材料数据库和新材料的设计

材料工程计算机技术应用材料物理与化学系第六章、材料数据库和新材料的设计第六章、材料数据库和新材料的设计6.1数据库系统的组成与结构

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6.2材料科学与工程数据库

.6.3专家系统.

6.4人工神经网络技术

.6.5人工神经网络在材料科学中的应用

.6.1数据库系统的组成与结构6.1.1数据库系统概述

.6.1.2数据库管理系统

.6.1.3数据库系统结构.

6.1.4数据库数据主要特征.

6.1.5工程数据库的应用.

6.1.1数据库系统概述

在计算机的三大应用（科学计算、数据处理与过程控制）中，数据处理所占比重约为70%左右。 数据和信息在现代社会中的重要性，迫切需要改善数据的分散管理、分散应用的状况，即把数据和数据的定义集中统一地管理起来，由用户按照自己的需要分别加以应用，这就导致了数据库管理技术的产生和发展。 数据库—人们为解决特定的任务，以一定的组织方式长期存储在计算机内、可共享的大量相关的数据集合。6.1.1数据库系统概述数据管理的发展人工管理文件管理数据库管理特点： 数据与程序没有独立性；数据不能长期保存；只有程序的概念，没有文件的概念；系统中没有对数据进行管理的软件。

数据与程序之间有设备独立性，程序只需用文件名访问数据，不必关心数据物理位置。数据冗余度大，缺乏数据独立性，无集中管理是通用化的相关数据集合，它不仅包括数据本身，而且包括数据之间的联系。数据具有高度独立性和共享性，操作方便。数据库进入高级发展阶段工程数据库模糊数据库并行数据库多媒体数据库

面向对象数据库系统

分布式数据库系统关系数据库数字、短记录检索数据库6.1.2数据库管理系统数据库管理系统（DatabaseManagementSystem）DBMS）—负责数据库管理和维护的软件系统，对数据库中数据的各种操作提供一种共用的方法，接受并完成用户提出的访问数据库的各种请求，负责数据库的建立、操纵、管理和维护。使数据库成为方便用户共享使用的资源，并提高数据的安全性、完整性和可用性。

数据库数据库引擎数据库描述操纵语言数据库管理控制程序数据库服务程序查询工具报表工具......应用程序应用程序用户数据库管理系统（DBMS）应用数据库数据库管理系统模式1层次型：一棵倒置的树太原理工大学建筑学院机械学院材料工程学院水利学院机械制造机械设计材料加工冶金工程一班二班一班二班一班二班一班二班校院系班三班数据库管理系统模式2网状型：数据结点有不止一个父结点。数据库管理系统模式3关系型：

关系数据形式上是一个二维表（table），表描述了一类应用对象的实例状态。 关系型数据库管理系统由于其容易使用的特点，它的出现促进了数据库的小型化和普及。 在微型计算机上应用的DBMS主要有Dbase，FoxBASE，UNIFY，INFORMIX，Access，ORACLE和DB2等。班级姓名性别出生年月学号材化0601张三男1987/7830721材化0601李四男1988/12830722材化0601赵五男1987/3830723材化0601王英女1987/9830724材化0601刘六男1986/2830625材化0601陈苹女1987/108306266.1.3数据库系统结构数据库的组成：（l）数据库一个结构化的相关数据的集合，包括数据本身和数据间的联系。它独立于应用程序而存在，是数据库系统的核心和管理对象。（2）物理存储器保存数据的硬件介质，如磁盘、光盘等大容量存储器。（3）数据库软件负责对数据库管理和维护的软件。具有对数据进行定义、描述、操作和维护的功能，接受并完成用户程序及终端命令对数据库的不同请求，并负责保护数据免受各种干扰和破坏。数据库软件核心就是DBMS。数据库系统的三级模式结构

