陶瓷基复合材料(Fe3AlAl2O3)设计专家系统原型的研究与.pdf

《陶瓷基复合材料(Fe3AlAl2O3)设计专家系统原型的研究与.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《陶瓷基复合材料(Fe3AlAl2O3)设计专家系统原型的研究与.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 1 7卷第 4期 2 0 0 3年 l 2月 山东轻工业学院学报 J O U R N A L O F S H A N D O N G I N S 3 1 3 U3 E O F HG H T D U S m Y Vo 1 1 7 No 4 De c 20 o 3 陶瓷基 复合材 料(F e 3 A 1 A 1 2 0 3)设 计 专家 系统原 型的研 究 与实现 赵秀阳。刘希 民。梁立新。赵合计。尹衍升(1 济南 大学 信息学 院，山东 济南2 5 0 0 2 2；2 山东大学 计算机学院，山东 济南2 5 0 0 6 1；3 山东大学 材料学 院，山东 济南2 5 0 0 6 1)摘要：本

2、文简要介绍了材料设计的意义和F 勺 A l 0 3 陶瓷复合材料的性能特点，重点阐述了F A I 0 3 陶 瓷 复合材 料设 计专 家系统 的组 成及 实现。关键 j 司：专家系统；材料设计；F e 3 A 1 A 1 2 0 3 陶瓷复合材料 中图分 类号：I l tr 3 3 2 文献标识 码：A 文章编 号：1 0 0 4 4 2 8 0(2 0 0 3)0 4 0 0 5 6 0 4 材料设计 的 目的在于改变传统 的研制新材料的方法。利用传统 的“试错法”研究新材料是 先试 制 出一批材料，然后再 分析其成分和结构，测试 其性 能，从 中找 出一种 适用 的材料 和生产 工艺。其效

3、率很 低，且带 有一定的盲 目性。而采用 计算机辅助 的材料设计，可 以摆脱这种实验 先 行的研究方法，用较少 的实验获得较为理想 的材料 1。归 纳法进行材料设计 的一般过程 是：根 据设计要求，提 出所需性 能指标，先对数 据库进行 查询，如果 查询成功，则用 优化系统选择 出 最符合 要求的材料，如果查询不成 功，则利用 知识库 中的有 关知识进 行推 理，给 出材料组 分和 工 艺 的 建议 2 l。1 F e 3 A l 2 0 3陶瓷 复 合 材料 氧化铝 陶瓷是一种发展 和应用都 比较早 的高温结构 陶瓷材料，它 以 aA I 2 o 3为主 晶。具 有高 强度，高硬 度，耐磨损

4、，耐腐蚀，以及耐 高温 和质量 轻等 突出优 点，因而其用 途 十分广 泛。但 是其最大 的弱点是脆性很 大。铁铝基金属间化合物强度较高，并具有一定 的塑性，且价格低 廉，在许 多地方可 以代替不 锈钢等材料 J。将铁铝基金属 间化合物和氧化铝陶瓷相复合，不但 提 高 了氧化铝陶 瓷的塑性，改善 了它的强度，而且 实现 了氧化铝 陶瓷材料 的低价 制备，市场 前 景 十 分广 阔。目前，我们对 F e 3 A 1 A I 2 0 3陶瓷复合 材料从电子理论设计到如何 添加微 量元素来 改变材料 的性能，从材料 的微 观结 构到材料 的烧结工艺 都进 行 了大量 的研究，资料多但是缺乏 系统归纳

5、 总结。因此我们 对资料进行 了系统 的总结 归纳而建立 了针对该材料 的设计 专家系统。收 稿 日期：2 O O 30 62 6 作者 简介：(1 9 7 4-)，男，山东 省宁津 县人，济南 大学信 息学 院讲 师，工学 硕 士，现 主要从 事计算 材料学 方 面研究。维普资讯 http:/ 第 4期 赵 秀阳等：陶瓷基 复合材料(F e 3 A I A I 2 0 3)设 计专家系统 原型的研究与实 现 5 7 2系统 的功能 本 系统具 有以下功 能：具 有 一个 数 据 库能 够查 询 关 于 F e a A 1 A I 2 0 3陶瓷 复合 材 料 的数 据；具有 一个 数据处理程

6、序，具有添加、删除、修改、排 序数 据等 功能；具 有一 个知 识库，能 够保 证系统有 效 的推 理；给定 F e a A 1 A I 2 O 3陶瓷 复合材料 的性 能，能推荐 出该材 料的成分 与 工艺；给定 F e，A l A l 2 0 3陶瓷 复合 材料的成分，能够预测 出该 材料的性能；能记 录重要 的推 理 过 程 可 以查 看。3系统 的组成 如图 1 所 示，本 系统 由数据 库、知 识库、推 理机、人 机接 口、知识 库 写 入 器 和 解 释程 序 组 成。下 面分别讨论各部分 的实现技术和功能。3 1 数据库 数据 库 中收集 了 F e 3 A 1 A I 2 陶

