材料科學(xué)工程材料數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)

1、1 本本 章章 要要 點點 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 材料科學(xué)專家系統(tǒng)材料科學(xué)專家系統(tǒng) 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) 材料科學(xué)與工程中的數(shù)據(jù)庫與專家材料科學(xué)與工程中的數(shù)據(jù)庫與專家 系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用 2 3.1 3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1 80s后后涉及到各種工程和科技領(lǐng)域涉及到各種工程和科技領(lǐng)域 70-80s 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論（數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）理論（數(shù)學(xué)基礎(chǔ)） 60s 層次數(shù)據(jù)層次數(shù)據(jù)模型和模型和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型模型 如：分布式數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫、模糊數(shù)

2、據(jù)庫、并行如：分布式數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫、模糊數(shù)據(jù)庫、并行 數(shù)據(jù)庫以及多媒體數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)庫以及多媒體數(shù)據(jù)庫等。 數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)簡稱數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是一個計算機系統(tǒng)，它由計算機數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)簡稱數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是一個計算機系統(tǒng)，它由計算機 硬件，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序和用戶等部分組成硬件，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序和用戶等部分組成 把數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的定義集中統(tǒng)一管理（數(shù)據(jù)庫），由用戶按照把數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的定義集中統(tǒng)一管理（數(shù)據(jù)庫），由用戶按照 自己的需要分別加以利用，由此導(dǎo)致了數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生和發(fā)展。自己的需要分別加以利用，由此導(dǎo)致了數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生和發(fā)展。 （2）數(shù)據(jù)模型 v數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)間的關(guān)系 v是建立數(shù)據(jù)庫

3、管理系統(tǒng)的基礎(chǔ) v類型：類型： i.層次模型層次模型樹型結(jié)構(gòu)：表示一對一和一對多聯(lián)系樹型結(jié)構(gòu)：表示一對一和一對多聯(lián)系 ii. 網(wǎng)狀模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：表示多對多聯(lián)系 iii.關(guān)系模型若干二維表格集合 7 3.1 3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序應(yīng)用程序、物理存儲器物理存儲器、dbms 、用戶）、用戶） 2 8 工程數(shù)據(jù)庫工程數(shù)據(jù)庫 2 3.1 3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) eg. 一個一個cad系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主要包括dbms、圖形系統(tǒng)、方法庫及應(yīng)用程序四大軟件模塊、圖形系統(tǒng)、方法庫及應(yīng)用程序四大軟件模塊

4、 。 工程數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用環(huán)境工程數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用環(huán)境 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 方法庫方法庫 圖像系統(tǒng)圖像系統(tǒng) dbms 數(shù)據(jù)庫 9 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)主要特征數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)主要特征 3 3.1 3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)一致性、可維護性數(shù)據(jù)一致性、可維護性 數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)獨立性 數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)共享 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 減少數(shù)據(jù)冗余減少數(shù)據(jù)冗余 數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟 i.需求分析需求分析 v 了解用戶需求了解用戶需求 v 基礎(chǔ)：最難、耗時基礎(chǔ)：最難、耗時 v 影響后續(xù)工作影響后續(xù)工作 ii.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 對用戶需求進行綜合 、歸納與抽象，形成概 念模型 iii. 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

5、： 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為數(shù) 據(jù)模型，并進行優(yōu)化 iv. 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計：物理結(jié)構(gòu)設(shè)計： v 存儲結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu) v 存儲方法存儲方法 v. 數(shù)據(jù)庫實施 建立數(shù)據(jù)庫：編程序 +調(diào)試+輸入數(shù)據(jù)+試運行 vi. 數(shù)據(jù)庫的運行和維護 14 材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展 4 3.2 3.2 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 美國是世界上數(shù)據(jù)庫開發(fā)和應(yīng)用最發(fā)達的國家；其所擁有的美國是世界上數(shù)據(jù)庫開發(fā)和應(yīng)用最發(fā)達的國家；其所擁有的 數(shù)據(jù)庫中材料數(shù)據(jù)庫占有很大的比例，包括：數(shù)據(jù)庫中材料數(shù)據(jù)庫占有很大的比例，包括：合金相圖合金相圖數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 庫、庫、陶瓷相圖陶瓷相圖數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫、材料腐蝕材料腐蝕數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)

