1．技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵

　　專(zhuān)家系統(tǒng)作為一項(xiàng)嶄新的技術(shù)。還處在不斷發(fā)展時(shí)期，因此胎撤，專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也沒(méi)有一個(gè)固定不變的模式。根據(jù)現(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顩r断凶，一般認(rèn)為伤提，專(zhuān)家系統(tǒng)的核心主要包括知識(shí)表示和推理機(jī)制兩個(gè)方面，具體到熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)也不例外认烁。

　　由于材料和熱處理領(lǐng)域的特殊性肿男，熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)有其自身特點(diǎn)。在知識(shí)表示方面来鸟，熱處理使用的常規(guī)數(shù)據(jù)皂州，包括材料牌號(hào)、零件及產(chǎn)品名稱甲祖、工件類(lèi)型及尺寸劈产、工藝規(guī)范、化學(xué)成分鞍伟、抗拉強(qiáng)度卡涮、沖擊韌度、硬度盘挠、淬透性饼簸、相變動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)等臼磁，一般以數(shù)值形式表示遗挚，所以熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)通常采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)保存知識(shí)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理和控制吊磕。在此基礎(chǔ)上勃犬，插入熱處理領(lǐng)域知識(shí)和熱處理專(zhuān)家知識(shí)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)表示挎狸。

　　在推理和決策方面扣汪，以經(jīng)驗(yàn)和理論公式的計(jì)算為主要線索断楷，輔以邏輯推理，實(shí)現(xiàn)決策功能崭别。在決策過(guò)程中冬筒，根據(jù)用戶輸人的數(shù)據(jù)和已知的事實(shí)得到中間結(jié)果這一環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的，也是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”茅主。在熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)中舞痰，這一部分稱為數(shù)據(jù)導(dǎo)出系統(tǒng)。綜觀目前的熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)诀姚，其數(shù)據(jù)導(dǎo)出機(jī)制不外乎以下兩種方式响牛，一種是以相變動(dòng)力學(xué)計(jì)算為基礎(chǔ)，這方面比較典型的有STAMP系統(tǒng)和PPS系統(tǒng)赫段。另一種是以伴透性計(jì)算為基礎(chǔ)呀打，這方面比較典型的有AC3系統(tǒng)和SSH系統(tǒng)。以下對(duì)數(shù)據(jù)導(dǎo)出系統(tǒng)作進(jìn)一步的介紹糯笙。

　　以相變動(dòng)力學(xué)計(jì)算為基礎(chǔ)的專(zhuān)家系統(tǒng)贬丛，其數(shù)據(jù)導(dǎo)出系統(tǒng)所使用的基礎(chǔ)方程有三個(gè)：

　　l）熱傳導(dǎo)微分方程。使用二維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程夯铡，其形式如下：

　　這里莹宁，t代表時(shí)間，T表示溫度嚎蛀，r是位置坐標(biāo)审腺，qv是相變潛熱，ρ是密度缰畦，cp代表比熱容确列，λ代表熱導(dǎo)率，對(duì)平板β＝0肥稠，對(duì)圓柱β＝1我昵。

　　在具體計(jì)算時(shí)，針對(duì)平板和圓柱類(lèi)等簡(jiǎn)單形狀玫桅，采用差分?jǐn)?shù)值方法近似求解芬角。

　　2）轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)微分方程組。計(jì)算組織轉(zhuǎn)變量哭振，一般采用Avrami方程彻秆，這里給出Avrami方程的一種變化形式

　　式中，y表示轉(zhuǎn)變量结闸，K唇兑，b1，b2，b3是與溫度扎附、成分和晶粒度有關(guān)的參數(shù)蔫耽。

　　3）描述組織和性能關(guān)系的方程組。采用廣義線性混合率計(jì)算性能留夜，即：鋼的某種性能Pj是各組成相性能的積分和

　　式中匙铡，x[T（r，t）碍粥，Yj]為權(quán)重函數(shù)慰枕，Yj為組成相的體積分?jǐn)?shù)。

　　以淬透性計(jì)算為基礎(chǔ)的專(zhuān)家系統(tǒng)即纲，其數(shù)據(jù)導(dǎo)出系統(tǒng)所使用的基礎(chǔ)方程如下：

