材料科学工程材料数据库和专家系统.ppt

1,本 章 要 点,数据库系统的组成与结构,材料科学与工程数据库,材料科学专家系统,典型材料学科专家系统,材料科学与工程中的数据库与专家系统的应用,2,3.1 数据库系统的组成与结构,数据库系统概述,1,80s后涉及到各种工程和科技领域,70-80s 关系数据库理论（数学基础）,60s 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。,数据应用系统简称数据库系统，是一个计算机系统，它由计算机 硬件，数据管理系统、数据库、应用程序和用户等部分组成,把数据和数据的定义集中统一管理（数据库），由用户按照 自己的需要分别加以利用，由此导致了数据库的产生和发展。,（2）数据模型 数据与数据间的关系 是建立数据库管理系统的基础,类型： 层次模型树型结构：表示一对一和一对多联系,ii. 网状模型网络结构：表示多对多联系,iii.关系模型若干二维表格集合,7,3.1 数据库系统的组成与结构,8,工程数据库,2,3.1 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,9,数据库数据主要特征,3,3.1 数据库系统的组成与结构,数据一致性、可维护性,数据独立性,数据共享,数据结构化,减少数据冗余,数据库设计步骤 i.需求分析 了解用户需求 基础：最难、耗时 影响后续工作,ii.概念结构设计阶段 对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成概念模型 iii. 逻辑结构设计： 将概念结构转换为数据模型，并进行优化,iv. 物理结构设计： 存储结构 存储方法,v. 数据库实施 建立数据库：编程序+调试+输入数据+试运行 vi. 数据库的运行和维护,14,3.2 材料科学与工程数据库,美国是世界上数据库开发和应用最发达的国家；其所拥有的 数据库中材料数据库占有很大的比例，包括：合金相图数据 库、陶瓷相图数据库、材料腐蚀数据库、材料摩擦磨损数据 库等等；它的晶体数据中心收集了10余万个晶体数据；此外， 还建立了材料力学性能数据库，金属弹性性能数据库中心和 金属扩散数据中心等。数据库涉及面广，往往几个单位甚至 几个国家联合建库。如欧洲热力学数据科学学会SGTE,国外,材料数据库的发展,4,3.2 材料科学与工程数据库,FactSage Databases http:/www.crct.polymtl.ca/,ICSD (Inorganic Crystal Structure Database) Database http:/icsd.ill.fr/icsd/,The Powder Diffraction File (PDF) The International Centre for Diffraction Data http:/www.icdd.com/,CSD(Cambridge Structural Database System) http:/www.ccdc.cam.ac.uk/,国外,MDI Jade,16,PC-PDF检索系统 1938年首次发表PDF (Powder Diffraction File);现在使用的PDF卡由美、英、加等组织的JCPDS-ICDD开发的Windows界面软件系统。（PDF2010） 二元相图数据库系统 美国ASM和NIST收集了最完整的相图资料并开发了二元合金相图数据库和三元合金相图数据库系统等。二元合金相图有4700余幅二元相图，给出了合金相的结构，晶体结构，最大溶解度，熔点等资料。 现代网络数据库及估算 FACT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。在FACT的网上用得最多的程序有Reaction- Web， Compound -Web， Equilib-Web。如，利用Reaction- Web可以计算H，G，S，Cp等热力学参数。,17,材料数据库的发展,4,3.2 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,80s以来，我国在数据库技术方面有很大发展。,18,材料数据库的发展,4,3.2 材料科学与工程数据库,北京科大等联合建立材料腐蚀数据库，北钢院建立合金钢 数据库，621所建立航空材料数据库，长春应化所的稀土材 料数据库，机械电子部材料研究所的机械工程用材料数据库 等。,国内,90s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。