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1、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23.1 数据库系统的组成与结构数据库系统概述180s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 v数据
2、与数据间的关系 v是建立数据库管理系统的基础v类型：i.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）28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库设计设计 步骤骤i.需求分析v
3、 了解用户户需求v 基础础：最难难、耗时时v 影响后续续工作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. 物理结结构设计设计 ：v 存储结储结 构v 存储储方法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，
4、 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43.2 材料科学与工程数据库FactSage Databaseshttp:/www.crct.polymtl.ca/ICSD (Inorganic Crystal Structure Database) Databasehttp:/icsd.ill.fr/icsd/ The Powder Diffraction File (PDF)The International Centre for Diffraction D
5、atahttp:/ Structural Database System) http:/www.ccdc.cam.ac.uk/ 国外MDI Jade16l 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） l 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。 l 现代网络数
6、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
7、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- Jade物相检索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、N22材料数据库应用举例53.2 材料科学与工程数据库(http:/)PDF Datab
8、asesPDF2-2004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67.2 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、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13.3 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
9、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。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 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33.3 材料科学专家系统专家系统
10、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 baseGlobal databaseReasoning machineExplicatorInterface38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
11、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53.4 典型材料学科专家系统http:/ 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
12、学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47计算机辅助合金设计53.5 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53.5 ANN在材料科学中的应用集合并 集合交 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：