用户逻辑结构整体逻辑结构物理存储结构数据库管理系统保证了数据和程序之间的物理独立性和逻辑独立性6.1.4数据库数据主要特征（l）数据共享 数据库的数据可供多个用户使用，，在同一时刻不同的用户可以同时存取数据而互不影响。（2）数据独立性 在数据库系统中，应用程序不再同存储器上的具体文件相对应，每个用户所使用的数据有其自身的逻辑机构。（3）减少数据冗余 数据集中管理，统一进行组织、定义和存储，避免了不必要的冗余和数据的不一致性。（4）数据的结构化 整个数据库以适当的形式结构而成，用户可以通过不同的路径存取数据以满足用户的不同需要。（5）统一的数据保护功能对用户使用数据进行严格的检查。6.1.5工程数据库的应用工程数据库—适合于CAD（计算机辅助设计）/CAM（计算机辅助制造）,计算机集成制造（CIM）等工程应用领域中的数据库。它又称CAD数据库、设计数据库、技术数据库和设计自动化数据库。工程数据库系统的建立包括两项重要工作： 1）选择一个适应工程应用的数据库管理系统作为工程数据库系统的开发平台； 2）将工程数据映像成数据库管理系统支持的数据模型，利用数据库管理系统提供的数据定义语言和数据操纵语言，设计数据库结构，提供操纵数据库数据的用户界面。6.1.5工程数据库的应用集成CAD/CAM系统的功能流程图

提供设计和制造过程中所有必要的信息，可取代传统的工程图表、工程技术和管理文件的作用。6.2材料科学与工程数据库6.2.1材料数据库的发展.6.2.2材料数据库的应用举例.6.2.1材料数据库的发展材料数据的特点 数据量庞大。目前世界上已有的工程材料就有数十万种，各种化合物达几百万种。材料的成分、结构、性能及使用等构成了庞大的信息体系，而且这一体系还在不断更新、扩充。材料数据库的发展趋势 使用计算机辅助选材（CAMS）与CAD/CAM的结合更加紧密，成为当今发展的必然趋势。 在新材料研制工作中，成分设计和工艺优化具有巨大的潜力。如果对所有可能的成分组合或工艺路线都进行实验，则将耗费大量的人力、物力和时间，而如果利用材料数据库和其他信息处理技术，则有可能减少研制工作量、缩短研究周期、降低成本和提高效率。

以计算机为支撑的材料性能数据库优点： ①存储信息量大，存取速度快； ②查询方便，不仅可以由材料查性能（顺查），而且可以由性能查材料（反查）； ③通过对不同材料的性能数据的比较，可以实现选材或材料代用； ④使用灵活，可以随时输入新材料的最新数据，也可对原有材料的数据及时地修改和补充； ⑤功能强，可以自动进行单位转换，可以将数据以图形表示，可以获得派生数据； ⑥应用广泛，可以与CAD、CAM配套使用，实现计算机辅助选材，也可以与知识库及人工智能技术相结合构成材料性能预测或材料设计专家系统。材料数据库国际发展现状 美国是世界上数据库开发和应用最发达的国家，目前它所拥有的数据库无论数量还是规模都居首位。以美国国家标准局为例就建有数十个各类数据库，其中材料数据库占有很大的比例。它的晶体数据中心，采用X射线、中子衍射和电子衍射等方法测得并收集了10万个晶体数据，包括了金属、无机非金属和有机材料。此外，它还建有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，它的许多数据库在国内外具有很高的权威性。 由于数据库的涉及面广，常常由几个单位甚至几个国家联合建库。美国国家标准局的许多材料数据库就是分别与美国金属学会、陶瓷学会、腐蚀工程师协会及能源部合作建立的。欧洲热力学数据科学学会包括英、法、德、瑞士等欧洲国家，合作开发了无机和冶金热力学系统，该数据库可用于热力学计算和材料科学领域。材料数据库国内发展现状 20世纪80年代以来，我国在数据库技术方面有了很大发展：材料数据库有北京科技大学等单位联合建立的材料腐蚀数据库；武汉材料保护研究所建立的磨损数据库；北京钢铁研究总院建立的合金钢数据库；航空航天部材料研究所建立的航空材料数据库；中国科学院长春应用化学研究所的稀土材料数据库；清华大学材料研究所等单位在1990年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。这个系统采用先进的Oracle关系型数据库管理系统，数据库主要内容为材料牌号、产地、材料成分、技术条件、材料等级、性能及评价等。数据库由单机版向网络版发展，材料科学和工程人员可以更方便地实现材料数据库、文献资料的共享，很大程度上改变了他们的科研工作方式。6.2.2材料数据库的应用举例1、用PC一PDF检索系统分析PVD表面涂层PDF(PowderDiffractionFile)卡 事先在一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行X射线衍射，获得一套各种晶体物质的标准X射线衍射花样图谱，建成卡片形式的数据库。 1938年由Hanawalt等人提出，公布了上千种物质的X射线衍射花样，并将其分类，给出每种物质三条最强线的面间距索引。从美国材料实验学会（ASTM）在1941年出版第一卷PDF到2001年11月止，X衍射PDF卡片已多达47卷、87500张，而且PDF卡片的数量每年还在不断地更新和增加。1969年起，由ASTM和英、法、加拿大等国家的有关协会组成国际机构的“粉末衍射标准联合委员会”，负责卡片的搜集、校订和编辑工作，所以，以后的卡片成为粉末衍射卡，简称PDF卡，目前PDF卡片已成为X衍射相分析必不可少的、最权威的工具。X射线衍射仪及衍射花样图谱

