國家材料環(huán)境腐蝕（老化）數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)構(gòu)建與進(jìn)展

李曉剛 高謹(jǐn) 肖葵 李磊（北京科技大學(xué)腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083）

材料的自然環(huán)境腐蝕（或老化）研究是材料科學(xué)與環(huán)境科學(xué)的交叉學(xué)科領(lǐng)域。 材料在自然環(huán)境（大氣、水、土壤）中的腐蝕數(shù)據(jù)積累就是在典型的自然環(huán)境中建立試驗(yàn)站，把各類材料按國際與國家標(biāo)準(zhǔn)制備成試件，在試驗(yàn)站進(jìn)行長期的現(xiàn)場試驗(yàn)，應(yīng)用多種觀測和分析技術(shù)手段，對環(huán)境因素和試件材料在環(huán)境作用下發(fā)生的變化進(jìn)行長期的觀察；按不同材料的不同試驗(yàn)周期定期取樣，進(jìn)行測試分析，獲取原始性數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)評價(jià)，數(shù)據(jù)處理和綜合分析，獲得不同材料在不同自然環(huán)境中的腐蝕規(guī)律，并建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)。

對材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享網(wǎng)服務(wù)的迫切需求來自于國家建設(shè)部門，特別是重點(diǎn)工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)單位對不同地域環(huán)境條件下材料腐蝕失效數(shù)據(jù)的需求；來自于材料生產(chǎn)單位和使用單位，例如鋼鐵、機(jī)械、建筑、水利、交通、通訊等等部門對以上數(shù)據(jù)的迫切要求；來自于科研單位中重大科研項(xiàng)目需要以上數(shù)據(jù)作為課題研究的依據(jù)和基礎(chǔ)；來自于國家進(jìn)出口貿(mào)易中對相關(guān)材料環(huán)境失效數(shù)據(jù)的強(qiáng)烈關(guān)切；來自于標(biāo)準(zhǔn)制定部門對大量相關(guān)數(shù)據(jù)的要求。 但是，目前有關(guān)材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)沒能得到有效利用，效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到好的利用。 其原因既有思想方式、傳統(tǒng)習(xí)慣方面的，也有技術(shù)方面的，因此，迫切需要發(fā)展功能強(qiáng)大、數(shù)據(jù)豐富、使用方便的材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的有效利用。

一、材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累

材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累與規(guī)律性研究是跨地區(qū)、跨行業(yè)、多學(xué)科交叉的基礎(chǔ)性工作。自上世紀(jì)五十年代末開始，我國的材料腐蝕科學(xué)家就開始了材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的積累工作。我國地域遼闊，有7 種氣候帶，4個(gè)海域，40 多種土壤，自然環(huán)境類型多，對材料腐蝕性的差別很大。 到2005年為止，在以往100 多個(gè)行業(yè)性試驗(yàn)站的基礎(chǔ)上，建成國家級大氣腐蝕試驗(yàn)站13個(gè)；水環(huán)境腐蝕試驗(yàn)站7個(gè)；土壤腐蝕試驗(yàn)站8個(gè)試驗(yàn)站的分布如圖1所示。 自1982年起，已投試材料353 種，合計(jì)9萬3 千多個(gè)試件，經(jīng)過4個(gè)周期的系統(tǒng)試驗(yàn)與長期觀察與檢測，積累材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)40 多萬個(gè)（包括各種典型材料在大氣、水、土壤中腐蝕或老化數(shù)據(jù)，相應(yīng)的環(huán)境條件數(shù)據(jù)），如表1 所示。建立各種數(shù)據(jù)庫20個(gè)，如表3 所示。 自1992年以后，通過對數(shù)據(jù)的評價(jià)與驗(yàn)收，已將數(shù)據(jù)和試驗(yàn)成果應(yīng)用于國家建設(shè)，特別是三峽水利樞紐工程、秦山核電站二期工程、寶鋼二期工程；武鋼、寶鋼等企業(yè)新材料的研究開發(fā)、傳統(tǒng)材料性能改善與提高，以及電纜光纜標(biāo)準(zhǔn)的制訂等，并總結(jié)了各類材料在不同自然環(huán)境中的耐蝕特性與腐蝕規(guī)律，可供合理選材和腐蝕行為預(yù)測提供依據(jù)，發(fā)展了學(xué)科建設(shè)。 2002、2003年投試178 種材料、各類試樣14904 片（詳見表2）。2006年投試178 種材料、各類試樣近50000 片，是最大規(guī)模最規(guī)范的一次材料投試。

