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MatAi2018發(fā)布——基于材料基因組工程的材料智能平臺(tái)

2018-08-10 13:57:31 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：材料科學(xué)與工程分享至：

材料數(shù)字研發(fā)平臺(tái)

美國(guó)在2008年提出“集成計(jì)算材料工程”（ICME），2011年6月發(fā)布的“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”，其核心部分之一為 “材料基因組計(jì)劃”（MGI），這些計(jì)劃包含了利用材料計(jì)算平臺(tái)、材料實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和材料數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)三大工具相結(jié)合，從跨層次多尺度集成計(jì)算、高通量實(shí)驗(yàn)及測(cè)試表征、材料大數(shù)據(jù)集成與分析三個(gè)方面加快材料設(shè)計(jì)研發(fā)進(jìn)程，達(dá)到新材料從設(shè)計(jì)到新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用全鏈條的進(jìn)程至少加快1倍，成本至少降低一半的目標(biāo)。

在科學(xué)第四范式：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，以大量數(shù)據(jù)為前提，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，更快、更準(zhǔn)、更省地建立起成分-結(jié)構(gòu)-工藝-性能間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，標(biāo)志著材料研發(fā)從“試錯(cuò)法”向“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的材料信息學(xué)模式轉(zhuǎn)變。在數(shù)據(jù)密集型科學(xué)扮演著越來(lái)越重要的角色大數(shù)據(jù)時(shí)代，您需要一個(gè)系統(tǒng)可以高效靈活的管理您的材料數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)及其相關(guān)服務(wù)非常靈活的配置到各個(gè)業(yè)務(wù)流程中去。因此建設(shè)材料計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)集成管理、分析和應(yīng)用的材料數(shù)字研發(fā)平臺(tái)，將在新材料設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化升級(jí)、企業(yè)創(chuàng)新和宏觀決策領(lǐng)域發(fā)揮顯著的推動(dòng)作用。

MatAi平臺(tái)簡(jiǎn)介

新材料的設(shè)計(jì)、研發(fā)和應(yīng)用離不開材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)的高效管理和分析，材料數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是涉及面廣，維度多，描述方式不統(tǒng)一，具有鮮明的特點(diǎn)：

種類多：各類材料（金屬、無(wú)機(jī)非、高分子、納米、非晶等）涉及各類材料測(cè)試（物理測(cè)試、化學(xué)測(cè)試）和材料試驗(yàn)加工數(shù)據(jù)（材料冶煉、壓力加工、連接技術(shù)、熱處理……），數(shù)據(jù)種類多樣化顯著，并且缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和描述；

結(jié)構(gòu)各異：各種類型的材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各異，包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，統(tǒng)一管理不易，數(shù)據(jù)規(guī)范化困難；

多維度：不同的材料數(shù)據(jù)具有可變的維度；

小樣本：材料數(shù)據(jù)種類繁多，但每一類的數(shù)據(jù)體量不會(huì)很大；

含金量高：一些材料測(cè)試耗費(fèi)的時(shí)間和資金非常可觀，同時(shí)數(shù)據(jù)本身含金量很高，是材料研發(fā)生產(chǎn)的關(guān)鍵信息，如高溫疲勞、蠕變、持久試驗(yàn)；

關(guān)系復(fù)雜：材料測(cè)試數(shù)據(jù)不能獨(dú)立的發(fā)揮作用，必須和成分、工藝、環(huán)境因素結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析，提取隱含在數(shù)據(jù)之中的知識(shí)和規(guī)律。

MatAi材料智能平臺(tái)是專為材料數(shù)據(jù)管理、分析和應(yīng)用打造的、健全的大型材料數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)，可滿足開放和靈活的材料數(shù)據(jù)管理和分析需求，在管理用戶獨(dú)有的材料數(shù)據(jù)和信息，提供解決方案的同時(shí)，也為用戶提供業(yè)界權(quán)威、質(zhì)量可靠的材料參考數(shù)據(jù)。用戶可在MatAi軟件的框架下，建立材料專用數(shù)據(jù)庫(kù)或材料數(shù)據(jù)中心。

