材料数据库和专家系统课件.ppt

1、1本本 章章 要要 点点数据库系统的组成与结构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与工程数据库材料科学专家系统材料科学专家系统典型材料学科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材料科学与工程中的数据库与专家系统的应用系统的应用2 3.1 3.1 数据库系统的组成与结构数据库系统的组成与结构数据库系统概述数据库系统概述180s后后涉及到各种工程和科技领域涉及到各种工程和科技领域70-80s 关系数据库关系数据库理论（数学基础）理论（数学基础）60s 层次数据层次数据模型和模型和网状数据网状数据模型模型如：分布式数据库、工程数据库、模糊数据库、并行如：分布式数据库

2、、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。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v数据与数据间的关系v是建立数据库管理系统的基础v类型：类型：i.层次模型层

3、次模型树型结构：表示一对一和一对多联系树型结构：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73.1 3.1 数据库系统的组成与结构数据库系统的组成与结构数据库系统结构数据库系统结构（数据库数据库、应用程序应用程序、物理存储器物理存储器、DBMS、用户）、用户）28工程数据库工程数据库23.1 3.1 数据库系统的组成与结构数据库系统的组成与结构Eg.一个一个CAD系统主要包括系统主要包括DBMS、图形系统、方法库及应用程序四大软件模块、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工程数据库的应用环境 应用程序应用程序方法库方法库

4、图像系统图像系统DBMS数据库9数据库数据主要特征数据库数据主要特征33.1 3.1 数据库系统的组成与结构数据库系统的组成与结构数据一致性、可维护性数据一致性、可维护性数据独立性数据独立性数据共享数据共享数据结构化数据结构化减少数据冗余减少数据冗余数据库设计步骤数据库设计步骤i.需求分析需求分析v 了解用户需求了解用户需求v 基础：最难、耗时基础：最难、耗时v 影响后续工作影响后续工作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：物理结构设计：v 存储结构存储结构v 存储方法存储方法v.数据库

5、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材料数据库的发展材料数据库的发展43.2 3.2 材料科学与工程数据库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：数据库中材料数据库占有很大的比例，包括：合金相图合金相图数据数据库、库、陶瓷相图陶瓷相图数据库、数据库、材料腐蚀材料腐蚀数据库、数据库、材料摩擦磨损材料摩擦磨损数据数据库等等；它的库等等；它的晶体数据晶体数据中心收集了中心收集了10余万个晶体数据；此外，余万个晶体数据；此外，还建立了还建立

6、了材料力学性能材料力学性能数据库，数据库，金属弹性性能金属弹性性能数据库中心和数据库中心和金属扩散金属扩散数据中心等。数据库涉及面广，往往几个单位甚至数据中心等。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几个国家联合建库。如欧洲热力学数据科学学会SGTE国外国外材料数据库的发展材料数据库的发展43.2 3.2 材料科学与工程数据库材料科学与工程数据库FactSage Databaseshttp:/www.crct.polymtl.ca/ICSD(Inorganic Crystal Structure Database)Databasehttp:/icsd.ill

7、.fr/icsd/The Powder Diffraction File(PDF)The International Centre for Diffraction Data http:/ Structural Database System)http:/www.ccdc.cam.ac.uk/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PDF X衍 射 数 据 库国外国外MDI Jade16l PC-PDF检索系统检索系统 1938年首次发表年首次发表PDF(Powder Diffraction File);现在使用现在使用的的PDF卡由美、英、加等组织的卡由美、英、加等组织的JC

8、PDS-ICDD开发的开发的Windows界面软件系统。（界面软件系统。（PDF2010）l 二元相图数据库系统二元相图数据库系统 美国美国ASM和和NIST收集了最完整的相图资料并开发了二元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。二元合金相图有相图有4700余幅二元相图，给出了合金相的结构，晶体结余幅二元相图，给出了合金相的结构，晶体结构，最大溶解度，熔点等资料。构，最大溶解度，熔点等资料。l 现代网络数据库及估算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的网络模拟程序提供了

9、未来用网络计算机进行热力学计算和开发的基本模式。在学计算和开发的基本模式。在FACT的网上用得最多的程的网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可以计算可以计算H，G，S，Cp等热力学等热力学参数。参数。17材料数据库的发展材料数据库的发展43.2 3.2 材料科学与工程数据库材料科学与工程数据库材料热处理数据库材料热处理数据库北京机电研究所北京机电研究所机械工程材料数据库机械工程材料数据库上海材料研究所上海材料研究所航空材料数据库航空材料数据库航空航天工业部材料数据中心航空航天工业部材料数据中

10、心国内国内腐蚀数据库和摩擦数据库腐蚀数据库和摩擦数据库武汉材料保护研究所武汉材料保护研究所8080s s以来以来，我国在数据库技术方面有很大发展。，我国在数据库技术方面有很大发展。18材料数据库的发展材料数据库的发展43.2 3.2 材料科学与工程数据库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，数据库，621所建立航空材料数据库，长春应化所的稀土材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。等。国内国内90

