國家材料環境腐蝕（老化）數據共享服務網構建與進展

李曉剛 高謹 肖葵 李磊（北京科技大學腐蝕與防護中心，北京 100083）

材料的自然環境腐蝕（或老化）研究是材料科學與環境科學的交叉學科領域。 材料在自然環境（大氣、水、土壤）中的腐蝕數據積累就是在典型的自然環境中建立試驗站，把各類材料按國際與國家標準制備成試件，在試驗站進行長期的現場試驗，應用多種觀測和分析技術手段，對環境因素和試件材料在環境作用下發生的變化進行長期的觀察；按不同材料的不同試驗周期定期取樣，進行測試分析，獲取原始性數據；通過數據評價，數據處理和綜合分析，獲得不同材料在不同自然環境中的腐蝕規律，并建立數據庫及其應用系統。

對材料環境腐蝕數據共享網服務的迫切需求來自于國家建設部門，特別是重點工程建設中的設計單位對不同地域環境條件下材料腐蝕失效數據的需求；來自于材料生產單位和使用單位，例如鋼鐵、機械、建筑、水利、交通、通訊等等部門對以上數據的迫切要求；來自于科研單位中重大科研項目需要以上數據作為課題研究的依據和基礎；來自于國家進出口貿易中對相關材料環境失效數據的強烈關切；來自于標準制定部門對大量相關數據的要求。 但是，目前有關材料環境腐蝕數據沒能得到有效利用，效益遠遠沒有得到好的利用。 其原因既有思想方式、傳統習慣方面的，也有技術方面的，因此，迫切需要發展功能強大、數據豐富、使用方便的材料環境腐蝕數據共享網，以實現材料環境腐蝕數據的有效利用。

一、材料自然環境腐蝕數據積累

材料自然環境腐蝕數據積累與規律性研究是跨地區、跨行業、多學科交叉的基礎性工作。自上世紀五十年代末開始，我國的材料腐蝕科學家就開始了材料自然環境腐蝕數據的積累工作。我國地域遼闊，有7 種氣候帶，4個海域，40 多種土壤，自然環境類型多，對材料腐蝕性的差別很大。 到2005年為止，在以往100 多個行業性試驗站的基礎上，建成國家級大氣腐蝕試驗站13個；水環境腐蝕試驗站7個；土壤腐蝕試驗站8個試驗站的分布如圖1所示。 自1982年起，已投試材料353 種，合計9萬3 千多個試件，經過4個周期的系統試驗與長期觀察與檢測，積累材料環境腐蝕數據40 多萬個（包括各種典型材料在大氣、水、土壤中腐蝕或老化數據，相應的環境條件數據），如表1 所示。建立各種數據庫20個，如表3 所示。 自1992年以后，通過對數據的評價與驗收，已將數據和試驗成果應用于國家建設，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、寶鋼等企業新材料的研究開發、傳統材料性能改善與提高，以及電纜光纜標準的制訂等，并總結了各類材料在不同自然環境中的耐蝕特性與腐蝕規律，可供合理選材和腐蝕行為預測提供依據，發展了學科建設。 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，是最大規模最規范的一次材料投試。

表1.全國大氣、海水、土壤腐蝕網站投試材料

表2 科技部基礎性工作專項2002、2003年投試試樣

大量的材料環境腐蝕數據的積累，為實現網上數據共享提供了良好的基礎；現有分布在全國的國家級材料試驗站的建立和各類材料的不斷投試，也能為網上數據共享源源不斷地提供“新鮮血液”。這就是建立材料環境腐蝕數據共享服務網的最重要基礎與條件。

表3 2006年投試試樣統計表

二、數據共享服務網建立

現代計算機及網絡技術的發展，為基于Internet的用戶實現數據共享訪問提供了技術保障，系統的具體設計包括如下幾個部分：軟、硬件基礎、系統結構設計、數據庫設計、材料環境腐蝕數據共享網建設。

2.1、軟、硬件基礎：服務器：Dell poweredge高性能服務器。 操作系統：Win2003 server(或Linux)。 數據庫系統：Oracle server （或IBM DB2 等其它關系數據庫）。 應用程序服務器：IBM Websphere application server(或BEA Weblogic Server)。 開發語言：JAVA 語言。

