材料科学中专家系统的发展现状及趋势
分析化学发展趋势
分析化学发展趋势分析化学学科的发展经历了三次巨大变革:第一次是随着分析化学基础理论,特别是物理化学的基本概念（如溶液理论）的发展，使分析化学从一种技术演变成为一门科学,第二次变革是由于物理学和电子学的发展,改变了经典的以化学分析为主的局面，使仪器分析获得蓬勃发展.目前,分析化学正处在第三次变革时期，生命科学、环境科学、新材料科学发展的要求，生物学、信息科学，计算机技术的引入,使分析化学进入了一个崭新的境界。
第三次变革的基本特点：从采用的手段看，是在综合光、电、热、声和磁等现象的基础上进一步采用数学、计算机科学及生物学等学科新成就对物质进行纵深分析的科学;从解决的任务看，现代分析化学已发展成为获取形形色色物质尽可能全面的信息、进一步认识自然、改造自然的科学。
现代分析化学的任务已不只限于测定物质的组成及含量，而是要对物质的形态(氧化-还原态、络合态、结晶态）、结构（空间分布）、微区、薄层及化学和生物活性等作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及过程控制。
随着计算机科学及仪器自动化的飞速发展，分析化学家也不能只满足于分析数据的提供,而是要和其它学科的科学家相结合，逐步成为生产和科学研究中实际问题的解决者。
近些年来，在全世界科学界和分析化学界开展了“化学正走出分析化学”、“分析物理”、“分析科学”等热烈议论，反映了这次变革的深刻程度.本书根据中国《国家自然科学基金会》“自然科学学科(分析)发展战略调查报告"在美国、前苏联这两个发达国家分析化学发展情况的基础上，将现代分析化学学科的发展趋势和特点归纳为八个方面，以论述分析化学整体的发展：（一）提高灵敏度这是各种分析方法长期以来所追求的目标。
当代许多新的技术引入分析化学,都是与提高分析方法的灵敏度有关，如激光技术的引入，促进了诸如激光共振电离光谱、激光拉曼光谱、激光诱导荧光光谱、激光光热光谱、激光光声光谱和激光质谱的开展,大大提高了分析方法的灵敏度，使得检测单个原子或单个分子成为可能。
国外教学设计研究现状与发展趋势
国外教学设计研究现状与发展趋势李志厚随着科学技术的发展，心理学、教育学理论研究的深入，教学设计近年来成为国内外教育界关注的课题之一。
考察国外教学设计的研究成果，对我们深化课堂教学改革，全面推行素质教育，提高教学效率将有莫大的启发。
一、国外教学设计研究的现状如何提高课堂教学质量和教学效率一直是教学研究的核心问题。
为了解决这个问题，许多教育工作者或从改变教学媒体、方法，或从精选教学内容，或从改进评价方式和课堂管理等进行深入的研究，但同时他们又感到单一方面的改革其效果不能令人满意。
因此，他们开始重新思考教学设计的问题，并借鉴认知理论、技术学等新成果；从更为系统的角度探索问题，以找到在整体上提高教学效益的突破口。
1.教学设计的概念什么是教学设计？为了更清楚的理解这个概念，让我们先了解什么是教学和设计。
美国的教育学家史密斯（P.L. Smith ）和拉根（T. J.Ragan）认为，教学就是信息的传递及促进学生达到预定、专门学习目标的活动。
它是教育的一个分支，包含了学习、训练和讲授等活动。
所谓设计，是指在进行某件事之前所作的有系统的计划过程或为了解决某个问题而实施的计划，它可以从精确性、细致性、系统性等方面去判断其效果的好坏。
设计者必须以高度的精确和谨慎态度，具有系统计划一个方案的才能进行设计，否则，会导致时间的误用、资源的浪费甚至无效、沉闷和缺乏动机的学习。
因此，设计应考虑许多可能影响实施计划或受计划实施所影响的因素。
如，设计者要考虑可能影响教学成功的因素，通过上课，把预先设计好的视觉、听觉及其他传递形式的信息传递出去。
