Chapter4 数据库和新材料新合金的设计

计算机在材料科学与工程中的应用王建刚第4章材料数据库和专家系统本章要点4.1数据库系统的组成与结构4.2材料科学与工程数据库4.3专家系统4.4人工神经网络技术4.5人工神经网络技术的应用计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://4.1数据库系统的组成与结构数据库系统概述180’s后——涉及到各种工程和科技领域70-80’s——关系数据库理论60’s——层次数据模型和网状数据模型如：分布式数据库、工程数据库、模糊数据库、并行数据库以及多媒体数据库等。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://4.1数据库系统的组成与结构80’s后——涉及到各种工程和科技领域70-80’s——关系数据库理论关系型DBMS和网状数据模型主要有dBASE，FoxBASE，UNIFY,INFORMIX，INGRES，ORACLE和DB2。它们都是关系型的(DataBaseManagementSystem,

DBMS)。数据库管理系统2计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://4.1数据库系统的组成与结构(1)数据库；(2)物理存储器；(3)数据库软件；数据库系统结构3三级结构计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://数据库系统结构3三级结构计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://数据库数据主要特征44.1数据库系统的组成与结构数据一致性和可维护性数据独立性数据共享数据的结构化减少数据冗余计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://工程数据库的应用54.1数据库系统的组成与结构Eg.一个CAD系统主要包括DBMS、图形系统、方法库及应用程序四大软件模块。工程数据库的应用环境应用程序方法库图像系统DBMS数据库计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://材料数据库的发展14.2材料科学与工程数据库国外(美国）MDIJade材料力学性能数据库、金属弹性性能数据中心和金属扩散数据中心等。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://材料数据库的发展14.2材料科学与工程数据库材料热处理数据库—北京机电研究所机械工程材料数据库—上海材料研究所航空材料数据库—航空航天工业部材料数据中心国内腐蚀数据库和摩擦数据库—武汉材料保护研究所90’s—清华大学材料研究所等单位联合建成新材料数据库,包括新型金属和合金、精细陶瓷、新型高分子材料、先进复合材料和非晶态材料5个子库。80’s以来计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://PowerDiffractionFile是X衍射相分析必不可少的、最权威的工具。到2001年11月，X衍射PDF卡片已多达47卷、87500张，而且每年都在不断更新和增加。从60年代开始采用计算机来处理PDF卡片。现在使用的PDF计算机检索系统有美、英、法和加拿大等国参加的粉末衍射标准联合委员会组织开发，采用windows界面。材料数据库应用举例14.2材料科学与工程数据库PDFDatabases计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://PDFDatabases计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://5.2材料科学与工程数据库沉积工艺预抽真空20min；预轰击清洗15min离子镀沉积30min后冷却出炉负偏压(100-300V)靶电流(35-80A)氮分压(0.5-1.5Pa)根据Fe-Ti相图，Ti在Fe中溶解度小，稳定化合物只有TiFe和TiFe2两种，分析得出优先形成TiFe。根据Ti-N相图，在PVD的温度下可能形成的稳定相有a-Ti、Ti2N,及TiN。用PC-PDF检索系统分析PVD表面涂层材料数据库应用举例1计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://Ti2NPDF17-386材料数据库应用举例1用PC-PDF检索系统分析PVD表面涂层计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://材料数据库应用举例1结合PVD工艺，PDF卡片，得出TiN涂层表面主要有TiN、Ti2N、TiN0.26、FeTi相。用PC-PDF检索系统分析PVD表面涂层计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://(/materialtry/clph/Default.asp)MDIJade物相检索材料数据库应用举例1计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://二元相图数据库系统24.2材料科学与工程数据库(http://www.crct.polymtl.ca/)FactSageDatabases计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://5.2材料科学与工程数据库美国金属学会(ASM)，美国国家标准局(NIST)4700余幅二元合金相图Eg,输入Ti、N二元相图数据库系统2FactSageDatabases计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://5.2材料科学与工程数据库陶瓷相图数据库美国陶瓷学会，美国国家标准局(ACerS-NIST)Eg,输入ZrO2-Y2O3二元相图数据库系统2计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://专家系统的历史和发展14.3专家系统人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是计算机科学的一个分支，是20世纪中期产生的并正在迅速发展的新兴边缘学科。ES是人工智能研究领域中最活跃、最具实用价值的应用领域。什么是专家系统(ExpertSystem,ES)？

专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://专家系统的工作原理24.3材料科学专家系统专家系统工作原理图知识库推理机专家知识输入或提问答案计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://专家系统的工作原理24.3材料科学专家系统专家系统工作原理图专业知识WhyHow信息KnowledgebaseGlobaldatabaseReasoningmachineExplicatorInterface计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://（1）知识库用于存放领域专家提供的专门知识。（2）工作数据库主要由问题的有关初始数据和系统求解期间所产生的中间信息组成。（3）推理机用于解决如何选择和使用知识库中的知识。（4）知识获取机制为实现专家系统的自我学习，在系统使用过程中能自动获取知识，不断完善扩大现有系统功能。（5）解释机制回答用户提出的各种问题。（6）人机接口实现系统与用户之间的双向信息转换。专家系统的工作原理2计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://专家系统的类型34.3专家系统解释专家系统（interpretationES）

预测专家系统（predictionES)

