材料数据库和专家系统课件

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23.1数据库系统的组成与结构数据库系统概述180’s后——涉及到各种工程和科技领域70-80’s——关系数据库理论（数学基础）60’s——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。23.1数据库系统的组成与结构数据库系统概述180’s后（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（2）数据模型类型：层次模型——树型结构：表示一对一和一对多联系类型：ii.网状模型——网络结构：表示多对多联系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iii.关系模型——若干二维表格集合73.1数据库系统的组成与结构数据库系统结构（数据库、应用程序、物理存储器、DBMS

、用户）273.1数据库系统的组成与结构数据库系统结构（数据库、应用8工程数据库23.1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8工程数据库23.1数据库系统的组成与结构Eg.一个CA9数据库数据主要特征33.1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9数据库数据主要特征33.1数据库系统的组成与结构数据一致数据库设计步骤i.需求分析了解用户需求基础：最难、耗时影响后续工作数据库设计步骤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ii.概念结构设计阶段iv.物理结构设计：存储结构存储方法iv.物理结构设计：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v.数据库实施14材料数据库的发展43.2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14材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库美国是世界材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库FactSageDatabaseshttp://www.crct.polymtl.ca/ICSD(InorganicCrystalStructureDatabase)Databasehttp://icsd.ill.fr/icsd/ThePowderDiffractionFile(PDF)

TheInternationalCentreforDiffractionData

/CSD(CambridgeStructuralDatabaseSystem)http://www.ccdc.cam.ac.uk/国外MDIJade材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库FactSag16PC-PDF检索系统

1938年首次发表PDF(PowderDiffractionFile);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。16PC-PDF检索系统17材料数据库的发展43.2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80’s以来，我国在数据库技术方面有很大发展。17材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库材料热处理18材料数据库的发展43.2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。18材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库北京科大等19材料数据库应用举例5(/materialtry/clph/Default.asp)机械工程材料数据库19材料数据库应用举例5(http://www.china-20材料数据库应用举例5(/materialtry/clph/Default.asp)MDIJade物相检索20材料数据库应用举例5(http://www.china-21材料数据库应用举例53.2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、N21材料数据库应用举例53.2材料科学与工程数据库二元相图22材料数据库应用举例53.2材料科学与工程数据库()PDFDatabasesPDF2-2004年版PDF2-2008年版22材料数据库应用举例53.2材料科学与工程数据库(htt2323网络化：面向全球用户数据库的发展趋势6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智能化：单纯的数据检索、浏览→专家系统：提供咨询、帮助决策数现代化：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现代化：面向当前的需求数据库的发展趋势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—→代替人进行推理、咨询、决策29专家系统的历史和发展13.3材料科学专家系统人工智能(ArtificialIntelligence,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(ExpertSystem,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。29专家系统的历史和发展13.3材料科学专家系统知识库：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知识库：存储专家的知识（数字化），包括计算模型、表达式、判据ii.推理机：根据专家知识进行推理——核心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iii.数据库：存放推理证据、中间结果和最终结果的工作存储iv.知识获取机制：扩充和修改知识库iv.知识获取机制：扩充和修改知识库v.解释机制：解释、说明v.解释机制：解释、说明vi.人机界面vi.人机界面36专家系统的工作原理33.3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36专家系统的工作原理33.3材料科学专家系统专家系统工作37专家系统的工作原理3专家系统工作原理图专业知识WhyHow信息KnowledgebaseGlobaldatabaseReasoningmachineExplicatorInterface37专家系统的工作原理3专家系统工作原理图专业知识WhyH38专家系统的类型4解释专家系统（interpretationES）

预测专家系统（predictionES)

诊断专家系统（diagnosisES）

设计专家系统（designES）规划专家系统（planningES）监视专家系统（monitoringES）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）38专家系统的类型4解释专家系统（interpretatioES在材料科学与工程中的应用ES在材料科学与工程中的应用材料数据库和专家系统课件41水泥厂化验室专家系统53.4典型材料学科专家系统/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。41水泥厂化验室专家系统53.4典型材料学科专家系统htt42汽车冲压件选材专家系统53.4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42汽车冲压件选材专家系统53.4典型材料学科专家系统系统43汽车冲压件选材专家系统53.4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43汽车冲压件选材专家系统53.4典型材料学科专家系统南京44汽车冲压件选材专家系统53.4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53.4典型材料学科专家系统南京45汽车冲压件选材专家系统53.4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53.4典型材料学科专家系统南京46汽车冲压件选材专家系统53.4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53.4典型材料学科专家系统南京47计算机辅助合金设计53.5ANN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(ComputerAidAlloyDesign，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。47计算机辅助合金设计53.5ANN在材料科学中的应用48计算机辅助合金设计53.5ANN在材料科学中的应用集合并∪集合交∩48计算机辅助合金设计53.5ANN在材料科学中的应用集合491、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：491、专家系统的基本构成练习作业：50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513.1数据库系统的组成与结构数据库系统概述180’s后——涉及到各种工程和科技领域70-80’s——关系数据库理论（数学基础）60’s——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。23.1数据库系统的组成与结构数据库系统概述180’s后（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（2）数据模型类型：层次模型——树型结构：表示一对一和一对多联系类型：ii.网状模型——网络结构：表示多对多联系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iii.关系模型——若干二维表格集合563.1数据库系统的组成与结构数据库系统结构（数据库、应用程序、物理存储器、DBMS