所以，教学设计的特点除上面谈到的精确、细致和系统之外，还应有形象性、创造性、工艺性、扩展性和自然性等特点。
由此可见，教学设计就是把教学原理转换成教学材料和教学活动计划的系统过程，是指为了达到预期教学目标而运用系统观点和方法，遵循教学过程基本规律，对教学活动进行系统计划的过程，是教什么（课程和内容等）与怎么教（组织、方法、策略、手段及其他传媒工具的使用等）的过程。
材料(计算)设计与方法
综合性材料设计软件 Materials Research Advisor & Complex Date Analyser
厚德
弘毅
博学
笃行
6. 3
数学方法在材料（计算）设计中的应用
数学直接为材料科学中非线性现象的定性和定量分析提供了精 确的语言，有利于从理论的高度研究材料的内在规律
材料 科学
数 学 6材料（计算）设计的主要技术
一，材料数据库和知识库技术
数据库
包括材料的性能及一些重要的参量的数据， 材料成分、处理、试验条件以及材料的应 用与评价
知识库
材料成分、组织、工艺和性能间的关系以 及材料科学与工程的有关理论成果
厚德
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博学
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日本在 建立数 据库方 面很突 出
三岛良绩 岩田修一
6.2.3基于量子理论的设计
第一性原理计算 （从头计算）
基本方法有固体量子理论和量 子化学理论。特别适用于原子 级，纳米级工程的材料，电子 器件材料等方面的计算设计。
成功实例
高温超导材料、超硬材料、纳 米材料等，及人工薄膜生长过 程
局域密度近似（LDA）；GW 准粒子近似；分子动力学方法； 新赝势法，紧束缚（TB）总能 量法等
1）首创了"逆定向流－径向热梯度CVI"核心技术和 工业装置 2）提出并采用了全炭纤维准三维针刺整体毡预制 体，创新设计、采用了热解炭和浸渍炭复合增密技术 3）自主发明并设计制造了六大类30台套关键工艺 设备 4）首家获得了民航总局颁发的我国大型飞机用炭 刹车副零部件制造人批准书
厚德
弘毅
博学
笃行
厚德
厚德
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博学
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该项目在催化剂和蛋 白分离显示了优异的 应用前景，对推动化 学学科及相关学科的 发展具有重要意义。
仪器分析技术最新发展趋势及应用
仪器分析技术最新发展趋势及应用摘要：本文阐述了现代科学技术发展中仪器分析发展的现状及其基础地位,仪器分析的特点及存在的局限性及最新发展趋势。
特别是当今仪器分析技术吸取数学、物理学、计算机科学以及生物学中的新思想、新理念、新方法和新技术,不断完善现有的仪器分析技术，使仪器分析技术正朝着快速、准确、自动、灵敏以及适应特殊分析方向而迅猛发展，这就是当今仪器分析技术发展的总趋势！关键词：仪器分析分析方法发展趋势当代科学技术发展的主要特征是高度分化和高度综合,分析化学也不例外。
分析化学是四大化学之一，包括两大范畴化学分析和仪器分析。
化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。
仪器分析是以物质的物理性质和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，常常需要使用比较复杂的仪器。
仪器分析又分为基础仪器分析和现代仪器分析，现代仪器分析又分为波谱分析、光谱分析、电化学分析、色谱分析、电镜分析、放射化学分析等.1 仪器分析技术的基础地位现代仪器分析是一门信息科学,用于陈述事物的运动状态,促进人与环境的相互交流。