表1.全國大氣、海水、土壤腐蝕網(wǎng)站投試材料

表2 科技部基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)2002、2003年投試試樣

大量的材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的積累，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)據(jù)共享提供了良好的基礎(chǔ)；現(xiàn)有分布在全國的國家級材料試驗(yàn)站的建立和各類材料的不斷投試，也能為網(wǎng)上數(shù)據(jù)共享源源不斷地提供“新鮮血液”。這就是建立材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的最重要基礎(chǔ)與條件。

表3 2006年投試試樣統(tǒng)計(jì)表

二、數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)建立

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為基于Internet的用戶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享訪問提供了技術(shù)保障，系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)包括如下幾個(gè)部分：軟、硬件基礎(chǔ)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享網(wǎng)建設(shè)。

2.1、軟、硬件基礎(chǔ)：服務(wù)器：Dell poweredge高性能服務(wù)器。 操作系統(tǒng)：Win2003 server(或Linux)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle server （或IBM DB2 等其它關(guān)系數(shù)據(jù)庫）。 應(yīng)用程序服務(wù)器：IBM Websphere application server(或BEA Weblogic Server)。 開發(fā)語言：JAVA 語言。

2.2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：網(wǎng)站采用B/S 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊：（1）注冊、登陸模塊；（2）用戶權(quán)限和角色管理模塊；（3）用戶留言模塊；（4）要聞管理模塊；（5）數(shù)據(jù)查詢模塊；（6）數(shù)據(jù)管理模塊_實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的Web 遠(yuǎn)程管理；（7）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊_ 遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)Excel 數(shù)據(jù)文件到Oracle 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義Excel 數(shù)據(jù)模版；（8）其它的后臺管理模塊。

2.3、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用目前國際上最為流行的關(guān)系型對象數(shù)據(jù)庫Oracle9i數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),其最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全穩(wěn)定,支持大型數(shù)據(jù)庫。 Oracle9i 是業(yè)界第一個(gè)完整、簡單的用于互聯(lián)網(wǎng)的新一代智能化的、協(xié)作各種應(yīng)用的軟件基礎(chǔ)平臺,是最安全的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理平臺。

材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)庫具有一般腐蝕數(shù)據(jù)庫的共性,即包括材料性能、環(huán)境因素、腐蝕情況和數(shù)據(jù)源。 其中:1、材料性能 包括材料名稱、牌號、樣品編號、熱處理狀態(tài)、外觀、尺寸、重量、化學(xué)成分和力學(xué)性能等。2、環(huán)境因素 包括試驗(yàn)場地點(diǎn)、時(shí)間、溫度、濕度、氣象因素、腐蝕性介質(zhì)和污染物等。 3、腐蝕狀況 包括腐蝕類型、腐蝕面積、腐蝕程度、失重、腐蝕率、最大孔蝕深度和應(yīng)力狀態(tài)等。 4、數(shù)據(jù)源 包括各試驗(yàn)站數(shù)據(jù)報(bào)表、匯編、分析報(bào)告、腐蝕試驗(yàn)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)、期刊文獻(xiàn)等.根據(jù)材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀和使用要求,考慮到整個(gè)網(wǎng)站體系試驗(yàn)材料種類、規(guī)格多、數(shù)量大；試驗(yàn)點(diǎn)多,影響因素復(fù)雜；試驗(yàn)周期長,而且仍在繼續(xù)進(jìn)行等特點(diǎn)，因此，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο?、關(guān)系型動態(tài)數(shù)據(jù)庫，按數(shù)據(jù)類型，科學(xué)、合理地設(shè)置各種類型的字段，便于分類存放，統(tǒng)一管理，提高檢索與查詢速度。為滿足用戶的需求，數(shù)據(jù)庫還將設(shè)置文摘庫、學(xué)術(shù)報(bào)告庫和資料庫。例如，鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品腐蝕數(shù)據(jù)庫包括如下：耐蝕產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、材料大氣腐蝕數(shù)據(jù)庫、材料海水腐蝕數(shù)據(jù)庫、材料土壤腐蝕數(shù)據(jù)庫、鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、試驗(yàn)室加速試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、自然環(huán)境腐蝕氣象環(huán)境數(shù)據(jù)庫、腐蝕形貌圖片數(shù)據(jù)庫、腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法數(shù)據(jù)庫、材料腐蝕案例數(shù)據(jù)庫等。

