国家材料环境腐蚀（老化）数据共享服务网构建与进展

李晓刚 高谨 肖葵 李磊（北京科技大学腐蚀与防护中心，北京 100083）

材料的自然环境腐蚀（或老化）研究是材料科学与环境科学的交叉学科领域。 材料在自然环境（大气、水、土壤）中的腐蚀数据积累就是在典型的自然环境中建立试验站，把各类材料按国际与国家标准制备成试件，在试验站进行长期的现场试验，应用多种观测和分析技术手段，对环境因素和试件材料在环境作用下发生的变化进行长期的观察；按不同材料的不同试验周期定期取样，进行测试分析，获取原始性数据；通过数据评价，数据处理和综合分析，获得不同材料在不同自然环境中的腐蚀规律，并建立数据库及其应用系统。

对材料环境腐蚀数据共享网服务的迫切需求来自于国家建设部门，特别是重点工程建设中的设计单位对不同地域环境条件下材料腐蚀失效数据的需求；来自于材料生产单位和使用单位，例如钢铁、机械、建筑、水利、交通、通讯等等部门对以上数据的迫切要求；来自于科研单位中重大科研项目需要以上数据作为课题研究的依据和基础；来自于国家进出口贸易中对相关材料环境失效数据的强烈关切；来自于标准制定部门对大量相关数据的要求。 但是，目前有关材料环境腐蚀数据没能得到有效利用，效益远远没有得到好的利用。 其原因既有思想方式、传统习惯方面的，也有技术方面的，因此，迫切需要发展功能强大、数据丰富、使用方便的材料环境腐蚀数据共享网，以实现材料环境腐蚀数据的有效利用。

一、材料自然环境腐蚀数据积累

材料自然环境腐蚀数据积累与规律性研究是跨地区、跨行业、多学科交叉的基础性工作。自上世纪五十年代末开始，我国的材料腐蚀科学家就开始了材料自然环境腐蚀数据的积累工作。我国地域辽阔，有7 种气候带，4个海域，40 多种土壤，自然环境类型多，对材料腐蚀性的差别很大。 到2005年为止，在以往100 多个行业性试验站的基础上，建成国家级大气腐蚀试验站13个；水环境腐蚀试验站7个；土壤腐蚀试验站8个试验站的分布如图1所示。 自1982年起，已投试材料353 种，合计9万3 千多个试件，经过4个周期的系统试验与长期观察与检测，积累材料环境腐蚀数据40 多万个（包括各种典型材料在大气、水、土壤中腐蚀或老化数据，相应的环境条件数据），如表1 所示。建立各种数据库20个，如表3 所示。 自1992年以后，通过对数据的评价与验收，已将数据和试验成果应用于国家建设，特别是三峡水利枢纽工程、秦山核电站二期工程、宝钢二期工程；武钢、宝钢等企业新材料的研究开发、传统材料性能改善与提高，以及电缆光缆标准的制订等，并总结了各类材料在不同自然环境中的耐蚀特性与腐蚀规律，可供合理选材和腐蚀行为预测提供依据，发展了学科建设。 2002、2003年投试178 种材料、各类试样14904 片（详见表2）。2006年投试178 种材料、各类试样近50000 片，是最大规模最规范的一次材料投试。

表1.全国大气、海水、土壤腐蚀网站投试材料

表2 科技部基础性工作专项2002、2003年投试试样

大量的材料环境腐蚀数据的积累，为实现网上数据共享提供了良好的基础；现有分布在全国的国家级材料试验站的建立和各类材料的不断投试，也能为网上数据共享源源不断地提供“新鲜血液”。这就是建立材料环境腐蚀数据共享服务网的最重要基础与条件。

表3 2006年投试试样统计表

二、数据共享服务网建立

现代计算机及网络技术的发展，为基于Internet的用户实现数据共享访问提供了技术保障，系统的具体设计包括如下几个部分：软、硬件基础、系统结构设计、数据库设计、材料环境腐蚀数据共享网建设。

2.1、软、硬件基础：服务器：Dell poweredge高性能服务器。 操作系统：Win2003 server(或Linux)。 数据库系统：Oracle server （或IBM DB2 等其它关系数据库）。 应用程序服务器：IBM Websphere application server(或BEA Weblogic Server)。 开发语言：JAVA 语言。