现代仪器分析也是一门信息技术，涉及信息的生产、处理、流通、也包括信息获取、信息传递、信息存储、信息处理和信息显示等，有效地扩展了人类信息器官的功能。
人们通常将信息与物质！能源相提并论,称为人类社会赖以生存发展的三大支柱.世界由物质组成的，没有物质世界便虚无缥缈。
能量是一切物质运动的源泉,没有能源，世界便成为静寂的世界.信息则是客观事物与主观认识相结合的产物，没有信息交换,世界便成为没有生气的世界,人类无法生存和发展。
生产和科研的发展，特别是生命科学和环境科学的发展，对分析化学的要求不再局限于“是什么”、“有多少”？而是要求提供更多更全的信息，即从常量到微量分析，从微量到微粒分析，从痕量到超痕量分析，从组成到形态分析,从总体到微区分析，从表现分布到逐层分析，从宏观到微观结构分析，从静态到快速反应追踪分析，从破坏试样到试样无损分析，从离线到在线分析等。
CBM的应用与发展综述
CBM应用现状分析夏良华贾希胜1 美军加速实施基于状态的维修随着科学技术的进步、人类生产、管理模式的发展以及在军事领域的推广应用，基于状态的维修（Condition Based Maintenance，CBM）发展迅速[1]。
CBM是一种先进的维修方式，是实现对装备精确维修的重要途径。
为了在分布式、非线性的战场上向多国、远征、联合兵种部队提供保障，美军正在逐步实现陆军一体化保障和以网络为中心的保障，并实现联合部队的互操作、感知与响应。
其中一个重要举措是，美国陆军航空兵正在积极发展“增强型基于状态的维修”（CBM+），并于2004年11月29日颁布了“增强型基于状态的维修实施规划”，这是陆军航空维修实践和程序四十年来的一次重大转变。
美陆军航空和导弹司令部（AMCOM）司令詹姆士•菲尔斯贝利少将表示，美军正加速实施基于状态的维修。
CBM+是美军《维修政策、计划和资源概要》报告中列出的几个重要倡议之一，代表了美军在装备维修保障中正在进行的工作和未来的发展趋势。
“增强型基于状态的维修”是利用原位诊断功能和原位/离位预测功能，对武器系统的状态进行监控，并在此基础上采取适当的维修活动，从而提高部件的可靠性，缩减维修工时，减少意外和事故。
在战略级，CBM+是指在对装备的状态进行实时或近实时进行评估的基础上采取一系列维修行动。
装备状态数据通过嵌入式传感器、外部测量设备或从便携式设备测试中获得。
从“状态与使用监控系统”或便携式设备上收集的数据转化为预测趋势和指标，这些趋势和指标能在实际操作环境的基础上预测部件何时出现故障。
在企业（enterprise）级，这种预测性方法能够实现预先保障，即在部件出现故障之前，提前采办并交付所需的维修部件。
在战役/战术级，CBM+可将飞机的状态数据和使用状况转化为主动维修行动，从而使维修人员实现并保持较高的飞机使用可用度。
“增强型基于状态的维修”是一种有效的任务规划工具。
借助于预兆功能，飞机可预测其剩余的任务可用度或故障时间，向指挥官提供有价值的信息，以使指挥官确定哪些飞机可用于战斗，哪些飞机需要进行维修。
浅谈焊接自动化技术的现状与发展趋势
浅谈焊接自动化技术的现状与发展趋势焊接技术作为、造船、石化、建筑等基础产业的制造、装配工艺得到广泛应用。
本文概述了焊接技术的进步和发展趋势。
标签：焊接；自动化技术；发展1引言从受技术水平的限制，以往我国在工程机械焊接方面多采用手工焊接的方式，此种焊接方式生产效率低，并且容易受工人各方面素质的影响，焊接精准度不高，所以传统的手工焊接方式不能很好地满足现代化高精尖行业的需求了。
另外，传统的手工焊接方式需要大量的劳动力进行支撑，增加了企业的经营成本。
在焊接工艺以后的发展过程中，无论是简单的机械制造还是复杂的工程处理，自动化焊接技术都将代替传统的手工焊接发挥其高效、稳定的作用，保证工程机械企业产品的焊接质量。