三、系統(tǒng)組成實(shí)現(xiàn)與進(jìn)展

材料環(huán)境腐蝕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由四大部分組成，它們分別是：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫共享平臺（數(shù)據(jù)共享網(wǎng)見圖2）。

3.1、數(shù)據(jù)庫共享平臺：材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享網(wǎng)是提供材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)及相關(guān)信息匯集與共享的物理平臺。 它能為用戶提供快速查詢、檢索及數(shù)據(jù)下載等服務(wù)。具有管理員身份的用戶還能通過此平臺對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理，如進(jìn)行數(shù)據(jù)添加、修改、刪除等操作。

3.2、數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)：通過數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)，用戶可以查詢：①材料的化學(xué)成分、機(jī)械性能等數(shù)據(jù)；②材料在大氣、海水、土壤等環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù)；③氣象及環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)。例如通過材料大氣腐蝕數(shù)據(jù)庫查詢子系統(tǒng)，用戶可以查詢黑色金屬、涂鍍層材料等試樣的化學(xué)成分、機(jī)械性能以及在二十八個(gè)國家級試驗(yàn)站點(diǎn)的腐蝕數(shù)據(jù)和各試驗(yàn)站點(diǎn)的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)。 查詢方式可以是點(diǎn)查詢、線查詢與面查詢。 通過幾種查詢條件的組合,用戶可以簡單、方便地根據(jù)所需的腐蝕數(shù)據(jù)確定查詢的條件。

3.3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，管理員用戶可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行添加、刪除、保存修改以及撤銷修改等操作，以及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，從而保證數(shù)據(jù)庫的完備性。

3.4、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)：運(yùn)用回歸分析方法、環(huán)境綜合因子預(yù)測模型等手段對黑色金屬大氣腐蝕進(jìn)行了預(yù)測；運(yùn)用Java 語言中的圖形顯示類，作出直方圖、曲線圖、餅圖等各種形式的圖表，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)庫表中數(shù)據(jù)分析的圖表顯示，比較直觀的得出了數(shù)據(jù)變化的大致規(guī)律。用戶借助數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過查詢，可以得到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的分析結(jié)果，如各種模型的系數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)生成的各種圖表等。

3.5、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理、查詢系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料環(huán)境腐蝕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的管理和查詢，達(dá)到材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享的目的。 從數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢、管理、添加和安全性考慮，可以把使用材料環(huán)境腐蝕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享系統(tǒng)的用戶分為普通用戶和管理員用戶。普通用戶可以從數(shù)據(jù)庫中查詢所需要的材料性能、材料腐蝕情況、試驗(yàn)站氣象及環(huán)境因素等數(shù)據(jù)，但普通用戶不能參與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的管理，即不能添加、刪除、修改數(shù)據(jù)。 管理員用戶則是特殊的具有較高權(quán)限的用戶群，他們有權(quán)對數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，能進(jìn)行查詢、修改，刪除等操作，也能夠?yàn)閿?shù)據(jù)庫錄入添加新數(shù)據(jù)，這樣就可以方便地對全國各地試驗(yàn)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收錄了。普通用戶和管理員用戶在進(jìn)入鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品環(huán)境腐蝕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享系統(tǒng)前，都必須登陸、驗(yàn)證身份，登陸成功，才能進(jìn)入。 查詢示例見圖3：