11、90s s清华大学材料研究所等单位联合建成新材清华大学材料研究所等单位联合建成新材料数据库料数据库,包括新型金属和合金、精细陶瓷、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新型高分子材料、先进复合材料和非晶态材料料5 5个子库。个子库。19材料数据库应用举例材料数据库应用举例5(http:/www.china- Jade物相检索物相检索21材料数据库应用举例材料数据库应用举例53.2 3.2 材料科学与工程数据库材料科学与工程数据库二元相图数据库二元相图数据库美国金属学会美国金属学会(ASM)，美国国家标准局，美国国家标准局(NIST)4700余幅二元合金相图Eg,输

12、入Ti、N22材料数据库应用举例材料数据库应用举例53.2 3.2 材料科学与工程数据库材料科学与工程数据库(http:/)PDF DatabasesPDF2-2004年版PDF2-2008年版年版23网络化：面向全球用户数据库的发展趋势数据库的发展趋势6v智能化：单纯的数据检索、浏览专家系统：提供咨询、帮助决策v也可与CAD、CAM配套使用数据库的发展趋势数据库的发展趋势6v 现代化：面向当前的需求v 商业化：付费产品质量和服务质量 双赢v 标准化：不同单位间共享数据库的发展趋势数据库的发展趋势67.2 专家系统在材料科学与工程中的应用专家系统在材料科学与工程中的应用v 代替人进行推理、咨询

13、、决策v 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专家系统的历史和发展13.3 3.3 材料科学专家系统材料科学专家系统 人工智能人工智能(Artificial Intelligence,AI)是计算是计算机科学的一个分支，是机科学的一个分支，是20世纪中期产生的并世纪中期产生的并正在迅速发展的新兴边缘学科。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、最具实用是人工智能研究领域中最活跃、最具实用价值的应用领域。价值的应用领域。什么是专家系统什么是专家系统(Expert System,ES)？专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量专家系统是一个

14、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。知识和解决问题的方法来处理该领域问题。p 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专家系统的组成2ii.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数据库：存放推理证据、中间结果和最终结果的工作存储器器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.人机界面人机界面36专家系统的工作原理专家系统的工作原理33.3 3

15、.3 材料科学专家系统材料科学专家系统专家系统工作原理图专家系统工作原理图知识库知识库推理机推理机专家知识专家知识输入或提问输入或提问答案答案37专家系统的工作原理专家系统的工作原理3用 户领 域 专 家人 机 接 口推 理 机解 释 程 序知 识 获 得综 合 数 据 库知 识 库专家系统工作原理图专家系统工作原理图专业知识专业知识Why How 信息信息Knowledge baseGlobal databaseReasoning machineExplicatorInterface38专家系统的类型专家系统的类型4解释专家系统（解释专家系统（interpretation ES ）预测专家系

16、统（预测专家系统（prediction ES)诊断专家系统（诊断专家系统（diagnosis ES）设计专家系统（设计专家系统（design ES）规划专家系统（规划专家系统（planning ES）监视专家系统（监视专家系统（monitoring ES）控制专家系统（控制专家系统（control）调试专家系统（调试专家系统（debugging）教学专家系统（教学专家系统（instruction）修理专家系统（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水泥厂化验室专家系统53.4 3.4 典型材料学科专家系统典型材料学科专家系统http:/ 总结了几百家水

17、泥厂化验室的工作经验，针对当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泥厂的微机质量分析、决策的管理系统。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、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、智能合材掺量、窑况判断和自动预报结窑和生烧

18、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。除、远程通讯、技术咨询等。42汽车冲压件选材专家系统汽车冲压件选材专家系统53.4 3.4 典型材料学科专家系统典型材料学科专家系统系统的总体结构图系统的总体结构图南京航空航天大学南京航空航天大学43汽车冲压件选材专家系统汽车冲压件选材专家系统53.4 3.4 典型材料学科专家系统典型材料学科专家系统南京航空航天大学南京航空航天大学汽车左车门内板选材实例汽车左车门内板选材实例44汽车冲压件选材专家系统汽车冲压件选材专家系统53.4 3.4 典型材料学科专家系统典型

19、材料学科专家系统南京航空航天大学南京航空航天大学汽车左车门内板选材实例汽车左车门内板选材实例45汽车冲压件选材专家系统汽车冲压件选材专家系统53.4 3.4 典型材料学科专家系统典型材料学科专家系统南京航空航天大学南京航空航天大学汽车左车门内板选材实例汽车左车门内板选材实例46汽车冲压件选材专家系统汽车冲压件选材专家系统53.4 3.4 典型材料学科专家系统典型材料学科专家系统南京航空航天大学南京航空航天大学汽车左车门内板选材实例汽车左车门内板选材实例47计算机辅助合金设计计算机辅助合金设计53.5 3.5 ANNANN在材料科学中的应用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

20、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计算机辅助合金设计53.5 3.5 ANNANN在材料科学中的应用在材料科学中的应用代用开始输入材料性能要求检索有用信息D=？YN估算性质初步选择材料性能改进性能估计结束集合并集合并 集合交集合交 491、专家系统的基本构成、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；、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（、借助索引数据库（EI和和SCI）检索、利用检索、利用Elsevier全全文数据库查询外文文献文数据库查询外文文献4篇（自己感兴趣的方向）。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、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刊文献4篇。（自己感兴趣的方向）篇。（自己感兴趣的方向）5、利用通用的、利用通用的Google、Yahoo、Sina、Sohu搜索引擎检搜索引擎检索材料网站索材料网站 （包括：国内外材料网站（包括：国内外材料网站4个）个）练习作业：练习作业：