2.2、系统结构设计：网站采用B/S 结构设计。系统主要包括以下几个模块：（1）注册、登陆模块；（2）用户权限和角色管理模块；（3）用户留言模块；（4）要闻管理模块；（5）数据查询模块；（6）数据管理模块_实现数据的Web 远程管理；（7）数据转换模块_ 远程实现Excel 数据文件到Oracle 数据库的数据转换：根据数据结构，定义Excel 数据模版；（8）其它的后台管理模块。

2.3、数据库设计：数据库系统采用目前国际上最为流行的关系型对象数据库Oracle9i数据库管理系统,其最突出的优点是安全稳定,支持大型数据库。 Oracle9i 是业界第一个完整、简单的用于互联网的新一代智能化的、协作各种应用的软件基础平台,是最安全的互联网数据库管理平台。

材料自然环境腐蚀数据库具有一般腐蚀数据库的共性,即包括材料性能、环境因素、腐蚀情况和数据源。 其中:1、材料性能 包括材料名称、牌号、样品编号、热处理状态、外观、尺寸、重量、化学成分和力学性能等。2、环境因素 包括试验场地点、时间、温度、湿度、气象因素、腐蚀性介质和污染物等。 3、腐蚀状况 包括腐蚀类型、腐蚀面积、腐蚀程度、失重、腐蚀率、最大孔蚀深度和应力状态等。 4、数据源 包括各试验站数据报表、汇编、分析报告、腐蚀试验规程和标准、期刊文献等.根据材料环境腐蚀试验数据的现状和使用要求,考虑到整个网站体系试验材料种类、规格多、数量大；试验点多,影响因素复杂；试验周期长,而且仍在继续进行等特点，因此，数据库结构设计采用面向对象、关系型动态数据库，按数据类型，科学、合理地设置各种类型的字段，便于分类存放，统一管理，提高检索与查询速度。为满足用户的需求，数据库还将设置文摘库、学术报告库和资料库。例如，钢铁企业产品腐蚀数据库包括如下：耐蚀产品数据库、材料大气腐蚀数据库、材料海水腐蚀数据库、材料土壤腐蚀数据库、钢铁企业产品生产标准数据库、试验室加速试验数据库、自然环境腐蚀气象环境数据库、腐蚀形貌图片数据库、腐蚀评价标准和方法数据库、材料腐蚀案例数据库等。

三、系统组成实现与进展

材料环境腐蚀网络数据库系统由四大部分组成，它们分别是：数据库管理系统，数据库查询系统，数据分析系统和数据库共享平台（数据共享网见图2）。

3.1、数据库共享平台：材料环境腐蚀数据共享网是提供材料环境腐蚀数据及相关信息汇集与共享的物理平台。 它能为用户提供快速查询、检索及数据下载等服务。具有管理员身份的用户还能通过此平台对网络数据库系统进行管理，如进行数据添加、修改、删除等操作。

3.2、数据库查询系统：通过数据库查询系统，用户可以查询：①材料的化学成分、机械性能等数据；②材料在大气、海水、土壤等环境中的腐蚀数据；③气象及环境腐蚀数据。例如通过材料大气腐蚀数据库查询子系统，用户可以查询黑色金属、涂镀层材料等试样的化学成分、机械性能以及在二十八个国家级试验站点的腐蚀数据和各试验站点的气象环境数据。 查询方式可以是点查询、线查询与面查询。 通过几种查询条件的组合,用户可以简单、方便地根据所需的腐蚀数据确定查询的条件。

3.3、数据库管理系统：通过数据库管理系统，管理员用户可以对数据库进行添加、删除、保存修改以及撤销修改等操作，以及时更新数据库，从而保证数据库的完备性。

3.4、数据分析系统：运用回归分析方法、环境综合因子预测模型等手段对黑色金属大气腐蚀进行了预测；运用Java 语言中的图形显示类，作出直方图、曲线图、饼图等各种形式的图表，实现了对数据库表中数据分析的图表显示，比较直观的得出了数据变化的大致规律。用户借助数据库查询系统和数据库管理系统，通过查询，可以得到数据分析系统的分析结果，如各种模型的系数，根据数据生成的各种图表等。