7、瓷 复合 材 料的 各 种 数据。采 用 A c c e s s建 立。在 前 台用 数据处理 程 序 处 理 数据，采 用 单 文 档界 面 用 O D B C动态连 接 敬据 源，然后 执 行 s Q L字 符 串 并检索 出数 据_ 4 。数据处 理程 序 具 有查看、修 图 1 系统的结构 改、添加、删除、排序、查询、打印等功能。该处理程 序采用 V C+6 0语言 编写。3 2知 识 库 知识 的表示采用产 生式 规则。知识 库采 用一 定格式 存 储 的二进 制 文件。其 存储 格 式 如 下：t y p e d e f s t r u c!s Z HI S HI B yr E B

8、 c o u n t；序号 c h a r s Q i a n t i 3 0；前提 c h a r s J i l u n 3 0 ；结论 d o u b l e C r e d i t；可信 度 s ZHI SHI；例如，在知识库 中基体材 料选 择部分有这样几条规则：1 i f H G t h e n AI 2 o3 0 8 2 i f H J G t h e n F e a A1 M 2 0 5 知识 的获取：果用被动式获取 知识的方法，由知识工 程师通 过 与领域 专家 的多次交 流来 挖 掘有关的领域 知识，通过一个 知识编辑器写入知识 库。3 3 推 理 机 根据 设计要求，利用

9、启发性知识完成 知识库 的搜索、推 理，最后 得到设 计结 果。根 据设计 的要求，如 果在数 据库 中查询不 到，则 系统就 会根 据设计 的要求形成 一定 的事实，然 后，推 理 机 就会将 这些事实 与知识 库中的规则 的前提部 分进 行 匹配，本 系统采用 确定 性 匹配。由 于 本 系 维普资讯 http:/ 5 8 山 东轻工业学院学报 第 1 7卷 统 中规则 的前提 子句和结论 子句都采用 三些 关键词描述，因而确定性 匹配 比较 简单，只要关 键 词完全匹配，它们就 匹配成功。这样 匹配方式 简单，推理 的效 率高。如果 匹配成 功，则 以一 定 的 可 信 度 断 言结 论

10、。在推理 过程 中，推理机要 不断的用 当前 已知 的事实 与知识库 中的知识进行 匹配，此 时可能 发生三种情 况：(1)已知事 实不能与知识库 中的任何 知识 匹配成功；(2)已知事实恰好 只与知识 库 中的一个 知识 匹配成 功；(3)已知事实可与知 识库 中 的多个知 识匹 配成功，或则 有 多个 已知 事实 可与知识库 中的某 一知识匹 配成功，或者 多个 已知 事实与知识库 中的多个 知识 匹配成功。若 出现 第三种情况就认 为发生 了冲突。就需 要用 冲突消解策 略来 解决 问题。本系统采用 以下 两种 冲突消解策 略：(1)按 可信 度排序：若规 则 1和规则 2都 可匹配成功

11、，则 根据它们 的可信度 进行优先排 序。(2)按规 则存储顺序：若规则 1和规 则 2都 可匹 配成功，而它们 的可信 度又相 等，则按其序储 的顺序来决定起 用那条规则。在 推理过程 中，系统首先选择 出基体材料，在基体材料选择 中，由于 F e z A X l 2 0 3陶瓷复合 材料 的表征性 能的参 数有：硬 度、断裂韧性、屈服强度，对于 由不 同参数得 出的结论 经过概率公 式 P(A B C D)=P(A)P(B)P(C)P(D)计算 如果 P(AB C D)大于我们设定的 阀值，那么就推理 成功，以一定 的可信度得 出相应 的基 体材 料。如果基 本材 料是 F e a A I

12、 或 A l 2 0 3，则给 出相 应 的 信息。如果基体材料 是 F e a A 1 A I 2 0 3陶瓷复合材料，则推理 机会选取适 当的规则来 确定各 组分 的百 分含量和加工工艺 由于基体材料是 F A 1 M2 o 3 陶瓷复合材料也 是带有 一定 的可信度 的，所 以在 推理过程 中推理 机运用全概率公式 P(A)=P(B)*P(Al B)来确 定各组 分的百分含 量和 加工工 艺。3 4知识写入程序 在 本系统 中由于知 识库使用二进制文件，不易看懂，所 以我们采用 了一个知识 库写 入器用 以写入规 则。知识库 写 入器 界 面采 用 在对话 框 中加 入 MS He x

13、Gfi d控件 和 E d i t C t r l 控 件，利 用 MS F l e x Gr i d控件 对知识库 中的知识进 行写 入、显示，利用 E d i t C t r l 控 件对 知识 库 中的知 识进 行 编辑、修改，从而实现 了知识的可视化写入、编辑、修改等 功能 5。3 5 解 释功能 本 系统采用一 Wo r d文件对 重要的推理过程进 行 了记 录，增 加 了推理 的透 明性。另 外，本 还具有 帮助，对 系统的功能方法 和作 了说 明。4应用 实例 在该材 料设计 专家 系统模 型中的组分 因素有：F e a A I 的百 分含 量，A l 2 0 3的百 分含量，C

