材料腐蝕數(shù)據(jù)庫的研究現(xiàn)狀及前景展望
腐蝕具有普遍性、隱蔽性、漸進性和不可控性等特征,在造成材料失效的同時還可能引發(fā)猝不及防的災難性事故,嚴重影響人民群眾的生命財產(chǎn)安全。充分利用已有腐蝕數(shù)據(jù)分析材料腐蝕的影響因素、預測材料在不同環(huán)境及服役時間下的腐蝕發(fā)展規(guī)律,為工程設備部件的結構設計提供合理防腐蝕建議,從而降低設備后續(xù)的防腐蝕投入是目前防腐蝕研究的重點。計算機和數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展為腐蝕數(shù)據(jù)的管理利用提供了高效快捷的操作途徑,國內(nèi)外相繼建立了一些腐蝕數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了腐蝕數(shù)據(jù)的智能存儲和展示查詢,部分數(shù)據(jù)庫兼具腐蝕預測和腐蝕案例分析等功能,但是眾多的腐蝕數(shù)據(jù)庫在應用中存在著例如數(shù)據(jù)結構不一致導致共享性差、數(shù)據(jù)服務功能單一等缺點。大數(shù)據(jù)技術、云存儲和數(shù)據(jù)挖掘技術的興起為腐蝕數(shù)據(jù)庫的架構優(yōu)化和功能提升提供了新的思路,也為未來腐蝕數(shù)據(jù)庫在新產(chǎn)品研發(fā)的材料選型、在役設備的精準防腐蝕和工程構件的壽命預測等的發(fā)展提供了技術保障。
一、腐蝕數(shù)據(jù)庫的起源
材料腐蝕行為是材料在其服役環(huán)境中發(fā)生的,所以腐蝕數(shù)據(jù)和環(huán)境性質是緊密關聯(lián)的,由于大多數(shù)工程設備部件直接暴露在大氣中,因此大氣環(huán)境造成的腐蝕損害占比很大。腐蝕數(shù)據(jù)積累的一般方法是在典型大氣環(huán)境中建立暴露腐蝕試驗站,制備多種材料試樣進行長期掛件試驗,定期回收試樣稱量并計算相關腐蝕數(shù)據(jù)。國外腐蝕數(shù)據(jù)的戶外積累開始于20世紀初,美國材料試驗學會于1906年建立了材料大氣腐蝕試驗網(wǎng),并開始了大規(guī)模的材料自然環(huán)境暴露試驗;1946年,前蘇聯(lián)組建了首批8個大氣暴露試驗站;20世紀50年代,日本在各工業(yè)部門先后設立了20多個大氣腐蝕試驗站;根據(jù)英國中央電力局關于大氣環(huán)境因素對供電系統(tǒng)鋼結構設施腐蝕的調查,英國有關部門于1965年12月至1966年6月組織了以鋅金屬罐制品為試驗樣品的大氣曝露腐蝕試驗,并對3182個測量點進行了觀測記錄,獲得了英國大氣腐蝕性地圖;1988-1994年包括南北美洲和歐洲在內(nèi)的14個國家參與的伊比利亞-美洲大氣腐蝕圖(MICAT)工程,建立了75個大氣腐蝕網(wǎng)絡試驗站,深入研究低碳鋼、鋅、銅和鋁等四種材料的大氣腐蝕機理,并繪制伊比利亞-美洲地區(qū)大氣腐蝕性圖。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前世界上已有數(shù)十個國家在熱帶、寒帶、沙漠等不同環(huán)境條件下建立了400多個大氣腐蝕試驗站。
我國材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的積累工作開始于1950年左右,原機械工業(yè)部在海南、新疆、云南等地建立了典型環(huán)境試驗站,此后國家材料環(huán)境腐蝕試驗站牽頭遴選、整合建成了30余個國家級野外試驗站(其中包含16個大氣環(huán)境腐蝕試驗站、7個水環(huán)境腐蝕試驗站和9個土壤環(huán)境腐蝕試驗站)和分布式腐蝕大數(shù)據(jù)觀測試驗站,長期開展典型環(huán)境中材料腐蝕試驗與數(shù)據(jù)積累工作;1979-1982年,武漢材料保護研究所將7萬多個金屬試樣(包括22種碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、28種有色金屬)投放在試驗站進行長期研究,獲得眾多實際環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù);國內(nèi)研制了一些智能大氣腐蝕檢測儀,實地監(jiān)測大氣腐蝕數(shù)據(jù),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動態(tài)獲取、自動存儲和實時分析。