3.5、系统实现：通过网络数据库管理、查询系统，能够实现对材料环境腐蚀网络数据库的管理和查询，达到材料环境腐蚀数据共享的目的。 从数据库数据的查询、管理、添加和安全性考虑，可以把使用材料环境腐蚀网络数据库共享系统的用户分为普通用户和管理员用户。普通用户可以从数据库中查询所需要的材料性能、材料腐蚀情况、试验站气象及环境因素等数据，但普通用户不能参与数据库中数据的管理，即不能添加、删除、修改数据。 管理员用户则是特殊的具有较高权限的用户群，他们有权对数据库中现有的数据进行维护，能进行查询、修改，删除等操作，也能够为数据库录入添加新数据，这样就可以方便地对全国各地试验站的数据进行收录了。普通用户和管理员用户在进入钢铁企业产品环境腐蚀网络数据库共享系统前，都必须登陆、验证身份，登陆成功，才能进入。 查询示例见图3：

选择材料大气腐蚀，进入如下页面图4：

在该页面可以对根据材料的牌号、卷号和试验地点进行混合查询。并在权限允许的条件下进行查询数据的Excel 文件下载。 还可以对数据进行简单分析，选择地点、试验时间、材料和图形类型后，即可进行对比分析，如上图5：

在以上工作的基础上，我们可以将某企业的所有数据输入到系统中，并入该企业的网络中，就达到了产品腐蚀数据的规范化和标准化管理，并可以实现数据的有条件共享。

3.6、共享网进展：“国家材料环境腐蚀 （老化）科学数据共享服务网”加入了“国家科技基础条件平台门户”中，持续为门户网站提供核心元数据，为其重要组成部分。 持续提供3个重点栏目建设、1567个核心元数据等内容。 包含30 大类159 种材料及制品，最长达40年的暴露试验数据，腐蚀数据计100万余个,环境数据400 余万个、1万多张腐蚀形貌图片。另外，试验站基本信息数据库、环境数据库、材料数据库、腐蚀数据数据库、图谱数据库和失效案例库。数据共享服务网站运行一年浏览量达到988740 次；资源信息库建设总量为26GB；数据流量达到95GB；服务机时量达到32670 多小时，共享网见图6

建立的覆盖我国典型大气环境类型的28个试验站的标准化、规范化、信息化的腐蚀试验体系。体量大，设备先进，这种高水平试验研究平台建设为科学规律探索和数据积累提供了基础，也完全硬件设备资源的共享；建立的我国最为完善的材料腐蚀数据库，也完全实现了网上共享。 数据库网络的完全共享直接应用于科学规律探索和系列化国家标准制修订。

目前，共享网在航空、核电、国防、交通、建筑、石油、化工等领域得到广泛应用，用户群包括国家重点工程建设单位，例如，中国长江三峡工程开发总公司，长江水利委员会勘探规划设计研究院，中铁大桥勘探设计院等；冶金钢铁企业：宝山钢铁股份有限公司，武汉钢铁（集团）公司，鞍山钢铁股份有限公司……等；石油化工企业：大庆油田工程有限公司、大港油田工程有限公司、海洋石油工程公司设计公司等；电力企业：滨州供电公司、山东电力研究院……等；航空企业：中航一集团成都飞机工业（集团）公司、西安飞机工业（集团）有限责任公司……等；中小企业：北京航材百慕新材料技术工程公司、上海国际油漆有限公司……等；科研院所：钢铁研究总院、苏州热工研究院……等；大专院校：清华大学、复旦大学、北京航空航天大学等；以及大量的国防军工企业单位。

五、结论

采用JAVA 语言和Oracle 数据库技术，在材料环境腐蚀站网长期积累的材料环境（大气，水环境和土壤）腐蚀数据以及企业积累的产品环境腐蚀数据的基础上，建立了“国家材料环境腐蚀（老化）数据共享网”和腐蚀数据管理和应用的网络数据库系统，该系统实现了材料环境腐蚀数据的规范化和标准化管理，并实现了数据的完全共享。 该系统不仅建成了目前我国最规范的数据量大的材料腐蚀数据共享服务网，同时也为用户的产品环境腐蚀数据的标准化与规范化管理、有效的数据资源共享、新产品开发和产品的售后服务、项目招投标甚至材料的安全评估和寿命估算等工作，都提供了坚实的基础和数据服务平台。