2.2、系統結構設計：網站采用B/S 結構設計。系統主要包括以下幾個模塊：（1）注冊、登陸模塊；（2）用戶權限和角色管理模塊；（3）用戶留言模塊；（4）要聞管理模塊；（5）數據查詢模塊；（6）數據管理模塊_實現數據的Web 遠程管理；（7）數據轉換模塊_ 遠程實現Excel 數據文件到Oracle 數據庫的數據轉換：根據數據結構，定義Excel 數據模版；（8）其它的后臺管理模塊。

2.3、數據庫設計：數據庫系統采用目前國際上最為流行的關系型對象數據庫Oracle9i數據庫管理系統,其最突出的優點是安全穩定,支持大型數據庫。 Oracle9i 是業界第一個完整、簡單的用于互聯網的新一代智能化的、協作各種應用的軟件基礎平臺,是最安全的互聯網數據庫管理平臺。

材料自然環境腐蝕數據庫具有一般腐蝕數據庫的共性,即包括材料性能、環境因素、腐蝕情況和數據源。 其中:1、材料性能 包括材料名稱、牌號、樣品編號、熱處理狀態、外觀、尺寸、重量、化學成分和力學性能等。2、環境因素 包括試驗場地點、時間、溫度、濕度、氣象因素、腐蝕性介質和污染物等。 3、腐蝕狀況 包括腐蝕類型、腐蝕面積、腐蝕程度、失重、腐蝕率、最大孔蝕深度和應力狀態等。 4、數據源 包括各試驗站數據報表、匯編、分析報告、腐蝕試驗規程和標準、期刊文獻等.根據材料環境腐蝕試驗數據的現狀和使用要求,考慮到整個網站體系試驗材料種類、規格多、數量大；試驗點多,影響因素復雜；試驗周期長,而且仍在繼續進行等特點，因此，數據庫結構設計采用面向對象、關系型動態數據庫，按數據類型，科學、合理地設置各種類型的字段，便于分類存放，統一管理，提高檢索與查詢速度。為滿足用戶的需求，數據庫還將設置文摘庫、學術報告庫和資料庫。例如，鋼鐵企業產品腐蝕數據庫包括如下：耐蝕產品數據庫、材料大氣腐蝕數據庫、材料海水腐蝕數據庫、材料土壤腐蝕數據庫、鋼鐵企業產品生產標準數據庫、試驗室加速試驗數據庫、自然環境腐蝕氣象環境數據庫、腐蝕形貌圖片數據庫、腐蝕評價標準和方法數據庫、材料腐蝕案例數據庫等。

三、系統組成實現與進展

材料環境腐蝕網絡數據庫系統由四大部分組成，它們分別是：數據庫管理系統，數據庫查詢系統，數據分析系統和數據庫共享平臺（數據共享網見圖2）。

3.1、數據庫共享平臺：材料環境腐蝕數據共享網是提供材料環境腐蝕數據及相關信息匯集與共享的物理平臺。 它能為用戶提供快速查詢、檢索及數據下載等服務。具有管理員身份的用戶還能通過此平臺對網絡數據庫系統進行管理，如進行數據添加、修改、刪除等操作。

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

3.3、數據庫管理系統：通過數據庫管理系統，管理員用戶可以對數據庫進行添加、刪除、保存修改以及撤銷修改等操作，以及時更新數據庫，從而保證數據庫的完備性。

3.4、數據分析系統：運用回歸分析方法、環境綜合因子預測模型等手段對黑色金屬大氣腐蝕進行了預測；運用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，實現了對數據庫表中數據分析的圖表顯示，比較直觀的得出了數據變化的大致規律。用戶借助數據庫查詢系統和數據庫管理系統，通過查詢，可以得到數據分析系統的分析結果，如各種模型的系數，根據數據生成的各種圖表等。