MatAi平臺(tái)功能

1 B/S架構(gòu)—基于Web的數(shù)據(jù)瀏覽

B/S架構(gòu)的模式提供基于Web的數(shù)據(jù)瀏覽模式，MatAi只需要在服務(wù)器上安裝部署，用戶在個(gè)人的電腦終端無(wú)需再安裝和維護(hù)軟件，只需要通過(guò)Web瀏覽器即可登錄平臺(tái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。為客戶提供便捷的數(shù)據(jù)治理和維護(hù)服務(wù)。

用戶可通過(guò)瀏覽器進(jìn)行的操作有：

數(shù)據(jù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)導(dǎo)出

數(shù)據(jù)搜索（全文搜索、系統(tǒng)預(yù)置搜索、字段屬性檢索）

數(shù)據(jù)分析（對(duì)比分析、可視化分析、統(tǒng)計(jì)可視化）

數(shù)據(jù)事務(wù)管理（數(shù)據(jù)訪問(wèn)審核、導(dǎo)出審核、發(fā)布審核）

數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)表維護(hù)

平臺(tái)管理員管理

其它操作……

2 靈活的數(shù)據(jù)管理機(jī)制—自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

MatAi具有靈活可配置的數(shù)據(jù)管理機(jī)制，理論上支持管理任何類型的材料數(shù)據(jù)。依據(jù)入庫(kù)的材料數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以配置描述當(dāng)前數(shù)據(jù)的自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：字段屬性和數(shù)據(jù)布局的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型數(shù)據(jù)的靈活管理。字段屬性的數(shù)據(jù)類型涵蓋材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)的全部類型，包括文本類（短文本、長(zhǎng)文本、枚舉文本）、數(shù)值類（整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、數(shù)值范圍）、資源類（圖片、文件、鏈接）和其它類（表格、數(shù)值/離散函數(shù)、日期時(shí)間、布爾量、表達(dá)式）。支持用戶為數(shù)值類屬性賦予單位，為用戶提供靈活的單位管理。

布局管理

根據(jù)在數(shù)據(jù)表管理中定義的材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)

測(cè)試曲線可視化呈現(xiàn)

對(duì)于專業(yè)數(shù)據(jù)的特殊呈現(xiàn)需求，定制專業(yè)數(shù)據(jù)展示

第一性原理數(shù)據(jù)展示

Thermo-Calc熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算數(shù)據(jù)展示

3 數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入—自適應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入技術(shù)

從測(cè)試儀器、生產(chǎn)設(shè)備、PDM系統(tǒng)等來(lái)源獲得的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)固定的規(guī)范數(shù)據(jù)表單（Excel、CSV，txt文件），通過(guò)配置自適應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板，可快速的將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，減少人工錄入的工作量。

數(shù)據(jù)模板配置

試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入

產(chǎn)品數(shù)據(jù)導(dǎo)入

4 專業(yè)數(shù)據(jù)定制采集和呈現(xiàn)技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)過(guò)程中會(huì)涉及到無(wú)法直接讀取和錄入的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的專業(yè)數(shù)據(jù)文件，如第一性原理計(jì)算結(jié)果文件。針對(duì)這類數(shù)據(jù)的管理和展示需求，定制開發(fā)專業(yè)數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)導(dǎo)入技術(shù)，根據(jù)具體的分析和展示需求，從數(shù)據(jù)文件的指定位置提取數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)位置。

定制開發(fā)專業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板

第一性原理專業(yè)數(shù)據(jù)采集和呈現(xiàn)

5 多種數(shù)據(jù)檢索方式，更精確的數(shù)據(jù)定位

提供全文搜索、字段屬性篩選、高級(jí)搜索、系統(tǒng)預(yù)置搜索多種檢索方式，基于字段屬性的字段屬性篩選和高級(jí)搜索支持用戶按照所需的性能指標(biāo)范圍檢索匹配的數(shù)據(jù)信息。借助高性能集群搜索引擎，采用數(shù)值、字符串組合搜索的模式，具有強(qiáng)大的檢索能力。