14、 r的 百分含量；：艺因素有：烧 结 温度 和烧结 压力。F e 3 A 1 A I 2 0 3陶 瓷复合 材 料的表 征性 能 的参数 主要有：硬度、断裂 韧性、屈 服强度。表 1是设 汁值与实验验证值 的对 比：表 1 材料 设计 与实 验验 证 如表 1 所示，我们首先 利用该专家 系统根 据材 料的性 能(硬度，断裂 韧性，屈 服强度)设 计 出材料 的组 分(F e 3 ：1 9 1 ，A l 2 0 3：7 8，C r：2 9)和 工艺(温 度：1 5 2 0 C，压力：1 0 Mp a)。然 维普资讯 http:/ 第 4期 赵秀 阳等：陶瓷基复合材料(F A 1 A 1 2 o

15、 3)没计 专家系统原型 的研究 与实现 5 9 后将材 料的组 分按照(F e 3 A l：1 9 1 ，A 1 2 0 3：7 8，C f：2 9)将 工 艺条件 按 照(温 度：1 5 2 0 C，压 力：l O Mp a)进行实验。得 到的实 验结 果 为：硬度：9 0 6 7，断裂 韧性 1 1 1，屈 服强 度：3 8 8 2 7。与 设计 的条件有一定 的偏 差，其 主要 原因在于条件 中考虑 的因素偏 少，以及 知识库中的规则不是 特 别精确所致，但偏差 均在 1 0 之 内，说明该专家 系统对 实验有 一定 的指导意义。5 结束 语 材料科学 的发展还处在从依赖事 实和经 验

16、积 累的科学 向系统 的能够 预见的科 学发展 的过 程 中 6 ，正是 由于材料科学 发展不成熟，所 以材料 的组 分、工艺 和性能 之 间的关系 往往没有 明 显的规律，在它们之间很难建 立一种完全的数学模型。本 系统针 对 F e 3 A 1 A 1 0 3 陶瓷复合 材料 的特点，总结 了该材料 组分、工艺 和性 能 之 间的关 系 用 二进 制 文件 建 立 了，一 个 的知 识 库，用 A c c e s s 建 立了一个 数据库，采用启发式不精确推理技术进行推理，采用 V C+6 0做为程 序开 发语言，采用 Wi n d o w s 9 8做 为开发 环境，从 而实现 了 A

17、l ，A l 2 陶 瓷复合 材料 的性 能预测 与 设 计。参考文献：1 韦江维，胡华安，何华辉 计算机辅助 B i Y I G磁光薄膜材料设汁专家系统的研究 J 材料导报，1 9 9 6；(3)：5 (2 吕允文，夏宗宁，赖树纲，孙义忠 材料 设计 家系统与人工神经网络的应用【J j 材料导报，1 9 9 4；(6)：1 3 尹衔升，施忠良，刘俊友 铁铝金属间化合物一合金化 与成分设计 M 上海：上海交通大学出版社，1 9 9 6 4 j V i s u a l C+6宝典 M 美 R e d u L e i n e c k e r，T a n L,c h e r 著 张艳等 译 北 京：

18、电子工 业出版 社 1 9 9 0 5 安红 利用 A v e x控件 实现 对表格 的 显示 和控制 J J 电脑 编程技 巧 与维护，1 9 9 9；(9)：3 4 6 j 姚熹 材料 科学 与微 型电脑 J 微 型 电脑应 用，1 9 9 9；(3)：1 S t u d y a n d i mp l e me n t a t i o n o f F e 3 AIfA1 2 03 c e r a mi c b a s e d c o mp o s i t e ma t e ria l d e s i g n e x p e r t s y s t e m p r o t o t y p e

19、 2 L o Xi uy a n g ，L I U xi mi l l ，L I A NG 一x i n ，-I AO He j i 2，YI N Y a n一 (1 S c h o o l o f I n f o r ma t i o n Sci e n c e a n d E n g i n e e r i n g，J i n an U n i v e r s i t y，J i n a n 2 5 0 0 2 2，C h i n a；2 Sch oo l o f C o mp u t e r Sc i e n c e an d E n g i n r i n g，S h a n d o

20、n g U n i v e rsi ty，J i n a n 2 5 0 0 6 1，C h i n a；3 Sch o o l o f Ma t e ri a l Sci e n c e and E n g i n e e r i n g，S h a n d o n g U n i v e rsi ty，J i n a n 2 5 0 0 6 1，C h i n a)Al a-a e t：T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e s i g n i fi c a n c e o f ma t e r i al d e s i g n an d t

21、he c h a r a c t e ri s t i c s o f F e 3 A 1 A 1 2 03 c e r a l n i c b a s e d c o m p o s i t e s i n b ri e f，and e m p h a s i z e d t h e c om p o s i n g and i m p l e me n t a t i o n o f F e 3 A L A 1 2 03 c e r s n l l C b a s e d c o m p o s i t es d esi g n i n g e x p e r t s y s t e m Ke y w o r d s：e x p e r t s y s t e m；ma t e ri al d esi gn；F e 3 A L A 1 2 03 c e r a m i c c om p o s i t es 维普资讯 http:/