當(dāng)今人類社會(huì)已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時(shí)代，巨量與材料腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)已經(jīng)快速產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)如何處理？如何儲(chǔ)存？如何挖掘以發(fā)揮最大功能？如何建立共享平臺(tái)，并利用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)腐蝕過程的模擬、計(jì)算與建模仿真？解決之道就是將材料腐蝕學(xué)與日新月異、快速發(fā)展的信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉融合，在材料腐蝕理論研究和技術(shù)開發(fā)中，引入信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新研究成果，這就是材料腐蝕信息學(xué)。

    文/李曉剛

    當(dāng)今人類社會(huì)已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時(shí)代，巨量與材料腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)已經(jīng)快速產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)如何處理？如何儲(chǔ)存？如何挖掘以發(fā)揮最大功能？如何建立共享平臺(tái)，并利用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)腐蝕過程的模擬、計(jì)算與建模仿真？解決之道就是將材料腐蝕學(xué)與日新月異、快速發(fā)展的信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉融合，在材料腐蝕理論研究和技術(shù)開發(fā)中，引入信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新研究成果，這就是材料腐蝕信息學(xué)。

    文/李曉剛

    腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)作用而破壞的現(xiàn)象。產(chǎn)業(yè)與社會(huì)發(fā)展需求構(gòu)成了腐蝕學(xué)科持續(xù)繁榮的強(qiáng)大動(dòng)力；物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的進(jìn)步構(gòu)成了腐蝕研究深入發(fā)展的科學(xué)支撐。腐蝕學(xué)科的一代宗師肖紀(jì)美、曹楚南院士同時(shí)指出：腐蝕學(xué)是研究腐蝕的學(xué)科，由微觀腐蝕學(xué)和宏觀腐蝕學(xué)構(gòu)成。微觀腐蝕學(xué)著眼于腐蝕現(xiàn)象的微觀分析，建立腐蝕理論，在它的指導(dǎo)下， 開發(fā)防蝕技術(shù)，即材料的腐蝕與防護(hù)；宏觀腐蝕學(xué)著眼于從總體上分析腐蝕問題， 即將腐蝕現(xiàn)象的整體作為研究對(duì)象-系統(tǒng)， 考察它與社會(huì)環(huán)境之間的交互作用以及腐蝕學(xué)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

    腐蝕學(xué)科是一門應(yīng)用科學(xué)，其目的主要在于：一是澄清不同材料/環(huán)境體系下的腐蝕規(guī)律與機(jī)理，服務(wù)于選材與材料開發(fā)、結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)、優(yōu)化、失效分析、可靠性評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)；二是發(fā)展防護(hù)技術(shù)，有效控制材料腐蝕的過程；三是發(fā)展腐蝕監(jiān)檢測(cè)理論與技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)服役狀況的評(píng)價(jià)。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的經(jīng)驗(yàn)積累，尤其是西方工業(yè)革命的催生，腐蝕學(xué)科的基礎(chǔ)理論框架終于在上個(gè)世紀(jì)前半葉確立了。1929年Evans建立的腐蝕金屬極化圖，1933年Wagner建立的氧化擴(kuò)散理論和1938年P(guān)ourbaix建立的電位-pH圖為學(xué)科的三塊重要基石。此后，針對(duì)多元與多層次的具體問題，以輻射方式多方向發(fā)展，尤其是對(duì)腐蝕電化學(xué)和局部腐蝕的認(rèn)識(shí)最為重要。由于材料與環(huán)境因素的復(fù)雜性，腐蝕研究與各基礎(chǔ)學(xué)科相比，較多地體現(xiàn)出經(jīng)驗(yàn)性特點(diǎn)，以闡明腐蝕規(guī)律和控制方法有效性為主要特征。

    腐蝕學(xué)科是一門融合多種學(xué)科的綜合交叉學(xué)科，其理論研究與材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、表面科學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科密切相關(guān)；其研究手段包括各種現(xiàn)代電化學(xué)測(cè)試分析設(shè)備、先進(jìn)的材料微觀分析設(shè)備、現(xiàn)代物理學(xué)的物相表征技術(shù)和先進(jìn)的環(huán)境因素測(cè)量裝備；其防護(hù)技術(shù)應(yīng)用范圍涉及各種工業(yè)領(lǐng)域的介質(zhì)環(huán)境，大氣、土壤、水環(huán)境甚至太空環(huán)境等自然環(huán)境。近年來，腐蝕研究的主要趨勢(shì)是：一是在材料上趨于多元化。由傳統(tǒng)材料為主向傳統(tǒng)與功能材料并重方向發(fā)展。二是在環(huán)境上，逐漸向特殊、苛刻條件發(fā)展，并考慮光、聲、力、熱、電磁及生物物質(zhì)影響。三是現(xiàn)代物理理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)上的微觀與深度方向的發(fā)展。四是新的表征與腐蝕控制技術(shù)。