3.5、系統實現：通過網絡數據庫管理、查詢系統，能夠實現對材料環境腐蝕網絡數據庫的管理和查詢，達到材料環境腐蝕數據共享的目的。 從數據庫數據的查詢、管理、添加和安全性考慮，可以把使用材料環境腐蝕網絡數據庫共享系統的用戶分為普通用戶和管理員用戶。普通用戶可以從數據庫中查詢所需要的材料性能、材料腐蝕情況、試驗站氣象及環境因素等數據，但普通用戶不能參與數據庫中數據的管理，即不能添加、刪除、修改數據。 管理員用戶則是特殊的具有較高權限的用戶群，他們有權對數據庫中現有的數據進行維護，能進行查詢、修改，刪除等操作，也能夠為數據庫錄入添加新數據，這樣就可以方便地對全國各地試驗站的數據進行收錄了。普通用戶和管理員用戶在進入鋼鐵企業產品環境腐蝕網絡數據庫共享系統前，都必須登陸、驗證身份，登陸成功，才能進入。 查詢示例見圖3：

選擇材料大氣腐蝕，進入如下頁面圖4：

在該頁面可以對根據材料的牌號、卷號和試驗地點進行混合查詢。并在權限允許的條件下進行查詢數據的Excel 文件下載。 還可以對數據進行簡單分析，選擇地點、試驗時間、材料和圖形類型后，即可進行對比分析，如上圖5：

在以上工作的基礎上，我們可以將某企業的所有數據輸入到系統中，并入該企業的網絡中，就達到了產品腐蝕數據的規范化和標準化管理，并可以實現數據的有條件共享。

3.6、共享網進展：“國家材料環境腐蝕 （老化）科學數據共享服務網”加入了“國家科技基礎條件平臺門戶”中，持續為門戶網站提供核心元數據，為其重要組成部分。 持續提供3個重點欄目建設、1567個核心元數據等內容。 包含30 大類159 種材料及制品，最長達40年的暴露試驗數據，腐蝕數據計100萬余個,環境數據400 余萬個、1萬多張腐蝕形貌圖片。另外，試驗站基本信息數據庫、環境數據庫、材料數據庫、腐蝕數據數據庫、圖譜數據庫和失效案例庫。數據共享服務網站運行一年瀏覽量達到988740 次；資源信息庫建設總量為26GB；數據流量達到95GB；服務機時量達到32670 多小時，共享網見圖6

建立的覆蓋我國典型大氣環境類型的28個試驗站的標準化、規范化、信息化的腐蝕試驗體系。體量大，設備先進，這種高水平試驗研究平臺建設為科學規律探索和數據積累提供了基礎，也完全硬件設備資源的共享；建立的我國最為完善的材料腐蝕數據庫，也完全實現了網上共享。 數據庫網絡的完全共享直接應用于科學規律探索和系列化國家標準制修訂。

目前，共享網在航空、核電、國防、交通、建筑、石油、化工等領域得到廣泛應用，用戶群包括國家重點工程建設單位，例如，中國長江三峽工程開發總公司，長江水利委員會勘探規劃設計研究院，中鐵大橋勘探設計院等；冶金鋼鐵企業：寶山鋼鐵股份有限公司，武漢鋼鐵（集團）公司，鞍山鋼鐵股份有限公司……等；石油化工企業：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計公司等；電力企業：濱州供電公司、山東電力研究院……等；航空企業：中航一集團成都飛機工業（集團）公司、西安飛機工業（集團）有限責任公司……等；中小企業：北京航材百慕新材料技術工程公司、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、復旦大學、北京航空航天大學等；以及大量的國防軍工企業單位。

五、結論

采用JAVA 語言和Oracle 數據庫技術，在材料環境腐蝕站網長期積累的材料環境（大氣，水環境和土壤）腐蝕數據以及企業積累的產品環境腐蝕數據的基礎上，建立了“國家材料環境腐蝕（老化）數據共享網”和腐蝕數據管理和應用的網絡數據庫系統，該系統實現了材料環境腐蝕數據的規范化和標準化管理，并實現了數據的完全共享。 該系統不僅建成了目前我國最規范的數據量大的材料腐蝕數據共享服務網，同時也為用戶的產品環境腐蝕數據的標準化與規范化管理、有效的數據資源共享、新產品開發和產品的售后服務、項目招投標甚至材料的安全評估和壽命估算等工作，都提供了堅實的基礎和數據服務平臺。