我國材料大氣腐蝕數(shù)據(jù)積累工作有兩大優(yōu)勢:一是國家統(tǒng)一規(guī)劃部署,相關研究單位聯(lián)合支持共建;二是我國幅員遼闊,氣候類型復雜多樣,可以獲取多種自然環(huán)境中的材料腐蝕數(shù)據(jù)。
二、國內(nèi)外腐蝕數(shù)據(jù)庫的發(fā)展現(xiàn)狀
由于種類繁多的材料類型和失效形式、漫長復雜的腐蝕過程、緊密關聯(lián)的不可控環(huán)境因素,材料腐蝕數(shù)據(jù)繁雜無章,如何對腐蝕數(shù)據(jù)進行高效管理利用是數(shù)據(jù)收集的價值所在。以計算機和數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展普及為界限,數(shù)據(jù)管理分為手冊管理和數(shù)據(jù)庫管理兩個階段。腐蝕本質上就是材料的腐蝕,因此腐蝕數(shù)據(jù)庫的開發(fā)利用跟材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展密不可分,有些綜合性材料數(shù)據(jù)庫包含了腐蝕性能子庫。
三、國外腐蝕數(shù)據(jù)庫發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀70年代中期,美國、日本、西歐等工業(yè)發(fā)達國家率先展開材料數(shù)據(jù)庫的研發(fā)工作,隨著美國1987年在費城召開第一屆國際材料數(shù)據(jù)庫會議,各國展開了國家或國際范圍的數(shù)據(jù)庫聯(lián)合開發(fā)項目。美國于1996年創(chuàng)建的MatWeb綜合材料數(shù)據(jù)庫,包含ABS樹脂聚合物性能數(shù)據(jù)、縮醛樹脂工程性能數(shù)據(jù)、鋁合金、復合材料、銅合金等11大類材料的性能信息,共98000條數(shù)據(jù)記錄,另外,美國國家標準與技術局(NIST)還建有WebSCD、WebHTS、MPD數(shù)據(jù)庫,提供在線數(shù)據(jù)檢索以及數(shù)據(jù)評估功能。德國化學工程及生物技術協(xié)會開發(fā)的DECHEMA數(shù)據(jù)庫是世界上數(shù)據(jù)量最大、應用最廣泛和最權威的化工材料數(shù)據(jù)庫,能夠為腐蝕領域各行業(yè)部門提供專業(yè)的材料腐蝕數(shù)據(jù)。歐洲聚變材料性能在線數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源為歐洲核聚變計劃,包含原始試驗數(shù)據(jù)、專家組鑒定數(shù)據(jù)、加工材料特性數(shù)據(jù)以及相關電子報告等。系統(tǒng)架構使用J2EE技術和PostgreSQL關系數(shù)據(jù)庫,具有數(shù)據(jù)下載、瀏覽、檢索以及提交等多種功能。日本國立材料科學研究院整合建立的NIMS在線材料數(shù)據(jù)庫,涵蓋聚合物、金屬材料、無機非金屬材料、復合材料以及擴散等內(nèi)容,包括8個材料基本性能數(shù)據(jù)庫、5個在線結構材料數(shù)據(jù)表、4個數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)及3個工程應用數(shù)據(jù)庫,提供新材料研發(fā)、材料性能預測與評估、對比選材等基礎數(shù)據(jù)。印度甘地原子研究中心(IGCAR)整合了印度研究院所和高校的材料科學數(shù)據(jù),構建在線材料數(shù)據(jù)庫IMDB,提供關于材料力學性能、腐蝕性能、無損評估、熱、光性能等數(shù)據(jù)服務。
四、國內(nèi)腐蝕數(shù)據(jù)庫發(fā)展現(xiàn)狀
我國于1986年10月在北京召開了第一次全國材料數(shù)據(jù)庫會議,并在國際數(shù)據(jù)委員會(CODATA)中國全國委員會的領導下成立了材料數(shù)據(jù)組,開始研發(fā)一系列不同類別的材料數(shù)據(jù)庫。與此同時,國內(nèi)腐蝕領域的專家學者們開始了腐蝕數(shù)據(jù)庫的建設工作。歷經(jīng)30余年的發(fā)展,我國先后建立起了20多個腐蝕數(shù)據(jù)庫,包含9個主體腐蝕數(shù)據(jù)及其他子數(shù)據(jù)庫。