    腐蝕學(xué)科又是一門工程應(yīng)用學(xué)科。環(huán)境保護(hù)、新能源、資源節(jié)約、生物技術(shù)、電子信息技術(shù)、空間技術(shù)、國(guó)防技術(shù)的發(fā)展是腐蝕工作者日益關(guān)注的新領(lǐng)域，構(gòu)成了廣大的新生長(zhǎng)點(diǎn)。不僅一系列標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的材料腐蝕與防護(hù)技術(shù)的觀測(cè)、分析、表征、測(cè)試與評(píng)價(jià)研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)建立，而且大批相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范方法與技術(shù)正在發(fā)展過程中。

    必須指出的是，材料腐蝕學(xué)還是一門依賴于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的學(xué)科，無論是材料腐蝕基礎(chǔ)理論和機(jī)理研究，還是發(fā)展防護(hù)技術(shù)和建立實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法，建立測(cè)試與工程標(biāo)準(zhǔn)，都必須不斷積累材料在各種環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)才是構(gòu)成腐蝕學(xué)科所有理論、技術(shù)、方法和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。材料腐蝕數(shù)據(jù)積累必須采用標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化的方法采集獲得，只有這樣，這些數(shù)據(jù)才具有科學(xué)性與實(shí)用性。從宏觀腐蝕學(xué)的角度看，腐蝕其實(shí)是人類社會(huì)中的一切構(gòu)筑物的毀滅過程，須將腐蝕現(xiàn)象作為系統(tǒng)整體研究，考察它與社會(huì)環(huán)境之間的交互作用以及腐蝕學(xué)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，即當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)和正在產(chǎn)生與腐蝕相關(guān)的巨量數(shù)據(jù)，且將持續(xù)快速產(chǎn)生下去，這些數(shù)據(jù)如何處理？如何儲(chǔ)存？如何挖掘以發(fā)揮最大功能？

    這些問題已經(jīng)清晰地?cái)[在我們面前， 卻又是以往材料腐蝕學(xué)研究?jī)?nèi)容中無法解決的問題，而我們又不能對(duì)其視而不見。

    解決以上問題的必由之路就是建立材料腐蝕信息學(xué)。材料腐蝕信息學(xué)是材料腐蝕學(xué)與日新月異、快速發(fā)展的信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉融合的結(jié)果。在材料腐蝕理論研究和技術(shù)開發(fā)中，引入信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新研究成果，實(shí)現(xiàn)材料腐蝕學(xué)的快速發(fā)展。因此，材料腐蝕信息學(xué)的主要內(nèi)容包括材料腐蝕信息加工、材料腐蝕信息管理和材料腐蝕信息傳播與共享。

    材料腐蝕信息學(xué)的內(nèi)涵是：當(dāng)今人類社會(huì)已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時(shí)代，巨量與材料腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)已經(jīng)快速產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)如何處理？如何儲(chǔ)存？如何挖掘以發(fā)揮最大功能？如何建立共享平臺(tái)，并利用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)腐蝕過程的模擬、計(jì)算與建模仿真？ 解決之道就是將材料腐蝕學(xué)與日新月異、快速發(fā)展的信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉融合，在材料腐蝕理論研究和技術(shù)開發(fā)中， 引入信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新研究成果，這就是材料腐蝕信息學(xué)。