PC一PDF检索系统

通常人工检索PDF卡片效率低，漏检率高。早在1962年，人们就开始采用计算机处理PDF卡片。现在使用的PDF计算机检索系统由美、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，使用极为方便快捷。

分析对象工艺过程 沉积工艺为：预抽真空20min，预轰击清洗15min，TiN离子镀沉积30min后冷却出炉。为研究不同镀覆工艺参数的影响，实验中分别改变了负偏压（100～300V）、靶电流（35～80A）和氮分压（0.5～1.5Pa)。分析W6Mo5Cr4V2高速钢TiN多弧离子PVD涂层相组成 根据涂层厚度在2～3μm范围，可以初步判断X射线衍射图谱为基体的衍射峰和涂层的衍射峰的叠加。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α-Ti、Ti2N及TiN，除此外，还可能出现非平衡相。用PC-PDF系统检索 采用布尔（Boolean）检索法对仅形成Ti-N和Fe-Ti化合物进行检索，检索出12张PDF卡片，再通过选择编号就可得到相应的PDF卡片。在每个记录中存入的主要内容有：序号、PDF卡片号、物相名、该物相所含的元素名、晶体结构参数、衍射靶参数。晶面间距值、相对强度值、晶面指数等。 此外，该系统还可采用三强峰等其他检索方式检索。检索出的Ti-N和Fe-Ti化合物卡号检索出的Ti2NPDF卡片

TiN涂层试样X射线衍射图谱及物相分析

结合该PVD工艺条件和PDF卡片对试样的X衍射图谱进行分析，得出该TiN涂层表面主要有TiN、Ti2N、TiN0.26、FeTi相采用计算机PDF检索系统，大大提高了检索效率。X衍射图谱计算机分析系统

有了PDF卡片检索数据库，结合相分析软件可在获得X射线衍射谱后，利用数据库来对照分析，迅速准确对物相进行分析。Philips公司为此开发出了PC-IDENTIFYX衍射图谱计算机分析系统，该分析系统将各衍射峰的值与各个可能存在物相的d值逐个进行比较，最终输出分析结果。6.2.2材料数据库的应用举例2、二元相图数据库系统

为了研究合金组织与性能之间的关系就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。合金相图正是研究这些规律的有效工具。 合金相图用图解的方法表示金属系中合金状态、温度和成分之间的关系。利用相图可以知道各种成分的合金不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时可能发生的变化。掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。长期以来，在生产实践中，人们通过各种方法测定得到了大量的二元、三元相图，希望对这些相图系统的收集、管理和利用，使之为新材料的研究、新工艺的开发提供有效的工具。计算机数据库系统为相图的管理提供了必要的条件。 美国金属学会（ASM）、美国国家标准局（NIST）通过在世界上征集和其他各种渠道，收集了最完整的相图资料，开发出了相图数据库系统，包括二元合金相图数据库系统和三元合金相图数据库系统等。 该系统目前有4700余幅二元合金相图，是目前世界上最完整和最权威的二元合金相图来源。 可通过网络查询或下载相图数据库资源。 通过二元合金相图计算机数据库系统界面菜单选择，可很方便地查找所需合金相图和其他如合金相结构、晶体结构、最大溶解度、熔点等资料。数据库检索出的Ti-N二元相图相图数据库帮助系统6.2.2材料数据库的应用举例3、现代网络数据库及估算