　　1）淬透性計(jì)算具帮。含硼鋼和非硼鋼的淬透性計(jì)算公式是不一樣的。

　　對(duì)非硼鋼 Di＝AF×CF （4）

　　對(duì)含硼鋼 Di＝AF×CF×F （5）

　　式中低斋，Di為理想臨界直徑停迫，AF為合金乘子，即除碳和硼外的其他合金元素的乘子的乘積司逗；CF為碳及晶粒度的乘子擎若，BF為硼元素的乘子。其中

　　AF＝fMnfSifNifCrfMofCufV （6）

　　這里改佛，fMn為錳元素的乘子漂肖，fSi為錳元素的乘子，其余類(lèi)同遵奇。

　　2）組織轉(zhuǎn)變計(jì)算躯括。首先根據(jù)下述公式據(jù)鋼的化學(xué)成分和臭氏體化參數(shù)計(jì)技各種組織的臨界冷速Vci。

　　υci＝g(Pα,C,Si,Mn,…) （7）

　　式中杏恍，υci為獲得各種組織的臨界冷邀轮昧，i＝1對(duì)應(yīng)獲得馬氏體的體積分?jǐn)?shù)100％的臨界冷速，i＝2對(duì)應(yīng)獲得馬氏體的體積分?jǐn)?shù)90％+貝氏體的體積分?jǐn)?shù)10％的臨界冷速胆狐，等等熟排；Pα為奧氏體化參數(shù)，C為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)虱而，Si為硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)筏餐，余同。

　　3）描述組織和性能關(guān)系的方程組牡拇。采用線性混合率計(jì)算性能魁瞪，即，鋼的某種性能Pj是各組成相性能的加權(quán)平均

　　以數(shù)據(jù)導(dǎo)出系統(tǒng)作為核心的專(zhuān)家系統(tǒng)诅迷，其功能包括下列一些方面：

　　1）組織和性能預(yù)測(cè)佩番。根據(jù)鋼的化學(xué)成分和熱處理參數(shù)計(jì)算預(yù)測(cè)工件熱處理后的組織和性能。

　　2）工藝過(guò)程變更分析及優(yōu)化罢杉。分析工藝參數(shù)變化對(duì)熱處理結(jié)果的影響趟畏，進(jìn)而進(jìn)行熱處理缺陷分析和對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

　　3）熱處理工藝輔助設(shè)計(jì)滩租。利用專(zhuān)家系統(tǒng)的決策功能進(jìn)行熱處理工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)赋秀。

　　4）過(guò)程的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。滲碳過(guò)程的多時(shí)碳勢(shì)控制律想，優(yōu)化控制滲層深度和碳濃度分布猎莲。

　　5）根據(jù)零件幾何尺寸和性能要求選擇材料。為待熱處理的工件選擇適當(dāng)?shù)呐铺?hào)霸碰，該牌號(hào)的淬透性足以保證在給定條件下淬火時(shí)石阵，工件截面上指定點(diǎn)處的性能滿足使用要求。

　　下面以一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明專(zhuān)家系統(tǒng)的功能匣描。假定工程上要為45mm直徑的國(guó)軸選擇最優(yōu)的鋼材豌楷。出于生產(chǎn)考慮，使用淬火油（流速lm/s桶眠，淬火烈度H＝0.4cm-l）作為冷卻介質(zhì)彭倡。工件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，為使工件具有較好的疲勞性能沦煤，在工件截面3/4半徑處回火后的硬度要求為35HRC赴笨。將上述目標(biāo)和約束條件輸入后，系統(tǒng)首先經(jīng)計(jì)算將約束條件（工件截面3/4半徑處回火硬度35HRC）進(jìn)行變換寇祈，最后確定此要求等價(jià)于在端淬試樣上距水冷端11mm處的硬度為45.3HRC忆键。以此作為約束條件進(jìn)行決策搜索，初步得到 GB 40CrNi勋崇，GB 4OMnVB捏章，GB 42CrMo三個(gè)牌號(hào)的鋼種。進(jìn)一步比較三個(gè)鋼種的淬透性帶川梅，系統(tǒng)確定GB 42CrMo能夠很好滿足上述的設(shè)計(jì)要求疯兼。