诊断专家系统（diagnosisES）

设计专家系统（designES

）规划专家系统（planningES）

监视专家系统（monitoringES）控制专家系统（control）

调试专家系统（debugging）教学专家系统（instruction）

修理专家系统（repair）计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://1.热处理工艺专家系统典型专家系统分析44.3专家系统热处理工艺专家系统可根据用户提供的零件信息自动推理出最恰当的热处理工艺，并确定相应的保温温度和时间等参数；得到用户调整后，系统自动绘制出热处理工艺卡，并将工艺卡中得有关信息存储，以便以后需要时进行使用和研究。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://1.热处理工艺专家系统典型专家系统分析44.3专家系统（1）信息输入模块接受初始的零件信息、热处理后的性能要求和生产条件，并以一定的设计结构形式存储于动态数据库中。（2）方案推理及参数选择模块根据用户输入的信息，推理出适当的热处理方式，同时选择出合适的温度和时间等参数。（3）方案及参数调整模块修改方案、改变参数。（4）绘图打印模块绘制热处理工艺曲线。（5）知识库管理模块实现专家系统知识库的维护、完善和补充。（6）系统管理模块完成方案确定过程中的辅助功能。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://1.热处理工艺专家系统典型专家系统分析44.3专家系统金属材料数据库、热处理工艺数据库和典型零件数据库。推理步骤：1）用户选择输入工件的类别，系统把符合条件的材料提供给用户选择；2）确定工件材料，系统提供热处理方法供用户选择；3）确定热处理方法后，系统提示输入参数；4）系统根据条件从知识库中获得热处理工艺参数；5）确认或修改工艺。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://2.超精淬透性控制专家系统TheSKFSteelExtraHardenabi1ityControlSystem将用户的淬透性要求同炼钢工艺过程的淬透性控制联系起来。钢厂能够按用户的要求提供具有指定淬透性的钢材。淬透性带宽控制(与成分、晶粒尺寸和夹杂物等有关）通过炉外精炼时的快速化学分析和借助电子计算机作淬透性计算预报(在线联机)进行钢液成分微调，以及将模铸改为连铸等措施，可使淬透性带宽控制在要求的范围之内。“斯凯孚”典型专家系统分析44.3专家系统计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://2.超精淬透性控制专家系统http://瑞典奥瓦科钢公司模型中Mo和Mn对钢淬透性影响示意图模型考虑了合金元素对不同端淬距离处的淬透性贡献的差别,对每个端淬距离建立了两个回归方程。典型专家系统分析4计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://2.超精淬透性控制专家系统http://瑞典奥瓦科钢公司SKF系统联合作业框图典型专家系统分析4计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://http://瑞典奥瓦科钢公司SKF152钢的淬透性带和用户要求2.超精淬透性控制专家系统典型专家系统分析4计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://复合材料设计中，材料选择专家系统将有关材料及它们的特性的数据处理并储存在数据库系统里。这样使用者就可以通过CAD系统中的图形接口来接近材料的计算机辅助模型，从而选择最佳的材料对于某些应用的聚合物通常是一些复杂性能的结合，因此对于大量可用聚合物的选择非常困难。为此，开发出了一个用于聚合物选择的专家系统，利用此系统，可有效的应用聚合物工程的专门知识进行复合材料设计。3.人工智能专家系统在复合材料设计的应用计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://4.4人工神经网络技术人工神经网络是一种信息处理技术，力图模拟人类处理问题方式去理解和利用信息。（1）可以解决定性问题，也可以用于直接解决定量问题，具有较好的可靠性；（2）擅长处理复杂的多元非线性问题；（3）具有自学能力。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://人工神经网络

(ArtificialNeuralNetwork)1人工神经网络由排列成层的神经单元组成。输入层；输出层；中间层（隐含层）。输入层接受到输入模式的一小部分出层通过连接传递给中间层。中间层的输入模式发生改变，中间层单元将输入信号传递给输出层的全部单元。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://人工神经网络的基本单元人工神经网络的基本单元是神经元，又称处理单元。θiαjyjW1jW2jWijWnjX1X2X3Xn神经元模型图中神经元j有一个输入集合{X1,X2,···,Xn}和一个单位输出yj，其数学描述为：其中αj(t)和θj(t)分别表示神经元的一个与时间有关的活动状态和阈值，Wij表示神经元之间的连接强度的权值。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://人工神经网络的结构形式（1）前馈式网络网络中神经元分层排列，每个神经元只与前一层神经元相连。（2）输入输出有反馈的前馈网络（3）前馈内层互联网络y1y2ynx1x2xny1y2yny1y2ynx1x2xnx1x2xn计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://（4）反馈型全互联网络（5）反馈型局部连接网络反馈型网络存在稳定性问题，必须讨论其收敛性和稳定性。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://神经网络的学习方法及规则2神经网络通过学习来解决问题而不是通过编程。对于每个神经元来说，如果传递函数不变，输出由两个因素决定：输入数据和此神经元连接的各输入量的权重。权重是变量，可以动态修改，产生一定的输出。两种不同的学习方式：有指导的训练和没有指导的训练（1）有指导的训练神经网络将应有的输出与实际输出数据进行比较。（2）没有指导的训练网络不靠外部的影响来调整权重。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://误差反传神经网络构成和学习方法3利用误差反向传播（back-propagation，BP）计算来处理误差的网络模型，其网络结构简单，使用方便，可以解决大多数神经网络所面临的问题。BP网络是在输入层和输出层之间加上一层或几层中间层构成。BP网的学习过程主要由四部分组成：①输入模式顺传播；②输出误差逆传播；③循环记忆训练；④学习结果判别。计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://2.材料设计的范围材料设计的范围4.5人工神经网络在材料科学中的应用ANN实现材料设计与优化一1.材料设计(MaterialsDesign)计算机在材料科学与工程中的应用第五章材料数据库和专家系统

http://3.材料设计专家系统材料设计专家系统：（1）以知识检索、简单计算和推理为基础的专家系统（2）以计算机模拟和运算为基础的材料设计专家系统（3