20世纪80年代以来，世界上几乎所有的发达国家都已经相继建成了国家级的科研和教育计算机网络，在此基础上互联成覆盖全球的国际性学术计算机网络。 材料热力学模拟软件和物性网络估算系统发展很快，FACT（FacilityfortheAnalysisofChemicalThermodynamics)的网络模拟程序提供了未来用网络计算机进行热力学计算和开发的基本模式。 FACT在Intemet网络上进行了大量的开发工作，收集并整理了有关Intemet网络无机热化学网络地址，形成了一个虚拟的无机热化学中心。这些网上资源无疑对材料研究和应用提供了极为有用的帮助。FACT网上数据库功能 在FACT的网上用得最多的应用程序有Compound-Web，Reaction-Web，Equilib-Web,Phasediagram-Web和Aqua-Web等。 例如，利用Reaction-Web应用程序，可计算H、G、S、CP、A等热力学函数；利用ComPound-Web应用程序，可获得有关化合物的重要数据。 化合物模块中有超过5000个化合物的热力学数据（焓、熵、热容、热导、密度、膨胀系数等）；溶液模块中有超过100个非理想溶液的数据库；化学反应模块有大量用于计算化学反应的数据和多元多相平衡；相图模块可计算二元化合物相图，进行二元系相图优化和三元交互系相图计算等。

FACT网站主页FACT交互工具包介绍主页FACT交互免费查询页面FACTComPound-Web搜索结果FACT相图搜索结果FACT查询出的Al2O3与SiO2相图http://www.crct.polymtl.ca/fact/index.php?Intel网常用材料数据库资源 一个有关材料的综合数据库，包括热塑性树脂和热固性树脂等高分子材料，铝和铜等金属材料，陶瓷，半导体以及其他一些工程材料的性能。 /polymers由CRC出版公司提供的高分子性能数据库。该数据库的用户界面非常友好，这是用户可以通过聚合物的名称、性能、商品名以及用途为、关键字来检索所需要的高分子材料的性能数据。 一些主要材料性能数据库:6.3专家系统6.3.1专家系统的历史和发展.

6.3.2专家系统的工作原理.

6.3.3专家系统的类型.6.3.4典型专家系统分析.

6.3.1专家系统的历史和发展背景 专家系统（expertsystem），是人工智能研究领域中最活跃、最具实用价值的应用领域之一。定义 专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的知识与经验的计算机程序系统，它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。发展 产生在20世纪60年代，用于根据化合物的分子式及其质谱数据帮助化学家推断分子结构； 20世纪70年代，专家系统趋于成熟。广泛应用于医疗、自然语言处理、数学、教学、地质学等多个领域。专家系统的优点 (1)专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。 (2)专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。 (3)可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍贵和稀缺的专家知识与经验。 (4)专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。 (5)专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力。 (6)专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效益和社会效益。

6.3.2专家系统的工作原理组成一个完整的专家系统通常由知识库、工作数据库、推理机、知识获取机制、解释机制和人机接口六个部分组成。组成部分的功能（l）知识库是用于存放领域专家提供的专门知识。（2）工作数据库它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）推理机一个专家系统中的推理机所要解决的问题是如何选择和使用知识库中的知识，并运用适当的控制策略进行推理来实现问题的求解。6.3.2专家系统的工作原理（4）知识获取机制为了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）解释机制专家系统在同用户的交互过程中，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，即系统将用户的输入信息翻译成系统可接受的内部形式，或把系统向用户输出的信息转换成人类所熟悉的信息表达方式。工作过程根据用户提出的目标，以综合数据库为出发点，在控制策略的指导下，由推理机运用库中的有关知识，通过不断的探索推理以实现目标的求解。6.3.3专家系统的类型 按照工程中求解问题的性质不同，专家系统主要可分为以下几种类型：（l）解释专家系统这是通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的含义，如图像分析、化学结构分析和信号解释等。（2）预测专家系统它的任务是通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况，如气象预报、人口预测、经济预测、军事预测等。（3）诊断专家系统其任务是根据观察到的情况来推断某个对象机能失常（即故障）的原因。诊断专家系统的例子特别多，如医疗诊断、电子机械和软件故障诊断以及材料失效诊断等。（4）设计专家系统其任务是根据设计要求，求出满足设计问题约束的目标配置。设计专家系统涉及电路设计、土木建筑工程设计、计算机结构设计、机械产品设计和生产工艺设计等。6.3.3专家系统的类型（5）规划专家系统规划专家系统的任务是找出能够达到给定目标的动作序列或步骤。规划专家系统可用于机器人规划、交通运输调度、工程项目论证、通信与军事指挥以及农作物施肥方案等。（6）监视专家系统其任务是对系统、对象或过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以便发现异常情况，发出警报。这种系统可用于核电站的安全监视等。（7）控制专家系统控制专家系统的任务是自适应地管理一个受控对象的全面行为，使之满足预期的要求。空中交通管制、商业管理、作战管理、自主机器人控制、生产过程控制和生产质量控制等都是控制专家系统的潜在应用方面。6.3.4典型专家系统分析1、热处理工艺专家系统 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适当的热处理工艺，并确定相应的保温温度和时间等参数；在得到用户调整后，系统自动绘制出热处理工艺卡，并将工艺卡中的有关信息存储，以便以后需要时进行使用和研究。各功能子模块所实现的目标（l）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厂方的生产条件，并将这些信息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，选择出合适的温度和时间等参数。（3）方案及参数调整模块用户可以任意修改方案、改变参数，以获得用户最满意的热处理方案和参数。（4）绘图打印模块模块依据系统的推理结果，绘制出相应的热处理工艺曲线，制订出相应的热处理工艺卡，并可以打印方式输出。（5）知识库管理模块用于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，主要包括：推理过程中显示帮助信息，存取有关初始化信息及最终推理结果。知识库构成 系统的知识库由事实库、规则库和实例库组成，包括金属材料数据库（含常用钢铁材料的牌号、化学成分、相变临界点、物理性能、力学性能、用途、热处理工艺方法、国际标准组织以及美、俄、日、德、法、英、瑞典等国外材料对照牌号等技术资料），热处理工艺数据库（含各种热处理及表面处理的工艺规范、所用的设备和应用场合等技术资料），典型 零件数据库（含常 用零件的选材、性 能要求、热处理工 序、工艺及设备等 技术资料）。方案推理策略 热处理工艺的加热温度一般根据工艺类型取工件材料的临界温度Ac1、Ac3和Acm为参考依据；