2焊接自动化技术现状第一，焊接自动化节能化发展。
传统的焊接技术操作比较麻烦，而且在焊接的时候会浪费大量的资源。
而随着新的自动化的发展，制造以及操作变得更加的简单和便捷化，使用也更加智能化。
促进了焊接的环保性。
同时在我国经济高速发展的今天，焊接工艺的自动化是符合当今时代对焊接技术要求的。
第二，焊接工艺进入新的发展局面。
随着人们生活水平的提高，焊接技术也在朝着智能化和自动化的方向上发展。
目前焊接技术主要体现在焊接的自动化的实践中。
计算机技术的发展，使得我国的焊接技术的自动化效率也在不断的提升着。
2.1焊接的数字化与集成化数字化与集成化在焊接技术中的应用，使得焊接技术逐渐实现了自动化的控制，极大地提高了产品的焊接质量，使产品焊接过程更加稳定和高效。
集成化的焊接系统能够将现代化的信息技术与焊接技术进行结合，对生产信息进行整合，为人工操作提供更加科学的参考数据，从而使得产品焊接的质量得到显著的提升。
2.2机器人焊接和自动化设备在工程机械焊接过程中，受工作环境和性质的影响，操作难度和危害性较大。
如果不进行技术革新不仅工作效率和质量无法保证，也会造成操作人员的身体受到严重损害。
而机器人和自动化设备的应用，能够改善操作人员的工作环境，降低操作人员的工作强度，使得焊接的效率和质量得到切实保障。
失效分析的现状与发展趋势
失效分析的现状与发展趋势毛泉2014110092一、国外状况国外工业发达国家高度重视航空装备在内的交通安全事故的调查研究工作。
美国建有国家运输安全委员会, 并早在19 67 年, 美国成立了“机械故障预防中心( M FP C ) ”, 由原子能委员会、美国国家航空和宇航局( N A S A ) 等长期支持开展航空和宇航材料与结构的服役失效分析工作。
美国的失效分析中心遍布全国各个部门, 有政府办的, 也有大公司及大学办的。
例如, 国防尖端部门、原子能及宇航故障分析集中在国家的研究机构中进行; 宇航部件的故障分析在肯尼迪空间中心故障分析室进行; 阿波罗航天飞机的故障在约翰逊空间中心和马歇尔空间中心进行分析; 民用飞机故障在波音公司及洛克威尔公司的失效分析中心进行分析。
福特汽车公司、通用电器公司及西屋公司的技术发展部门均承担着各自的失效分析任务。
许多大学也承担着各自的失效分析任务。
像里海大学、加州大学、华盛顿大学承担着公路和桥梁方面的失效分析工作。
有关学会, 如美国金属学会、美国机械工程师学会和美国材料与试验学会均开展了大量的失效分析工作。
在德国, 失效分析中心主要建在联邦及州立的材料检验中心。
原西德的1个州共建了523个材料检验站, 分别承担各自富有专长的失效分析任务。
工科大学的材料检验中心, 在失效分析技术上处于领先地位。
德国联邦材料测试实验室及GKSS 研究中心是长期从事材料及结构服役与失效综合研究的世界著名的研究机构。
此外, 在日本, 国立的失效分析研究机构有金属材料技术研究所、产业安全研究所和原子力研究所等。
在企业界, 新日铁、日立、三井、三菱等都有研究机构, 另外各工科大学都有很强的研究力量。
意大利B od y co et 材料测试国家实验室也是长期从事材料及结构服役与失效综合研究的世界著名的研究机构。
美国出版和再版的《金属手册》中的失效分析卷是一本影响较大的实用工具书, 目前在英国还定期出版杂志《Engineering Failure Analysis》, 美国出版了杂志《Failure Analysis & Prevention》国际工程失效分析会议（International Conferences on Engineering Failure Analysis）从2004年每隔两年召开至今。
912人生不可不读的书-PPT课件