6、庫、材料摩擦磨損材料摩擦磨損數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 庫等等；它的庫等等；它的晶體數(shù)據(jù)晶體數(shù)據(jù)中心收集了中心收集了10余萬個晶體數(shù)據(jù)；此外，余萬個晶體數(shù)據(jù)；此外， 還建立了還建立了材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫，金屬彈性性能金屬彈性性能數(shù)據(jù)庫中心和數(shù)據(jù)庫中心和 金屬擴散金屬擴散數(shù)據(jù)中心等。數(shù)據(jù)庫涉及面廣，往往幾個單位甚至數(shù)據(jù)中心等。數(shù)據(jù)庫涉及面廣，往往幾個單位甚至 幾個國家聯(lián)合建庫。如歐洲熱力學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)會幾個國家聯(lián)合建庫。如歐洲熱力學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)會sgte 國外國外 材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展 4 3.2 3.2 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 factsage databases h

7、ttp:/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:/ csd(cambridge structural database system) http:/www.ccdc.cam.ac.uk/ 金相圖數(shù)據(jù)庫 陶瓷相圖數(shù)據(jù)庫 材料腐蝕數(shù)據(jù)庫 材料摩擦磨損數(shù)據(jù)庫 pdf x衍 射

8、數(shù) 據(jù) 庫 國外國外 mdi jade 16 l pc-pdf檢索系統(tǒng)檢索系統(tǒng) 1938年首次發(fā)表年首次發(fā)表pdf (powder diffraction file);現(xiàn)在使用現(xiàn)在使用 的的pdf卡由美、英、加等組織的卡由美、英、加等組織的jcpds-icdd開發(fā)的開發(fā)的 windows界面軟件系統(tǒng)。（界面軟件系統(tǒng)。（pdf2010） l 二元相圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)二元相圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 美國美國asm和和nist收集了最完整的相圖資料并開發(fā)了二元收集了最完整的相圖資料并開發(fā)了二元 合金相圖數(shù)據(jù)庫和三元合金相圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。二元合金合金相圖數(shù)據(jù)庫和三元合金相圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。二元合金 相圖有相圖有4700余

9、幅二元相圖，給出了合金相的結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)余幅二元相圖，給出了合金相的結(jié)構(gòu)，晶體結(jié) 構(gòu)，最大溶解度，熔點等資料。構(gòu)，最大溶解度，熔點等資料。 l 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫及估算現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫及估算 fact的網(wǎng)絡(luò)模擬程序提供了未來用網(wǎng)絡(luò)計算機進行熱力的網(wǎng)絡(luò)模擬程序提供了未來用網(wǎng)絡(luò)計算機進行熱力 學(xué)計算和開發(fā)的基本模式。在學(xué)計算和開發(fā)的基本模式。在fact的網(wǎng)上用得最多的程的網(wǎng)上用得最多的程 序有序有reaction- web， compound -web， equilib-web。 如，利用如，利用reaction- web可以計算可以計算h，g，s，cp等熱力學(xué)等熱力學(xué) 參數(shù)。參數(shù)。 17 材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)

10、展材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展 4 3.2 3.2 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 材料熱處理數(shù)據(jù)庫材料熱處理數(shù)據(jù)庫北京機電研究所北京機電研究所 機械工程材料數(shù)據(jù)庫機械工程材料數(shù)據(jù)庫上海材料研究所上海材料研究所 航空材料數(shù)據(jù)庫航空材料數(shù)據(jù)庫航空航天工業(yè)部材料數(shù)據(jù)中心航空航天工業(yè)部材料數(shù)據(jù)中心 國內(nèi)國內(nèi) 腐蝕數(shù)據(jù)庫和摩擦數(shù)據(jù)庫腐蝕數(shù)據(jù)庫和摩擦數(shù)據(jù)庫武漢材料保護研究所武漢材料保護研究所 8080s s以來以來，我國在數(shù)據(jù)庫技術(shù)方面有很大發(fā)展。，我國在數(shù)據(jù)庫技術(shù)方面有很大發(fā)展。 18 材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展 4 3.2 3.2 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 北京科大等聯(lián)合建立材料

