ta rg e t-cu rre n t= 5 0 A 700
N p a rtia l p re s u re = 1 P a
H V =2090
600
a d h e n s iv e s tre n g th = 3 0 -6 0 N
500
T iN (2 2 0 ) - F e ( 2 0 0 ) T iN (2 0 0 )
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。
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。
图中神经元j有一个输入
4.1 数据库系统的组成与结构
5 工程数据库的应用
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 。
应用程序
方法库
图像系统
DBMS
数据库
工程数据库的应用环境
4.2 材料科学与工程数据库
1 材料数据库的发展 国外(美国）
材料腐蚀数据库 MDI Jade 金相图数据库 PDFX衍射数据库 陶瓷相图数据库 材料摩擦磨损数据库
0 .2 6
T i N ( 2 2 2F)e T i ( 2 1 1 ) - F e ( 2 1 1 )
T iN (1 0 0 ) 0 .2 6
T iN (1 0 -1 ) 0 .2 6 T i N ( 2 0F0 )e T i ( 1 1 0 ) - F e ( 1 1 0 )
400
c o u n ts
1 材料数据库应用举例 用PC-PDF检索系统分析PVD表面涂层
Ti2N PDF 17-386
1 材料数据库应用举例
用PC-PDF检索系统分析PVD表面涂层
结合PVD工艺，PDF卡片，得出TiN涂层表面主要有TiN、Ti2N、TiN0.26、 FeTi相。
T iN (1 1 1 )
b ia -v o ta g e = -1 0 0 V
Eg,输入 ZrO2-Y2O3
4.3 专家系统
1 专家系统的历史和发展
什么是专家系统(Expert System, 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 处人理工该智领能域(问Ar题tif。icial Intelligence, 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。
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。
4.1 数据库系统的组成与结构
2 数据库管理系统 关系型DBMS和网状数据模型
主要有dBASE，FoxBASE，UNIFY,INFORMIX，INGRE S，ORACLE和DB2。它们都是关系型的(Data Base Man agement System, DBMS)。
集 合 {X1,X2,···,Xn} 和 一 个 单位输出yj，其数学描述 为：
X1 X2
W1j W2j
S j
n
W ij X j i
300
200
100
0
-1 0 0
20
40
60
80
2 (6 )
1 材料数据库应用举例
MDI Jade物相检索
(china-machine/materialtry/clph/Default.asp)
4.2 材料科学与工程数据库
2 二元相图数据库系统 FactSage Databases
(crct.polymtl.ca/)
计算机在材料科学与工程中的应用
第4章 材料数据库和专家系统
王建刚
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
4.1 数据库系统的组成与结构
1 数据库系统概述 60’s ——层次数据模型和网状数据模型 70-80’s ——关系数据库理论 80’s后——涉及到各种工程和科技领域
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。
4.2 材料科学与工程数据库
1 材料数据库的发展
国内
80’s以来
航空材料数据库—航空航天工业部材料数据中心 机械工程材料数据库—上海材料研究所 材料热处理数据库—北京机电研究所 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。
PDF Databases
1 材料数据5库.2应材用料举例科学与工程数据库
用PC-PDF检索系统分析PVD表面涂层
沉积工艺
预抽真空20min；预轰击清洗 15min
负偏压(100-300V)
离子镀沉积30min后冷却出炉 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。
3 数据库系统结构
应用程序 1
应用程序 2
应用程序 2
外模式 1
外模式 2
外模式（用户级数据库）
外 模 式 /模 式 映 射
模 式（概念级数据库）
模式 模 式 /内 模 式 映 射
内模式（物理级数据库）
内模式
物理数据 库
三级结构
DBMS
操作系统
4.1 数据库系统的组成与结构
4 数据库数据主要特征 数据共享 数据独立性 减少数据冗余 数据的结构化 数据一致性和可维护性
Moͺ MnÔ¶ ã´ ¸Í ÔÐ Ó°ìÏ
Mo
Mn
0
10
20
30
¶Ë ´ã ¾à Àë /mm
模型中Mo和Mn对钢淬透性影响示意图
4 典型专家系统分析
2. 超精淬透性控制专家系统
SKF钢 包 炉
过程控制 计算机
瑞典奥瓦科钢公司 ovako
SKF淬 透 性 模块
实验过程 计算机
总过程控制 计算机
4.3 材料科学专家系统
2 专家系统的工作原理
专家知识
知识库
输入或提问
推理机
答案
专家系统工作原理图
4.3 材料科学专家系统
2 专家系统的工作原理
用户
领域专家
Knowledge base
Why How 信息
推理机
人机接口
专业知识
解释程序
知识获得
Global database Reasoning machine Explicator
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。
4.3 专家系统
3 专家系统的类型
解释专家系统（interpretation ES ） 预测专家系统（prediction ES) 诊断专家系统（diagnosis ES ） 监视专家系统（monitoring ES） 设计专家系统（design ES ） 控制专家系统（control） 规划专家系统（planning ES ） 调试专家系统（debugging）
补充。
（6）系统管理模块 完成方案确定过程中的辅助功能。
4.3 专家系统
4 典型专家系统分析
1. 热处理工艺专家系统
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。
4.2 材料科学与工程数据库
1 材料数据库应用举例
PDF Databases
Power Diffraction File 是X衍射相分析必不可 少的、最权威的工具。到2019年11月，X衍射P DF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。
4.3 专家系统
4 典型专家系统分析
2. 超精淬透性控制专家系统
“斯凯孚” The SKF Steel Extra Hardenabi1ity Control System
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。
H fV ( C ,S ,M i,P ,S ,n C ,N ,r M ,iV ,C o )u
SKF系统联合作业框图
合金优选 模块
离线淬透 性模块
数据补偿 系统
4 典型专家系统分析 2. 超精淬透性控制专家系统
瑞典奥瓦科钢公司 ovako
硬 度 (HV)
500
用户要求
400
300
200
0
10
20
30
J /m m
SKF152钢的淬d 透性带和用户要求
3. 人工智能专家系统在复合材料设计的应用
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。