相對工程設(shè)計驗證階段有一定增多。試生產(chǎn)和生產(chǎn)階段是材料技術(shù)問題頻發(fā)的階段，尤其中試生產(chǎn)階段，隨著材料使用量的快速增長，材料技術(shù)問題也會暴露的更多，要求材料技術(shù)人員能夠快速深入現(xiàn)場，解決質(zhì)量問題。另外，材料技術(shù)人員對于新材料的跟蹤要優(yōu)先于現(xiàn)有材料，根據(jù)作者的工作經(jīng)驗，新材料在全部階段的問題數(shù)量均較高。

問題處理階段，材料技術(shù)人員要掌握材料的性能、零部件的要求、材料廠家的生產(chǎn)情況與參數(shù)規(guī)格以及必要的材料試驗手段。包括如拉伸的機(jī)械性能試驗、化學(xué)成分分析試驗、金相測試、腐蝕試驗等。通過試驗找到失效原因。這也是解決材料技術(shù)問題的關(guān)鍵。

2.8 材料技術(shù)改進(jìn)

材料技術(shù)改進(jìn)也是長期的過程，往往在成本優(yōu)化、質(zhì)量問題改善過程中進(jìn)行。規(guī)格方面的材料技術(shù)改進(jìn)通常由材料技術(shù)人員完成，但性能參數(shù)方面的技術(shù)改進(jìn)需同材料廠家合作，確定需求的材料參數(shù)后，通過大量的試驗完成。

3 結(jié)論

本文總結(jié)材料技術(shù)人員在新產(chǎn)品開發(fā)階段主要工作內(nèi)容及注意事項，不同階段主要工作內(nèi)容如下：

a.項目確認(rèn)階段：新材料應(yīng)用、材料成本目標(biāo)、材料認(rèn)可；

b.概念設(shè)計階段：材料數(shù)據(jù)庫、新材料應(yīng)用、材料評審、材料成本目標(biāo)、材料認(rèn)可；

c.工程設(shè)計驗證階段：材料數(shù)據(jù)庫、新材料應(yīng)用、材料評審、材料成本目標(biāo)、材料試驗、材料認(rèn)可、技術(shù)問題解決；

d.生產(chǎn)準(zhǔn)備階段：材料數(shù)據(jù)庫、新材料應(yīng)用、材料成本目標(biāo)、材料試驗、技術(shù)問題解決；

e.試生產(chǎn)階段：材料成本目標(biāo)、材料試驗、技術(shù)問題解決、材料技術(shù)改進(jìn)；

f.生產(chǎn)階段：材料試驗、技術(shù)問題解決、材料技術(shù)改進(jìn)；

g.生命周期階段：新材料應(yīng)用、材料試驗、材料認(rèn)可、技術(shù)問題解決、材料技術(shù)改進(jìn)。

在具體工作開展中，材料技術(shù)人員應(yīng)做好同產(chǎn)品的互動，快速支持新材料開發(fā)及應(yīng)用；貼近工藝，快速實現(xiàn)材料試驗；深入生產(chǎn)，快速解決生產(chǎn)質(zhì)量問題。

隨著國家對自主核心技術(shù)提出的要求及車企對材料技術(shù)重視程度的加大，材料技術(shù)人員將在企業(yè)，尤其是產(chǎn)品開發(fā)過程中發(fā)揮更大作用。