11、腐蝕數(shù)據(jù)庫，北鋼院建立合金鋼北京科大等聯(lián)合建立材料腐蝕數(shù)據(jù)庫，北鋼院建立合金鋼 數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫，621所建立航空材料數(shù)據(jù)庫，長春應(yīng)化所的稀土材所建立航空材料數(shù)據(jù)庫，長春應(yīng)化所的稀土材 料數(shù)據(jù)庫，機械電子部材料研究所的機械工程用材料數(shù)據(jù)庫料數(shù)據(jù)庫，機械電子部材料研究所的機械工程用材料數(shù)據(jù)庫 等。等。 國內(nèi)國內(nèi) 9090s s清華大學(xué)材料研究所等單位聯(lián)合建成新材清華大學(xué)材料研究所等單位聯(lián)合建成新材 料數(shù)據(jù)庫料數(shù)據(jù)庫, ,包括新型金屬和合金、精細陶瓷、包括新型金屬和合金、精細陶瓷、 新型高分子材料、先進復(fù)合材料和非晶態(tài)材新型高分子材料、先進復(fù)合材料和非晶態(tài)材 料料5 5個子庫。個子庫。 19 材料數(shù)

12、據(jù)庫應(yīng)用舉例材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例 5 (http:/www.china- 機械工程材料數(shù)據(jù)庫機械工程材料數(shù)據(jù)庫 20 材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例 5 (http:/www.china- mdi jade物相檢索物相檢索 21 材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例 5 3.2 3.2 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 二元相圖數(shù)據(jù)庫二元相圖數(shù)據(jù)庫 美國金屬學(xué)會美國金屬學(xué)會(asm)，美國國家標準局，美國國家標準局(nist) 4700余幅二元合金相圖 eg,輸入ti、n 22 材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例材料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例 5 3.2 3.2 材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫 (h

13、ttp:/) pdf databases pdf2-2004年版 pdf2-2008年版年版 23 網(wǎng)絡(luò)化：面向全球用戶 數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢 6 v智能化：單純的數(shù)據(jù)檢索、瀏覽專家系統(tǒng)：提 供咨詢、幫助決策 v也可與cad、cam配套使用 數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢 6 v 現(xiàn)代化：面向當(dāng)前的需求 v 商業(yè)化： 付費產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量 雙贏 v 標準化：不同單位間共享 數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢 6 7.2 專家系統(tǒng)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用專家系統(tǒng)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用 v 代替人進行推理、咨詢、決策 v 在某些方面（數(shù)據(jù)量大、復(fù)雜），優(yōu)于人類專家 29 專家系統(tǒng)的

14、歷史和發(fā)展專家系統(tǒng)的歷史和發(fā)展 1 3.3 3.3 材料科學(xué)專家系統(tǒng)材料科學(xué)專家系統(tǒng) 人工智能人工智能(artificial intelligence, ai)是計算是計算 機科學(xué)的一個分支，是機科學(xué)的一個分支，是20世紀中期產(chǎn)生的并世紀中期產(chǎn)生的并 正在迅速發(fā)展的新興邊緣學(xué)科。正在迅速發(fā)展的新興邊緣學(xué)科。 es是人工智能研究領(lǐng)域中最活躍、最具實用是人工智能研究領(lǐng)域中最活躍、最具實用 價值的應(yīng)用領(lǐng)域。價值的應(yīng)用領(lǐng)域。 什么是專家系統(tǒng)什么是專家系統(tǒng)(expert system, es)？ 專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量 的某個領(lǐng)域

15、專家水平的知識與經(jīng)驗，能夠利用人類專家的的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，能夠利用人類專家的 知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。 p 知識庫：存儲專家的知識（數(shù)字化），包括計 算模型、表達式、判據(jù)、經(jīng)驗知識等 專家系統(tǒng)的組成專家系統(tǒng)的組成 2 ii. 推理機：根據(jù)專家知識進行推理核心 iii. 數(shù)據(jù)庫：存放推理證據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果的工作存儲數(shù)據(jù)庫：存放推理證據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果的工作存儲 器器 iv.知識獲取機制：擴充和修改知識庫 v.解釋機制：解釋、說明 vi.人機界面人機界面 36 專家系統(tǒng)的工作原理專家系統(tǒng)的工作原理 3 3.3 3.3 材料