選擇材料大氣腐蝕，進(jìn)入如下頁面圖4：

在該頁面可以對根據(jù)材料的牌號、卷號和試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行混合查詢。并在權(quán)限允許的條件下進(jìn)行查詢數(shù)據(jù)的Excel 文件下載。 還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單分析，選擇地點(diǎn)、試驗(yàn)時(shí)間、材料和圖形類型后，即可進(jìn)行對比分析，如上圖5：

在以上工作的基礎(chǔ)上，我們可以將某企業(yè)的所有數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，并入該企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)中，就達(dá)到了產(chǎn)品腐蝕數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化管理，并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有條件共享。

3.6、共享網(wǎng)進(jìn)展：“國家材料環(huán)境腐蝕 （老化）科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”加入了“國家科技基礎(chǔ)條件平臺門戶”中，持續(xù)為門戶網(wǎng)站提供核心元數(shù)據(jù)，為其重要組成部分。 持續(xù)提供3個(gè)重點(diǎn)欄目建設(shè)、1567個(gè)核心元數(shù)據(jù)等內(nèi)容。 包含30 大類159 種材料及制品，最長達(dá)40年的暴露試驗(yàn)數(shù)據(jù)，腐蝕數(shù)據(jù)計(jì)100萬余個(gè),環(huán)境數(shù)據(jù)400 余萬個(gè)、1萬多張腐蝕形貌圖片。另外，試驗(yàn)站基本信息數(shù)據(jù)庫、環(huán)境數(shù)據(jù)庫、材料數(shù)據(jù)庫、腐蝕數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、圖譜數(shù)據(jù)庫和失效案例庫。數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)站運(yùn)行一年瀏覽量達(dá)到988740 次；資源信息庫建設(shè)總量為26GB；數(shù)據(jù)流量達(dá)到95GB；服務(wù)機(jī)時(shí)量達(dá)到32670 多小時(shí)，共享網(wǎng)見圖6

建立的覆蓋我國典型大氣環(huán)境類型的28個(gè)試驗(yàn)站的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化的腐蝕試驗(yàn)體系。體量大，設(shè)備先進(jìn)，這種高水平試驗(yàn)研究平臺建設(shè)為科學(xué)規(guī)律探索和數(shù)據(jù)積累提供了基礎(chǔ)，也完全硬件設(shè)備資源的共享；建立的我國最為完善的材料腐蝕數(shù)據(jù)庫，也完全實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上共享。 數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)的完全共享直接應(yīng)用于科學(xué)規(guī)律探索和系列化國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂。

目前，共享網(wǎng)在航空、核電、國防、交通、建筑、石油、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，用戶群包括國家重點(diǎn)工程建設(shè)單位，例如，中國長江三峽工程開發(fā)總公司，長江水利委員會勘探規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，中鐵大橋勘探設(shè)計(jì)院等；冶金鋼鐵企業(yè)：寶山鋼鐵股份有限公司，武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司，鞍山鋼鐵股份有限公司……等；石油化工企業(yè)：大慶油田工程有限公司、大港油田工程有限公司、海洋石油工程公司設(shè)計(jì)公司等；電力企業(yè)：濱州供電公司、山東電力研究院……等；航空企業(yè)：中航一集團(tuán)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）公司、西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司……等；中小企業(yè)：北京航材百慕新材料技術(shù)工程公司、上海國際油漆有限公司……等；科研院所：鋼鐵研究總院、蘇州熱工研究院……等；大專院校：清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等；以及大量的國防軍工企業(yè)單位。

五、結(jié)論

采用JAVA 語言和Oracle 數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在材料環(huán)境腐蝕站網(wǎng)長期積累的材料環(huán)境（大氣，水環(huán)境和土壤）腐蝕數(shù)據(jù)以及企業(yè)積累的產(chǎn)品環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了“國家材料環(huán)境腐蝕（老化）數(shù)據(jù)共享網(wǎng)”和腐蝕數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化管理，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的完全共享。 該系統(tǒng)不僅建成了目前我國最規(guī)范的數(shù)據(jù)量大的材料腐蝕數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，同時(shí)也為用戶的產(chǎn)品環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化管理、有效的數(shù)據(jù)資源共享、新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品的售后服務(wù)、項(xiàng)目招投標(biāo)甚至材料的安全評估和壽命估算等工作，都提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。