4） 为研究高可靠性的高性能高温结构材 料和具有多功能、集成化、微型化、高效 能、低功耗的功能陶瓷奠定理论基础。重 点是研究可以在1400℃以上在大气中长期 使用的高温结构能陶瓷、高效能换能陶瓷、 弛豫型铁电体陶瓷、高品质因素和低介质
损耗的微波介质材料、纳米复合功能陶瓷
及其薄膜材料等功能陶瓷相关的基础问题。
• •
对传统材料的升级改造重视不够，以规模扩 大型发展为主，高性能材料品种依赖进口。 我国的材料研究和整体发展水平与工业发达
国家相比存在相当大的差距，难以适应下世
纪国民经济和社会发展的需要，难以适应经
济转型和迎接知识经济时代的到来。
4.国家相关科技计划中对材料领域的部署情况
国家自然科学基金 国家攀登计划 国家前沿高技术领域
材料的复合化与集成化：集成度提
高，产品小型化，精巧化，功能复
合化，高功率化；材料的复合化具
有综合性能好的特点。
材料科学向定量化与材料设计方向 发展：以多层次规律的认识为基础， 建立微观结构参量与宏观性能的定 量解析关系，建立物理数学模型进 行数值模拟仿真，建立数据库专家 系统，发展虚拟制造加工体系。
国家重点基础研究发展规划
材料领域战略研讨报告
国民经济对材料领域基础研究的重大需求
材料科学基础研究国外发展趋势
材料科学研究领域国内现状、优势及特色 国家相关科技计划中对材料领域的部署情况
材料科学领域到2019年的发展目标与战略重点
材料是一个大系统，渗透在全 部制造技术之中，是相互联系和相 互影响的循环周期(如图所示)。材 料科学与工程领域是综合了物理、 化学、数学、生物等基础科学和冶 金、机械、化工、电工等工程技术 而形成的一门多学科交叉的综台性 科学与技术。
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浅析材料科学中专家系统的发展现状及趋势
摘 要：专家系统在材料科学领域的应用，打破了传统材料科学
研究长期依靠实验的研究方法，节省了大量的资源和时间，对材料
科学的发展起到了极大的促进作用。本文对材料科学中的专家系统
进行了介绍，包括材料科学专家系统的发展历史、应用领域、应用
类型，并对材料设计专家系统、人工神经网络材料专家系统进行了
详细介绍，并阐述了材料科学中专家系统的发展趋势。
关键词：材料科学 专家系统 材料设计
专家系统是一种计算机程序系统，这种系统的原理是模拟人类专
家解决领域问题的方法来解决领域问题，这种系统特别善于处理非
线性关系，由于这种系统模拟专家的方法，因此专家系统特别善于
处理需要大量专业知识和经验解决的专业问题。专家系统包括五个
部分，包括接口、知识库、推理机以及数据库等，专家系统的工作
方式就是运用系统中存储的知识进行推理，从而得出解决问题的方
法，处理专业问题。专家系统已经广泛应用到各个领域，包括材料
科学领域，材料科学领域传统依靠实验进行研究的方法会消耗大量
的人力、物力以及时间，将专家系统应用到材料科学研究中，能够
通过较少的实验得出研究结果，节约了大量资源。
一、材料科学中的专家系统发展概述
1.发展历程
20世纪80年代早期，科学家们开始研究应用于材料科学的专家
系统，随后科学家们相继进行了许多研究，得到了很大的发展。80
年代晚期，我国开始研究应用于材料科学领域的专家系统，在合金
设计和无机材料设计方面做了许多研究。
纵观国内外的研究历史，虽然材料领域的专家系统的研究时间并
不长，但是在短时间内取得了很大的发展，取得许多研究成果。20
世纪90年代，材料科学领域的专家系统成为研究热点，近年来，
专家系统已经应用到了材料科学的各个领域，为材料科学的发展起
到了相当大的促进作用。
2.应用领域
根据材料自身的性质对材料进行分类，可以将材料分为高分子材
料、金属材料、复合材料等。根据材料的作用分类，可以将材料分