    材料腐蝕信息學(xué)是研究材料腐蝕信息管理、材料腐蝕信息加工與挖掘、信息安全、信息傳播與共享的一門新的材料學(xué)科分支。

    大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料腐蝕科學(xué)的交叉滲透是材料腐蝕信息學(xué)的最大特征，建立材料腐蝕信息學(xué)的目的在于實(shí)現(xiàn)腐蝕數(shù)據(jù)徹底共享與工程應(yīng)用，因此，其框架為各類海量的材料腐蝕信息標(biāo)準(zhǔn)化的管理、深度的加工與挖掘、充分的安全與完全的傳播共享。建立材料腐蝕信息學(xué)的意義在于：1、通過對(duì)各類海量的材料腐蝕信息標(biāo)準(zhǔn)化的管理與深度的加工與挖掘， 可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)材料的腐蝕機(jī)理與規(guī)律； 2、通過對(duì)各類海量的材料腐蝕信息標(biāo)準(zhǔn)化的管理與完全的傳播共享，可以進(jìn)一步發(fā)展材料腐蝕防護(hù)技術(shù)；3、腐蝕過程的模擬與仿真，即用虛擬的過程與真實(shí)的數(shù)據(jù)反映真實(shí)的材料腐蝕過程將是材料腐蝕的又一強(qiáng)有力地研究手段，可能使材料腐蝕研究擺脫目前僅僅依賴實(shí)驗(yàn)手段的狀況；4、建立材料從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服役到報(bào)廢全壽命的大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)原則，大幅度提高材料服役性能和延長(zhǎng)壽命。

    材料腐蝕信息學(xué)的建立對(duì)發(fā)展材料基因組工程的成功至關(guān)重要。材料基因組工程包括將術(shù)語、數(shù)據(jù)歸檔格式和指南報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化，其主要內(nèi)容為以下三個(gè)方面： 在材料計(jì)算方面，建立準(zhǔn)確的材料性能預(yù)測(cè)模型，并依據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正模型預(yù)測(cè)；建立開放的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所有源代碼共享；開發(fā)的軟件界面友好，以便進(jìn)一步拓展到更多的用戶團(tuán)體。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面， 為彌補(bǔ)理論計(jì)算模型的不足和構(gòu)架不同尺度計(jì)算間的聯(lián)系，開展針對(duì)性實(shí)驗(yàn)；補(bǔ)充非?；A(chǔ)的材料物理、化學(xué)和材料學(xué)的數(shù)據(jù)，涉及材料的電子、力學(xué)、光學(xué)等性能數(shù)據(jù)，構(gòu)建材料性能相關(guān)的成分、組織和工藝間內(nèi)在聯(lián)系，并建立龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)； 利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正計(jì)算模型，加速新材料的篩選及高效確定。在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面： 構(gòu)建不同材料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及它們的共享系統(tǒng)；拓展云計(jì)算技術(shù)在材料研發(fā)中的作用，包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享；通過數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，聯(lián)系科學(xué)家與工程師共同高效開發(fā)新材料。因此，材料腐蝕信息學(xué)可以看作是材料腐蝕基因工程的基礎(chǔ)。

    材料腐蝕信息學(xué)的框架結(jié)構(gòu)主要包括四部分。第一部分是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)部分， 即材料腐蝕基本數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，非數(shù)據(jù)化的庫(kù)結(jié)構(gòu)正在成為主流。第二部分是腐蝕數(shù)據(jù)挖掘與建模部分，主要涉及到海量腐蝕數(shù)據(jù)的加工、分析與挖掘，通過以上的分析解決規(guī)律研究、機(jī)理分析和預(yù)測(cè)等關(guān)鍵問題，這是材料腐蝕信息學(xué)最關(guān)鍵的部分，主要手段是利用不斷發(fā)展的新型數(shù)學(xué)分析與計(jì)算工具來實(shí)現(xiàn)以上工作， 例如有限元分析技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)元分析技術(shù)、灰色系統(tǒng)理論、支持向量機(jī)SVM等。第三部分是腐蝕過程的模擬與仿真，雖然有關(guān)材料腐蝕過程的模擬與仿真只有十多年的發(fā)展歷史，但是表現(xiàn)出超強(qiáng)的生命力和活力，在不遠(yuǎn)的將來，一定可以部分取代，甚至完全取代耗時(shí)、污染、繁雜和花費(fèi)大的現(xiàn)場(chǎng)腐蝕試驗(yàn)，用虛擬的過程真實(shí)的數(shù)據(jù)反映真實(shí)的材料腐蝕過程是材料腐蝕信息學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容之一。這種基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的模擬仿真也是材料腐蝕基因組工程的主要內(nèi)容之一。第四部分是腐蝕數(shù)據(jù)共享及其平臺(tái)工程應(yīng)用案例部分，這是建立材料腐蝕信息學(xué)的終極目的。

    材料腐蝕信息學(xué)及其基因組工程正是數(shù)據(jù)庫(kù)理論與技術(shù)、各種新型的數(shù)學(xué)分析工具、材料腐蝕數(shù)據(jù)積累、腐蝕規(guī)律與機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究與理論建模、模擬與仿真學(xué)科的最新發(fā)展成果、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等理論與技術(shù)交叉融合的結(jié)果，也是大數(shù)據(jù)時(shí)代，材料腐蝕學(xué)科發(fā)展的必然趨勢(shì)與結(jié)果。