,19,材料数据库应用举例,5,(http:/www.china-machine.com.cn/materialtry/clph/Default.asp),机械工程材料数据库,20,材料数据库应用举例,5,(http:/www.china-machine.com.cn/materialtry/clph/Default.asp),MDI Jade物相检索,21,材料数据库应用举例,5,3.2 材料科学与工程数据库,二元相图数据库,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,22,材料数据库应用举例,5,3.2 材料科学与工程数据库,(http:/www.icdd.com),PDF Databases,PDF2-2004年版,PDF2-2008年版,23,网络化：面向全球用户,数据库的发展趋势,6,智能化：单纯的数据检索、浏览专家系统：提供咨询、帮助决策 也可与CAD、CAM配套使用,数据库的发展趋势,6,现代化：面向当前的需求 商业化： 付费产品质量和服务质量 双赢 标准化：不同单位间共享,数据库的发展趋势,6,7.2 专家系统在材料科学与工程中的应用,代替人进行推理、咨询、决策 在某些方面（数据量大、复杂），优于人类专家,29,专家系统的历史和发展,1,3.3 材料科学专家系统,人工智能(Artificial 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。,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理该领域问题。,知识库：存储专家的知识（数字化），包括计算模型、表达式、判据、经验知识等,专家系统的组成,2,ii. 推理机：根据专家知识进行推理核心,iii. 数据库：存放推理证据、中间结果和最终结果的工作存储器,iv.知识获取机制：扩充和修改知识库,v.解释机制：解释、说明,vi.人机界面,36,专家系统的工作原理,3,3.3 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,37,专家系统的工作原理,3,专家系统工作原理图,专业知识,Why How 信息,Knowledge base,Global database,Reasoning machine,Explicator,Interface,38,专家系统的类型,4,解释专家系统（interpretation ES ） 预测专家系统（prediction ES) 诊断专家系统（diagnosis ES ） 设计专家系统（design ES ） 规划专家系统（planning ES ）,监视专家系统（monitoring ES） 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）,ES在材料科学与工程中的应用,41,水泥厂化验室专家系统,5,3.4 典型材料学科专家系统,http:/www.lzslab.com/,武汉亿胜科技有限公司,总结了几百家水泥厂化验室的工作经验，针对当前水泥厂普遍存在的一些技术问题，并经国家水泥质量监督检验中心认可，中国水泥协会推荐的适用于所有水泥厂的微机质量分析、决策的管理系统。 有报表自动汇总、产质量分析、最佳配料方案、最佳磨机级配、最佳石膏掺量、最佳粉磨细度、最佳混合材掺量、窑况判断和自动预报结窑和生烧情况、智能化配料计算和智能化配球计算、设备故障原因分析和排除、远程通讯、技术咨询等。,42,汽车冲压件选材专家系统,5,3.4 典型材料学科专家系统,系统的总体结构图,南京航空航天大学,43,汽车冲压件选材专家系统,5,3.4 典型材料学科专家系统,南京航空航天大学,汽车左车门内板选材实例,44,汽车冲压件选材专家系统,5,3.4 典型材料学科专家系统,南京航空航天大学,汽车左车门内板选材实例,45,汽车冲压件选材专家系统,5,3.4 典型材料学科专家系统,南京航空航天大学,汽车左车门内板选材实例,46,汽车冲压件选材专家系统,5,3.4 典型材料学科专家系统,南京航空航天大学,汽车左车门内板选材实例,47,计算机辅助合金设计,5,3.5 ANN在材料科学中的应用,日本三岛良绩和等建立的计算机辅助合金设计(Computer Aid Alloy Design，简称CAAD)系统。以元素的含量(百分数)为坐标，构筑以70多种元素的含量为坐标的多维空间，将上述各种信息记录在该多维空间中，然后按下图实现计算机辅助合金设计。,48,计算机辅助合金设计,5,3.5 ANN在材料科学中的应用,集合并 集合交,49,1、专家系统的基本构成 2、专家系统的基本类型和主要的应用领域； 3、借助索引数据库（EI和SCI）检索、利用Elsevier全文数据库查询外文文献4篇（自己感兴趣的方向）。 4、中国期刊网全文数据库与维普全文数据库查询中文期刊文献4篇。（自己感兴趣的方向） 5、利用通用的Google、Yahoo、Sina、Sohu搜索引擎检索材料网站 （包括：国内外材料网站4个）,练习作业：,