为功能材料和结构材料。近10年来，材料科学领域的专家系统主
要应用于金属材料中，而且大部分应用于作为结构材料用的金属材
料中。这是因为金属材料具有易加工性和优良的机械性能，在各个
行业中都得到了广泛了应用，这种需求促使应用于金属材料领域中
的专家系统的快速发展；其次，由于资金的限制，许多组织在应用
新技术时，一般希望通过最少的资源取得最多的研究成果，而人类
对于金属材料的应用和研究使用时间比较长，对于金属材料的特点
积累了许多的理论和经验，因此，在金属材料领域更可能开发出成
功的专家系统。
3.应用类型
可以按照多种不同的方法对专家系统进行分类，根据构建方法进
行分类，可以分为人工神经网络专家系统、基于web的专家系统、
基于框架的专家系统等；根据解决的问题，可以将专家系统分为监
视、仿真以及诊断等11中。应用于材料领用的专家系统的主要功
能是设计和优选，这是因为材料科学发展的需求。当前研究先进材
料不能像过去一样一味地追加在实验上的投入，急需设计制造该材
料的制造工艺以及选择制备该材料的设备，通过设备和工艺指导材
料的制备，研制出先进的材料；其次，由于在设计和优选方面积累
了大量的理论和经验，因此比较容易开发出设计和优选类的专家系
统。
二、材料设计专家系统
材料设计专家系统是指应用积累的经验、知识、科学原理以及实
验规律进行推理，得出满足要求的制造工艺的计算机程序系统。近
年来，材料设计专家系统在合金材料设计、复合材料设计以及成型
过程中得到了广泛的应用。应用材料设计专家系统对材料的制造工
艺进行设计，能够让科技人员学习到更多的材料设计的知识，同时
还能减少研制、开发消耗的时间和经费，从而降低生产成本。材料
设计专家系统研究的时间最长，取得的数据最多，是研究的主流，
但是材料设计专家系统仍然存在许多问题。
1.对材料的工艺、组分以及性能之间的内在联系不够明确，缺乏
有助于建模的定量规则。
2.材料科学的一大发展方向是开发新材料，但是人们对于新材料
不够了解，新材料的信息十分模糊和复杂，使得新材料的开发变得
更加艰难。
三、人工神经网络材料专家系统
人工神经网络不需要任何先验函数的假设，也不需要预先给定公
式的形式，直接从已有的实验数据出发，经过有限次迭代计算而得
到一个反映实验数据内在规律的数学模型，而且还可利用经过训练
的网络模型进行推理预测，特别适合于研究复杂非线性系统。在材
料领域中，人工神经网络已用于材料选择、成分设计、智能加工与
控制、工艺优化、相变规律的研究，特别是在材料性能、缺陷以及
相变点等预测方面，应用更为突出。
四、材料科学中的专家系统发展趋势
目前，专家系统的开发和研究已进人稳步上升的阶段。展望未来，
材料科学中的专家系统将会朝着实用化、商品化的方向发展。
功能强大是材料专家系统实用化和商品化的基础。伴随专家系统
理论和技术的进步，尤其是在有效解决知识表示和获取、提高系统
推理能力的前提下，集成多智能技术的混合系统，将克服单一技术
不足的缺点，成为材料类专家系统的发展趋势。
信息技术的集成是材料专家系统实用化和商品化的保障多媒体
技术、计算机网络、远程通讯、数据库、过程控制、并行计算等技
术都会逐渐应用到材料各类专家系统中。
参考文献
[1] 黄国兴，李琳，李冰，陈玲，李坚斌. 人工神经网络在材料
制备工业中的应用[j]. 材料导报. 2006（11） .
[2] 张运，武建军. 神经网络专家系统及其在材料领域中的应用
[j]. 河北工业大学成人教育学院学报. 2007（04） .
[3] 杨榛，顾幸生，梁晓怿，凌立成. 神经网络和专家系统复合
材料优化设计研究[j]. 宇航材料工艺. 2008（04） .
[4] 葛建华，王迎军，郑裕东. 人工神经网络在材料科学与加工
中的应用[j]. 现代化工. 2003（01） .