數(shù)據(jù)記錄列表的字段屬性篩選

高級(jí)搜索

6 多種數(shù)據(jù)分析工具，最大化挖掘材料數(shù)據(jù)價(jià)值

MatAi軟件集成了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和可視化工具，滿足一般數(shù)據(jù)分析的需求。同時(shí)還支持根據(jù)企業(yè)特殊應(yīng)用的需求，定制化數(shù)據(jù)分析工具，最大化的對(duì)材料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和探索，從材料數(shù)據(jù)海洋中總結(jié)知識(shí)和規(guī)律的洞察。

對(duì)比表格分析

散點(diǎn)圖對(duì)比分析

曲線圖對(duì)比分析

熱力學(xué)性質(zhì)圖分析（鋁合金）

統(tǒng)計(jì)可視化

7 完備的權(quán)限控制，提高數(shù)據(jù)安全

提供基于用戶-角色-權(quán)限資源模式的權(quán)限控制機(jī)制，便捷的進(jìn)行用戶管理和權(quán)限管理。用戶僅能查看獲得授權(quán)的材料數(shù)據(jù)，進(jìn)行獲得授權(quán)的平臺(tái)操作，保證數(shù)據(jù)安全性的同時(shí)消除了不相關(guān)數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)過(guò)程中的干擾。例如將數(shù)據(jù)訪問(wèn)、創(chuàng)建、編輯、發(fā)布權(quán)限分開管理，確保材料數(shù)據(jù)由專家用戶進(jìn)行審核和維護(hù)。

MatAi價(jià)值

實(shí)施后即可獲得的價(jià)值

對(duì)各類材料計(jì)算和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析；管理和應(yīng)用材料全生命周期數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)部署到需要它們的部門和人員，提高研發(fā)和生產(chǎn)效率；信息檢索能力強(qiáng)，支持多種材料數(shù)據(jù)在線分析；數(shù)據(jù)可溯源：管理材料數(shù)據(jù)的全部譜系信息，不只是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)方法、過(guò)程、條件、設(shè)備信息等相關(guān)信息都進(jìn)行管理，保證數(shù)據(jù)的完整性；維護(hù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)再利用，減少數(shù)據(jù)丟失；保證數(shù)據(jù)安全：完善的數(shù)據(jù)權(quán)限控制系統(tǒng)，確保正確的人看到正確的信息；避免在尋找材料信息上花費(fèi)太多的時(shí)間，避免因?yàn)閿?shù)據(jù)丟失帶來(lái)的不必要材料重復(fù)測(cè)試和分析，加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程，提高生產(chǎn)率，促進(jìn)技術(shù)升級(jí)；完成材料研發(fā)的數(shù)字化（數(shù)據(jù)化），為“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)研發(fā)”的材料基因組研發(fā)新模式的實(shí)現(xiàn)夯實(shí)地基。

在未來(lái)可獲得的關(guān)鍵價(jià)值

降低數(shù)據(jù)運(yùn)維和治理成本，提升技術(shù)升級(jí)和材料研發(fā)的效率獲取大數(shù)據(jù)技術(shù)能力，賦能各業(yè)務(wù)鏈大數(shù)據(jù)推動(dòng)創(chuàng)新，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的文化，面向未來(lái)轉(zhuǎn)型材料基因組、智能制造、大數(shù)據(jù)、兩化融合、云計(jì)算、人工智能等國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施“數(shù)據(jù)銀行”建設(shè)，推出新服務(wù)，獲取數(shù)據(jù)變現(xiàn)能力，增加收入。