16、科學(xué)專家系統(tǒng)材料科學(xué)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)工作原理圖專家系統(tǒng)工作原理圖 知識庫知識庫 推理機推理機 專家知識專家知識 輸入或提問輸入或提問 答案答案 37 專家系統(tǒng)的工作原理專家系統(tǒng)的工作原理 3 用 戶領(lǐng) 域 專 家 人 機 接 口 推 理 機解 釋 程 序知 識 獲 得 綜 合 數(shù) 據(jù) 庫 知 識 庫 專家系統(tǒng)工作原理圖專家系統(tǒng)工作原理圖 專業(yè)知識專業(yè)知識 why how 信息信息 knowledge base global database reasoning machine explicator interface 38 專家系統(tǒng)的類型專家系統(tǒng)的類型 4 解釋專家系統(tǒng)（解釋專家系統(tǒng)（int

17、erpretation es ） 預(yù)測專家系統(tǒng)（預(yù)測專家系統(tǒng)（prediction es) 診斷專家系統(tǒng)（診斷專家系統(tǒng)（diagnosis es ） 設(shè)計專家系統(tǒng)（設(shè)計專家系統(tǒng)（design es ） 規(guī)劃專家系統(tǒng)（規(guī)劃專家系統(tǒng)（planning es ） 監(jiān)視專家系統(tǒng)（監(jiān)視專家系統(tǒng)（monitoring es） 控制專家系統(tǒng)（控制專家系統(tǒng)（control） 調(diào)試專家系統(tǒng)（調(diào)試專家系統(tǒng)（debugging） 教學(xué)專家系統(tǒng)（教學(xué)專家系統(tǒng)（instruction） 修理專家系統(tǒng)（修理專家系統(tǒng)（repair） es在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用 41 水泥廠化驗室專家系統(tǒng)水泥廠化驗室專家系統(tǒng) 5 3.4

18、3.4 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) http:/ 武漢億勝科技有限公司武漢億勝科技有限公司 總結(jié)了幾百家水泥廠化驗室的工作經(jīng)驗，針對當(dāng)總結(jié)了幾百家水泥廠化驗室的工作經(jīng)驗，針對當(dāng) 前水泥廠普遍存在的一些技術(shù)問題，并經(jīng)國家水泥質(zhì)量前水泥廠普遍存在的一些技術(shù)問題，并經(jīng)國家水泥質(zhì)量 監(jiān)督檢驗中心認可，中國水泥協(xié)會推薦的適用于所有水監(jiān)督檢驗中心認可，中國水泥協(xié)會推薦的適用于所有水 泥廠的泥廠的微機質(zhì)量分析、決策的管理系統(tǒng)。微機質(zhì)量分析、決策的管理系統(tǒng)。 有報表自動匯總、產(chǎn)質(zhì)量分析、最佳配料方案、有報表自動匯總、產(chǎn)質(zhì)量分析、最佳配料方案、 最佳磨機級配、最佳石膏摻量、最佳粉磨細度、最佳混最佳

19、磨機級配、最佳石膏摻量、最佳粉磨細度、最佳混 合材摻量、窯況判斷和自動預(yù)報結(jié)窯和生燒情況、智能合材摻量、窯況判斷和自動預(yù)報結(jié)窯和生燒情況、智能 化配料計算和智能化配球計算、設(shè)備故障原因分析和排化配料計算和智能化配球計算、設(shè)備故障原因分析和排 除、遠程通訊、技術(shù)咨詢等。除、遠程通訊、技術(shù)咨詢等。 42 汽車沖壓件選材專家系統(tǒng)汽車沖壓件選材專家系統(tǒng) 5 3.4 3.4 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué) 43 汽車沖壓件選材專家系統(tǒng)汽車沖壓件選材專家系統(tǒng) 5 3.4 3.4 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) 南京航空

20、航天大學(xué)南京航空航天大學(xué) 汽車左車門內(nèi)板選材實例汽車左車門內(nèi)板選材實例 44 汽車沖壓件選材專家系統(tǒng)汽車沖壓件選材專家系統(tǒng) 5 3.4 3.4 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) 南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué) 汽車左車門內(nèi)板選材實例汽車左車門內(nèi)板選材實例 45 汽車沖壓件選材專家系統(tǒng)汽車沖壓件選材專家系統(tǒng) 5 3.4 3.4 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) 南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué) 汽車左車門內(nèi)板選材實例汽車左車門內(nèi)板選材實例 46 汽車沖壓件選材專家系統(tǒng)汽車沖壓件選材專家系統(tǒng) 5 3.4 3.4 典型材料學(xué)科專家系統(tǒng)典型材料學(xué)科專家系統(tǒng) 南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué) 汽車左車門內(nèi)板選材