保温时间受工艺类型、工件材料、性能要求、形状尺寸和加热设备、装炉量、入炉方式等诸多因素的影响，系统根据经验公式计算的方法来确定保温时间；

冷却方式根据工件材料的等温转变曲线和连续冷却转变曲线，结合各种冷却介质的冷却特性及所要得到的性能等因素来确定。 系统的推理采用基于规则的推理和基于事例的推理：

规则推理用于制定符合一般经验规则的热处理工艺或系统典型零件数据库中所没有的较复杂的热处理工艺；

事例推理是参考系统典型零件数据库中已有的实例制订工艺。规则推理的方法 以用户选择输入的有关零件的初始信息为条件，搜索金属材料数据库或热处理工艺数据库，得到与之匹配的粗略的工艺信息供用户选择或确认，然后以此条件再次搜索金属材料数据库或热 处理工艺数据库，得到较 精确的工艺信息，如此多 次搜索，最终得到推理结 果，经用户调整确认后， 即形成正式的工艺文件。 采用这种逐步细化的推理 方式，可以增强用户输入 信息的目的性，缩小搜索 范围，提高推理速度。推理的步骤：l）用户选择 输入工件的类别（如轴类、齿轮类等），系统把可能适用的材料．提供给用户选择（用户可进一步查询每种材料的相关资料）。如果系统不能提供可选择材料，即请用户输入。2）用户确定工件材料后，系统提供各种可能的热处理方法供用户选择。这些热处理方法包括热处理各工序及所得到的力学性能，同样，用户也可输入系统没有提供的工艺。3）用户确定热处理方法后，系统提示用户输入工件的有效厚度，选择热处理设备类型、装炉方式、装炉量等，给定热处理要求（如渗碳层深度度、表面碳浓度等）。如果用户忽略这些参数，则采用系统默认值。4）系统根据用户给定条件从知识库中取得加热温度、冷却方式等工艺参数计算出保温时间，并以工艺卡或工艺曲线的形式提供该工件的热处理工艺。5）用户确认或修改该工艺后，系统可打印出工艺卡或工艺曲线作为工艺文件，也可以存入典型零件数据库，从而补充一个新的实例。6.3.4典型专家系统分析2、钢超精淬透性控制系统

为解决钢材淬透性波动大的问题，瑞典OVAKO公司开发了淬透性预测和控制系统，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，使钢厂能够按用户的要求提供具有指定淬透性的钢材。 该系统是在对大量钢种的实测淬透性曲线进行多重回归后，考虑残余元素的作用等问题，在建立计算淬透性曲线的方程的基础上建立了自己的回归模型和预测系统。他们分析了渗碳钢、淬火回火钢的端淬实验数据。对于每一类钢分别建立回归模型。回归模型是建立在分别采用相加和相乘模型的回归分析的基础上。这些模型包括了所有合金元素和常存残余元素。