MatAi應(yīng)用案例

1 北京有色金屬研究總院有色金屬材料數(shù)據(jù)管理

面臨挑戰(zhàn)：

北京有色金屬研究總院積累了大量的有色金屬數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型涵蓋先進(jìn)輕質(zhì)合金、生物冶金、電子材料、復(fù)合材料、遙感材料等，如何多這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；如何管理計(jì)算中心的數(shù)據(jù)，例如：第一性原理；數(shù)據(jù)私密性要求高，如何保證安全

解決方案：

基于MatAi軟件，搭建有研總院材料數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)，按研究所部門建立各類數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表，涵蓋輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料、生物冶金、電子材料等所有部門需要入庫(kù)的數(shù)據(jù)內(nèi)容；定制開發(fā)VASP文件的數(shù)據(jù)提取和展示技術(shù)，滿足使用需求；配置各類權(quán)限角色，滿足不同用戶的數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制

2 鋼鐵研究總院不銹鋼試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理

面臨挑戰(zhàn)：

材料實(shí)驗(yàn)報(bào)告種類繁多，可分為數(shù)大類（化學(xué)測(cè)試、物理性能測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試）及數(shù)十種試驗(yàn)，每一個(gè)試驗(yàn)又有多種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如何在數(shù)據(jù)庫(kù)中有效管理和分析這些試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)；如何高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，例如：通過(guò)鋼種檢索完成了哪些種類的試驗(yàn)；按照人員檢索做過(guò)了哪些試驗(yàn)；如何確保數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)只能被獲得授權(quán)的用戶訪問(wèn)：部門領(lǐng)導(dǎo)可以查看所有的數(shù)據(jù)，部門員工可以查看自己和自己學(xué)生的數(shù)據(jù)，學(xué)生只能查看自己的數(shù)據(jù)。

解決方案

基于MatAi軟件搭建超高強(qiáng)及不銹鋼數(shù)據(jù)平臺(tái)，在數(shù)據(jù)平臺(tái)下創(chuàng)建試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)庫(kù)，提取每一種試驗(yàn)報(bào)告中的公有屬性和特定屬性，建立了各類試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)表，并按物理測(cè)試、力學(xué)測(cè)試、顯微組織測(cè)試等類別進(jìn)行分類管理；通過(guò)配置試驗(yàn)報(bào)告的公共屬性（基本信息），可通過(guò)鋼種、人員或更多限定條件查詢已經(jīng)完成的試驗(yàn)報(bào)告；可進(jìn)行多個(gè)試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)的在線對(duì)比，并導(dǎo)出對(duì)比數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；精確到文件夾、屬性的權(quán)限控制，保證數(shù)據(jù)的安全性，部門領(lǐng)導(dǎo)可以查看所有的數(shù)據(jù)，部門員工可以查看自己和自己學(xué)生的數(shù)據(jù)，學(xué)生只能查看自己的數(shù)據(jù)。

3 鋼鐵研究總院航空耐熱鋼數(shù)據(jù)管理

面臨挑戰(zhàn)：

從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品手冊(cè)中搜集整理大量航空耐熱鋼數(shù)據(jù)，如何有效的進(jìn)行管理、搜索和分析應(yīng)用；大量數(shù)據(jù)如何自動(dòng)批量處理和入庫(kù)，避免耗時(shí)耗力的人工錄入，減少倒是數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的可能性。

解決方案

基于MatAi軟件搭建耐熱鋼數(shù)據(jù)平臺(tái)，在數(shù)據(jù)平臺(tái)下創(chuàng)建分類數(shù)據(jù)表，分別對(duì)管理耐熱鋼的化學(xué)成分、物理性能、力學(xué)性能進(jìn)行管理；針對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)（化學(xué)成分、室溫拉伸、持久蠕變、物理性能……），通過(guò)自識(shí)別數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板，高效處理多類型、多結(jié)構(gòu)、大體量的數(shù)據(jù)，避免繁瑣的手工錄入數(shù)據(jù)；多種數(shù)據(jù)分析方法，支持快捷的在線分析，并支持將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)一步的分析。