部分高校也聯(lián)合企業(yè)開展了腐蝕數(shù)據(jù)庫的針對性研究,例如大連海事大學的船舶腐蝕防護數(shù)據(jù)庫,湖北工業(yè)大學的飛機在大氣環(huán)境中的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)。目前,國內(nèi)已建成的典型數(shù)據(jù)庫有:北京科技大學的材料環(huán)境腐蝕網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中國海洋大學的海水腐蝕查詢數(shù)據(jù)庫、天津大學的金屬材料海洋環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)咨詢管理和預測診斷系統(tǒng)、北京化工大學的網(wǎng)絡版材料腐蝕數(shù)據(jù)庫。各數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除了均具有腐蝕數(shù)據(jù)庫的一般共性,即包括材料性能、環(huán)境數(shù)據(jù)、腐蝕情況和數(shù)據(jù)源等基礎數(shù)據(jù),又兼具各自的特點。
北京科技大學的材料環(huán)境腐蝕網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前國內(nèi)數(shù)據(jù)存量最大、材料品種最全、門戶網(wǎng)站開放性最高的系統(tǒng),該系統(tǒng)整合了國家級材料環(huán)境腐蝕防護平臺30余個野外試驗站積累的腐蝕數(shù)據(jù),涵蓋了黑色金屬、有色金屬、建筑材料、涂鍍層材料及高分子材料等5大類600余種材料長達35年的野外試驗數(shù)據(jù)和連續(xù)觀測數(shù)據(jù),建成了包括試驗站基本信息、環(huán)境數(shù)據(jù)測試、材料檢測、材料腐蝕數(shù)據(jù)測試、腐蝕圖譜等5大類43種類型數(shù)據(jù)表的自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)庫和13個專題腐蝕數(shù)據(jù)庫,開發(fā)了門戶網(wǎng)站“中國腐蝕與防護網(wǎng)”。
中國海洋大學的海水腐蝕查詢數(shù)據(jù)庫以海洋環(huán)境中3C,A3,16Mn,10MnPNbRe,10CrMoAl,D36六種海洋工程常用鋼的10200組數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源,提出了一種結合使用自組織特征映射(SOM)網(wǎng)絡和徑向基函數(shù)(RBF)的組合人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型預測海水腐蝕速率的方法。
天津大學的金屬材料海洋環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)咨詢管理和預測診斷系統(tǒng)的源數(shù)據(jù)為青島、廈門、榆林和舟山實海暴露的19種金屬材料,該系統(tǒng)的突出功能是腐蝕預測和腐蝕形貌圖像診斷。腐蝕預測功能通過神經(jīng)網(wǎng)絡預測和綜合預測模塊預測材料在其他海域的腐蝕情況,腐蝕形貌圖像診斷是對腐蝕圖像采用濾波和模糊增強的方法進行預處理后結合模糊模式識別理論判斷金屬材料的腐蝕形態(tài)。北京化工大學的網(wǎng)絡版材料腐蝕數(shù)據(jù)庫貯存近100種常用非金屬材料、金屬材料在1000種腐蝕介質中近十萬條的腐蝕基礎數(shù)據(jù),是對原有多個單機版材料腐蝕數(shù)據(jù)庫的整合和升級改造,提供了比較完備的數(shù)據(jù)查詢和選材決策等功能。
經(jīng)過多年的運作,各研究單位建成的腐蝕數(shù)據(jù)庫也正在逐步完善和智能化,當前國內(nèi)外較完備的材料數(shù)據(jù)庫采用在線管理,并為外部機構提供有償服務。商業(yè)化運作模式間接推動了數(shù)據(jù)庫的全面快速發(fā)展和數(shù)據(jù)的有效應用,為國家和企業(yè)工程建設選材及腐蝕評估、材料腐蝕的科學研究等提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。
五、國內(nèi)腐蝕數(shù)據(jù)庫的階段特征
伴隨著計算機軟硬件和數(shù)據(jù)庫技術的革新發(fā)展,國內(nèi)腐蝕數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在創(chuàng)建30多年以來無論在技術架構上還是業(yè)務功能方面都取得了明顯的改進。