淬透性预测回归模型模型的基本形式为HV==f（C,Si,Mn,P,S,Cr,Ni,Mo,V,Cu,…） 该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。 预测精度用计算值同实测值的差值的标准差（Sv）来衡量。Sv是化学分析精度（钢液分析Sl）、回归模型的计算偏差值（Sm）和端淬实验总偏差值（Sj）的函数：Sv2=Sl2+Sm2+Sj2完整的淬透性预测和控制专家系统 SKF公司还进一步运用计算机技术使该系统具有反向预测功能，即根据所要求的淬透性确定钢的化学成分。 系统通过软件模块和过程计算机直接同铁合金选料配料装置和钢包炉相互联系起来。每当钢液的化学成分变化时，系统和炼钢操作之间当即发生相互联系。开始时，根据对钢的化学成分的要求确定碳和其他合金元素的起始值。所有钢液取样立 即进行分析。过程计算 机立即将分析所得化学 成分输入淬透性控制模 块。淬透性控制模块再 次通过同技术标准的对照，确定应该对钢液进行的调整。淬透性指标控制方法

用户根据自己产品特点和对钢的淬透性的要求，在所需钢种的淬透性带内，规定三个特征点的硬度值。 公司接到用户订货后，首先通过本系统的离线淬透性控制模块，对用户提出的要求进行初步验算，即确认所提淬透性要求是处于所提钢种的淬透性带之内，然后即可进行生产。 通过这种超精淬透性控制技 术，成品钢的淬透性曲线相 当稳定。对大多数通用渗碳 钢来说，在任一端淬距离上 的硬度对规定值的偏离不大 于10HV，大大提高了产品的 精度和产品的一致性。6.3.4典型专家系统分析3．人工智能专家系统在复合材料设计的应用

在复合材料设计中，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一个数据库系统里，有关纤维增强复合材料的生产技术也被作为规则和事实记录于数据库系统中。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为一些复杂性能的结合，因此，对于大量可用聚合物的选择就变得困难。为此，材料科学工作者开发出了一个用于聚合物选择的专家系统。此系统能够对不同用途的聚合物做出选择决策。系统的知识库中包含数十条用于聚合物选择的规则，数据库中则包含了多种聚合物性能的信息，并将专门知识编码建造知识库。采用本系统，设计工程师有效地应用聚合物工程的专门知识进行复合材料设计。 6.4人工神经网络技术6.4.1人工神经网络

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6.4.2神经网络的学习方法及规则.

6.4.3误差反传神经网络构成和学习方法.6.4.1人工神经网络什么是人工神经网络生物神经网络人类的大脑大约有1.4

1011个神经细胞，亦称为神经元。每个神经元有数以千计的通道同其它神经元广泛相互连接，形成复杂的生物神经网络。人工神经网络以数学和物理方法以及计算机信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，并建立某种简化模型，就称为人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork，缩写ANN）。

生物神经网络基本模型用仿生学观点探索人脑的生理结构，把人脑的微观结构及其智能行为研究结合起来。人工神经元模型

人工神经网络的基本单元是神经元，又称为处理单元。 神经元j有一个输入集合｛x1,x2，…，Xn｝和一个单位输出yi。aj（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。f，g为某一函数，当神经元没有内部状态，即g(aj)=aj时，神经元的输出为：

人工神经网络采用的传递函数类型

①阶跃函数②分段线性函数

③S型函数

人工神经网络连接形式

人工神经网络由排列成层的神经单元组成。 接受输入信号的单元层称为输入层； 输出信号的单元层称为输出层； 不直接与输入输出发生联系的单元层称为中间层或隐层。 在网络输入层的每个单元都接受到输入模式（输入的一组数据）的一小部分，输入层将输入通过单元间加有权重连接传递给中间层； 中间层单元也通过单元间加有权重连接将输入信号传递给输出层的全部单元。输出层单元有的激发、有的抑制，产生相应的输出信号。输出层单元的模式就是网络对输入模式激励的总的响应。人工神经网络的结构形式

前馈式网络

有反馈的前馈式网络

前馈内层互联网络