、用户）273.1数据库系统的组成与结构数据库系统结构（数据库、应用57工程数据库23.1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8工程数据库23.1数据库系统的组成与结构Eg.一个CA58数据库数据主要特征33.1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9数据库数据主要特征33.1数据库系统的组成与结构数据一致数据库设计步骤i.需求分析了解用户需求基础：最难、耗时影响后续工作数据库设计步骤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ii.概念结构设计阶段iv.物理结构设计：存储结构存储方法iv.物理结构设计：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v.数据库实施63材料数据库的发展43.2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14材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库美国是世界材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库FactSageDatabaseshttp://www.crct.polymtl.ca/ICSD(InorganicCrystalStructureDatabase)Databasehttp://icsd.ill.fr/icsd/ThePowderDiffractionFile(PDF)

TheInternationalCentreforDiffractionData

/CSD(CambridgeStructuralDatabaseSystem)http://www.ccdc.cam.ac.uk/国外MDIJade材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库FactSag65PC-PDF检索系统

1938年首次发表PDF(PowderDiffractionFile);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。16PC-PDF检索系统66材料数据库的发展43.2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80’s以来，我国在数据库技术方面有很大发展。17材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库材料热处理67材料数据库的发展43.2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。18材料数据库的发展43.2材料科学与工程数据库北京科大等68材料数据库应用举例5(/materialtry/clph/Default.asp)机械工程材料数据库19材料数据库应用举例5(http://www.china-69材料数据库应用举例5(/materialtry/clph/Default.asp)MDIJade物相检索20材料数据库应用举例5(http://www.china-70材料数据库应用举例53.2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、N21材料数据库应用举例53.2材料科学与工程数据库二元相图71材料数据库应用举例53.2材料科学与工程数据库()PDFDatabasesPDF2-2004年版PDF2-2008年版22材料数据库应用举例53.2材料科学与工程数据库(htt7223网络化：面向全球用户数据库的发展趋势6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智能化：单纯的数据检索、浏览→专家系统：提供咨询、帮助决策数现代化：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现代化：面向当前的需求数据库的发展趋势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—→代替人进行推理、咨询、决策78专家系统的历史和发展13.3材料科学专家系统人工智能(ArtificialIntelligence,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(ExpertSystem,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。29专家系统的历史和发展13.3材料科学专家系统知识库：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知识库：存储专家的知识（数字化），包括计算模型、表达式、判据ii.推理机：根据专家知识进行推理——核心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iii.数据库：存放推理证据、中间结果和最终结果的工作存储iv.知识获取机制：扩充和修改知识库iv.知识获取机制：扩充和修改知识库v.解释机制：解释、说明v.解释机制：解释、说明vi.人机界面vi.人机界面85专家系统的工作原理33.3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36专家系统的工作原理33.3材料科学专家系统专家系统工作86专家系统的工作原理3专家系统工作原理图专业知识WhyHow信息KnowledgebaseGlobaldatabaseReasoningmachineExplicatorInterface37专家系统的工作原理3专家系统工作原理图专业知识WhyH87专家系统的类型4解释专家系统（interpretationES）

预测专家系统（predictionES)

诊断专家系统（diagnosisES）

设计专家系统（designES）规划专家系统（planningES）监视专家系统（monitoringES）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）38专家系统的类型4解释专家系统（interpretatioES在材料科学与工程中的应用ES在材料科学与工程中的应用材料数据库和专家系统课件90水泥厂化验室专家系统53.4典型材料学科专家系统/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。41水泥厂化验室专家系统53.4典型材料学科专家系统htt91汽车冲压件选材专家系统53.4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42汽车冲压件选材专家系统53.4典型材料学科专家系统系统92汽车冲压件选材专家系统53.4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43汽车冲压件选材专家系统53.4典型材料学科专家系统南京93汽车冲压件选材专家系统53.4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53.4典型材料学科专家系统南京94汽车冲压件选材专家系统53.4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53.4典型材料学科专家系统南京95汽车冲压件选材专家系统53.4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53.4典型材料学科专家系统南京96计算机辅助合金设计53.5ANN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(ComputerAidAlloyDesign，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。47计算机辅助合金设计53.5ANN在材料科学中的应用97计算机辅助合金设计53.5ANN在材料科学中的应用集合并∪集合交∩48计算机辅助合金设计53.5ANN在材料科学中的应用集合981、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：491、专家系统的基本构成练习作业：