從建立至今,腐蝕數(shù)據(jù)庫的發(fā)展可以大致分為以下三個階段:
1、單機版腐蝕數(shù)據(jù)庫
20世紀90年代左右最初建立的一批腐蝕數(shù)據(jù)庫基本上都是單機版數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為當時主流的dBase和Foxbase,系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)查詢檢索、數(shù)據(jù)庫維護管理、數(shù)據(jù)打印和數(shù)據(jù)庫字典等數(shù)據(jù)庫的基本功能,涵蓋數(shù)據(jù)包括自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)和腐蝕相關文獻資料等信息,數(shù)據(jù)單位牌號等標準規(guī)范,庫結構設計合理實用。典型代表有北京科技大學屈祖玉等開發(fā)的材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)庫、中國科學院金屬腐蝕與防護研究所李洪錫等開發(fā)的大氣腐蝕數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和北京有色金屬研究總院林樂耘等開發(fā)的有色金屬海水腐蝕數(shù)據(jù)庫等。
2、網(wǎng)絡版腐蝕數(shù)據(jù)庫
2000年以后,各研究機構陸續(xù)對原有單機版材料腐蝕數(shù)據(jù)庫進行技術改造,開啟基于網(wǎng)絡的B/S架構數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)開發(fā)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般選用SQL Server或者Oracle等,動態(tài)網(wǎng)頁技術通常采用JSP或者ASP,網(wǎng)絡版數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的共享,擴大了腐蝕數(shù)據(jù)的推廣范圍,數(shù)據(jù)庫功能在增刪改查等基礎功能上增加了腐蝕預測和腐蝕特征識別等。例如蕭以德等開發(fā)的網(wǎng)絡版材料腐蝕防護查詢系統(tǒng)和董超芳等在屈祖玉單機版腐蝕數(shù)據(jù)庫基礎上改進的有色金屬大氣腐蝕網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫及共享系統(tǒng)等。
3、智能化腐蝕數(shù)據(jù)庫
2011年6月年美國提出“材料基因組計劃”(MGI),發(fā)展“理性設計-高效實驗-大數(shù)據(jù)技術”深度融合、協(xié)同創(chuàng)新的新型材料研發(fā)模式,提高數(shù)據(jù)庫的智能共享設計,為腐蝕數(shù)據(jù)庫的功能拓展提供了新的思路。大數(shù)據(jù)技術的興起和流行使得數(shù)據(jù)存儲開始采用面向列的非關系型分布式存儲系統(tǒng)HBase,數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)普遍采用分布式計算架構Hadoop,鑒于該架構的遲滯性缺陷,實時數(shù)據(jù)高效分析處理功能往往借助Spark Streaming框架和Storm框架來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘技術、大數(shù)據(jù)技術提供的多因素、多場景、多緯度的數(shù)據(jù)分析模型和工具,極大地提高了腐蝕數(shù)據(jù)挖掘深度和數(shù)據(jù)利用價值,促進了腐蝕數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)預測和材料選型決策方面的研究。例如青島科技大學袁森等開發(fā)的海洋工程腐蝕大數(shù)據(jù)預測可視化平臺、中國石油大學孫浩等開發(fā)的基于大數(shù)據(jù)的油氣管道腐蝕診斷與預測和北京科技大學支元杰等開發(fā)的在大氣環(huán)境中金屬材料腐蝕的數(shù)據(jù)驅動預測模型。
六、材料腐蝕數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢
目前已建成的腐蝕數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由SQL查詢數(shù)據(jù)庫、Web客戶端數(shù)據(jù)瀏覽和數(shù)據(jù)挖掘與分析三部分組成,大多數(shù)腐蝕數(shù)據(jù)庫是為科學研究提供基礎數(shù)據(jù)查詢的關系型數(shù)據(jù)庫。腐蝕數(shù)據(jù)庫在與多媒體和人工智能技術的融合建設方面取得了一定的進展,數(shù)據(jù)庫技術、大數(shù)據(jù)技術和數(shù)據(jù)挖掘技術的發(fā)展為未來材料腐蝕數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)管理和功能建設上提供了新的思路和發(fā)展方向。通過分布式數(shù)據(jù)庫技術進行腐蝕數(shù)據(jù)的管理。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)利用高速計算機網(wǎng)絡將分散存儲在多個計算機設備上的數(shù)據(jù)組成邏輯上統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,解決了高可擴展性、高并發(fā)性、海量非結構化數(shù)據(jù)存儲等難題,其鍵值存儲方式使得數(shù)據(jù)的訪問更加靈活高效,而網(wǎng)絡式分布存儲又提高了數(shù)據(jù)安全的防御性能。材料腐蝕數(shù)據(jù)繁雜無章且數(shù)據(jù)龐大,大量的非結構化數(shù)據(jù)給傳統(tǒng)的集中式存儲管理帶來了極大困擾,而分布式存儲技術正好解決了這一難題。建立數(shù)據(jù)倉庫,結合人工智能提高數(shù)據(jù)庫決策服務能力。材料腐蝕數(shù)據(jù)一般具有來源途徑廣、累積時間長、數(shù)據(jù)量大且形式多樣和固定疊加增長等特點。數(shù)據(jù)倉庫特有的資料存儲架構,面向主題支持決策分析的優(yōu)勢,結合聯(lián)機分析處理技術和數(shù)據(jù)挖掘技術,可以極大地提高腐蝕數(shù)據(jù)的預處理存儲和信息挖掘功能。人工智能的邏輯判斷推理能力與數(shù)據(jù)倉庫高效的數(shù)據(jù)處理能力優(yōu)勢互補,融合材料基因工程的理念,通過材料高效計算、高通量試驗、大數(shù)據(jù)等共性關鍵技術及裝備,構建“計算、實驗、數(shù)據(jù)庫”三大基礎創(chuàng)新平臺,為新材料的研發(fā)和工程化應用提供決策性建議。
七、夢能服務與支持
1、免費樣品
如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用,請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506
油漆樣品適用范圍:
用于新建項目:驗證油漆配套的可行性、檢驗附著力、效果圖與實際顏色的色差。
用于維修項目:驗證與舊涂層的兼容性。
用于日常修補:提供少量樣品用于修補破損處。
申請用量:在1KG以內(nèi)免費送貨上門。
2、免費打樣
如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實際應用、外觀、性能測試,請與我們客服人員聯(lián)系,將樣板寄往夢能科技營銷部,由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。
3、服務團隊
夢能對技術服務團隊始終進行一系列的標準化管理,從專業(yè)培訓到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術服務人員進行定期的技術培訓和能力審計,以使每一位技術服務人員保持高水準的專業(yè)素質,每一位技術服務人員都配備先進的涂裝檢驗儀器,儀器設備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗,以保證每套儀器設備工作狀況良好。
4、購買通道
零售:購買50kg以內(nèi),線上購買,抖店直接下單購買。
工廠業(yè)務:長期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調試、質量檢測、開具13%專用發(fā)票
貿(mào)易、代理:提供代工業(yè)務支持,項目保護。
業(yè)主、總包、設計院:提供防腐方案設計、性能檢測、施工方案、現(xiàn)場技術指導。
涂裝施工:提供解決方案、現(xiàn)場技術指導。