　　除北京機(jī)電研究所的SSH結(jié)構(gòu)鋼淬造性選材和工藝優(yōu)化系統(tǒng)外，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)和工廠也進(jìn)行了不少有關(guān)熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)方面的研究和開(kāi)發(fā)工作贫途。例如吧彪，上海交通大學(xué)研制的滲碳過(guò)程控制系統(tǒng)，以描述滲碳過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為知識(shí)表示方式丢早，以計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果作為判斷的依據(jù)姨裸，實(shí)現(xiàn)了滲層濃度分布和硬度分布的預(yù)測(cè)；并提出一種新的碳勢(shì)控制方法怨酝，使整個(gè)工藝過(guò)程始終保持在最優(yōu)化狀態(tài)傀缩。北京航空航天大學(xué)開(kāi)發(fā)了航空材料熱處理工藝輔助決策系統(tǒng)，將零件CAD與熱處理理論相結(jié)合，以材料赡艰、工藝和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)作為知識(shí)表示售淡，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行推理和決策，實(shí)現(xiàn)工藝流程制定和專(zhuān)業(yè)知識(shí)咨詢慷垮。此外揖闸，一些工廠也在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助熱處理工藝的研究與開(kāi)發(fā)工作，包括工藝卡片的生成與管理徽榄、特殊零件的熱處理工藝制定等阐赖。

　　2．優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍

　　目前，專(zhuān)家系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上獲得了實(shí)際應(yīng)用胰薪。例如有的汽車(chē)公司皆舅，在生產(chǎn)上廣泛使用熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行工藝分析和制定、現(xiàn)有的生產(chǎn)周期優(yōu)化蓄士、輔助材料選擇特植、構(gòu)件設(shè)計(jì)等工作，取得了良好效果椅豆、滲碳過(guò)程在線控制系統(tǒng)在我國(guó)的很多工廠也得到使用剿蹦。可以說(shuō)沽叠，專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)已得到工程技術(shù)人員的普遍認(rèn)可叹盼。熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)于降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期菊榨，提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的作用运杭，在這一點(diǎn)已達(dá)成共識(shí)。
不過(guò)函卒，同時(shí)也應(yīng)該看到辆憔，專(zhuān)家系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和工業(yè)部門(mén)的使用率還不是很高。這有兩方面的原因报嵌，一方面需要加強(qiáng)推進(jìn)專(zhuān)家系統(tǒng)的使用方面的工作虱咧；另一方面，需要發(fā)展新的和更優(yōu)的方法以使專(zhuān)家系統(tǒng)能更直接和更有效幫助完成工藝設(shè)計(jì)等任務(wù)锚国。

　　在技術(shù)上腕巡，目前的熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)，其結(jié)果的精度和可靠性需要進(jìn)一步提高血筑。從使用上看绘沉，專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程和設(shè)計(jì)工作時(shí)，還在不同程度上包含傳統(tǒng)的試錯(cuò)法（Tral-and-Egror）的成分豺总。另外车伞，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)上關(guān)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大關(guān)鍵件择懂，以及工業(yè)上大量使用的基礎(chǔ)件，熱處理過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和殘余變形不僅影響性能和質(zhì)量关读，而且影響后續(xù)的裝配精度和加工成本蝶映，而在目前的熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)中，尚沒(méi)有考慮這一因素茅铺，這不能說(shuō)不是目前的專(zhuān)家系統(tǒng)的一個(gè)缺憾旦珊。

　　目前抑驹，熱處理專(zhuān)家系統(tǒng)主要應(yīng)用于碳鋼和低合金鋼的熱處理過(guò)程和相關(guān)的設(shè)計(jì)活動(dòng)中毕模，所以需要拓寬專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。此外盈侣，目前的專(zhuān)家系統(tǒng)的決策過(guò)程需要大量人工干預(yù)腌哎，在決策結(jié)果處理和人機(jī)界面方面還需要進(jìn)一步的工作，以使專(zhuān)家系統(tǒng)更方便工程技術(shù)人員使用瘩穆。

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