本文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)熱處理工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)熱處理工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展
閻承沛 ( 北京機(jī)電研究所 ,北京 　 100083)

Abstract :This paper deals wit h application and development of computer and microelectronics technology on

heat treatment industrial fields in China from t he following six aspects : ( 1) computer simulation technology ; ( 2) CAD technology ; ( 3) processing control technolo2 gy and computer network system ; ( 4) heat treatment computer prediction technology ; ( 5) heat treatment database and specialist system ; ( 6) intelligent heat treatment and computer intellective instruments. Key words :computer technology ;heat treatment ;application ;development

) 作者簡(jiǎn)介 : 閻承沛 (194119 — ,男 , 北京人 , 教授級(jí)高工 。主要研究工 作為可控氣氛熱處理工藝與設(shè)備 , 真空熱處理工藝與設(shè)備 , 計(jì)算機(jī)在 熱處理的應(yīng)用等 。聯(lián)系電話 :629222772333 收稿日期 :2000204222

摘要 :從 6 個(gè)方面綜合論述了計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)在我國(guó)熱處理工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展 。( 1 ) 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) ; ( 2 ) CAD 技術(shù) ; ( 3) 過(guò)程控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ; ( 4) 熱處理計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)技術(shù) ; ( 5) 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng) ; ( 6 ) 智能熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)智能化 儀表 。 關(guān)鍵詞 :計(jì)算機(jī)技術(shù) ; 熱處理 ; 應(yīng)用 ; 發(fā)展 中圖分類號(hào) :0242 　　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 　　 文章編號(hào) :025426051( 2000) 1020026204

Appl ication and Development of Computer Technology on Heat Treatment Industrial Fields in China
YAN Cheng2pei

(Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology ,Beijing 100083 ,China)

　　 我國(guó)計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)在熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用起步于

80 年代初 。80 年代初期和中期 ,先后有機(jī)械部第三設(shè)計(jì)研究

院研制了井式滲碳爐微機(jī)控制系統(tǒng) , 上海交通大學(xué)研究和開(kāi) 發(fā)出微機(jī)可控滲碳工藝和設(shè)備系統(tǒng) , 西安理工大學(xué)研制開(kāi)發(fā) 出重載齒輪深層滲碳計(jì)算機(jī)模擬控制技術(shù)與設(shè)備 , 北京機(jī)電 研究所和北京工業(yè)大學(xué)分別研究開(kāi)發(fā)出熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) , 北京機(jī)電所研制推出了 J ST 型微機(jī)控制淬火介質(zhì)冷速測(cè)定 儀等成果問(wèn)世并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐 [ 1 ] 。由于微型計(jì)算機(jī)和 微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和價(jià)格的降低 , 計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù) 的應(yīng)用日益普及 。人們認(rèn)識(shí)到 ,計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)對(duì)熱處 理技術(shù)進(jìn)步的重要意義在于它是開(kāi)發(fā)知識(shí)和利用知識(shí)的強(qiáng)有 力工具 。計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的應(yīng)用已創(chuàng)造出許多高度知識(shí) 密集型的熱處理新技術(shù)和新方法 , 使熱處理技術(shù)不斷發(fā)生質(zhì) 的飛躍 。 近 20 年來(lái) ,計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)在熱處理工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng) 用不斷深入和擴(kuò)展 ,主要涉及以下 6 個(gè)方面 。

測(cè)和嚴(yán)格定量控制的方向飛躍 。從我國(guó)歷屆計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)術(shù) 會(huì)議和學(xué)術(shù)年會(huì)及金屬熱處理學(xué)術(shù)刊物介紹的熱處理計(jì)算機(jī) 模擬技術(shù) ( HTCS) 研究開(kāi)發(fā)成果和應(yīng)用可以看出 ,HTCS 技術(shù)始 終是熱處理計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)應(yīng)用的主流 ,成果累累 ,應(yīng)用 面廣 ,其發(fā)展勢(shì)頭至今依然強(qiáng)勁不衰 。

2　 CAD 技術(shù)

1　 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)

基于偏微分方程數(shù)值解 ,計(jì)算傳熱學(xué) 、 相變動(dòng)力學(xué)定量計(jì) 算溫度2相變2應(yīng)力三者之間的耦合 、 其流動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件 、 熱 處理數(shù)據(jù)庫(kù)等一系列基礎(chǔ)工作的進(jìn)展 ,熱處理計(jì)算機(jī)模擬在近 20 年間迅速發(fā)展 。從加熱過(guò)程 、 淬火冷卻 、 感應(yīng)加熱及高能密 度熱處理等計(jì)算機(jī)模擬的成果可以看出 ,它具有高效 、 、 逼真 全 面地反映熱處理過(guò)程中各種變化規(guī)律的優(yōu)點(diǎn) 。與實(shí)驗(yàn)測(cè)試技 術(shù)相輔相成 ,計(jì)算機(jī)模擬可以極大地?cái)U(kuò)展實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所提供的信 息 ,構(gòu)成功能強(qiáng)大的 “實(shí)驗(yàn)室” “生產(chǎn)試驗(yàn)基地[ 2 ,3 ] ” 和 。隨著計(jì) 算機(jī)模擬技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用 ,熱處理技術(shù)終將擺脫 憑經(jīng)驗(yàn)和粗略的定性估算進(jìn)行生產(chǎn)的落后狀態(tài) ,而向著精確預(yù)

計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬 ( 數(shù)學(xué)模型 ) 技術(shù)使計(jì)算機(jī)成為功能強(qiáng) 大 ,效率極高的 “實(shí)驗(yàn)室”輸入必要的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) ( 導(dǎo)熱系數(shù) 、 , 換 熱系數(shù) 、 比熱 、 比容 、 相變動(dòng)力學(xué)特征數(shù)據(jù) 、 相變潛熱 、 彈性模 量、 屈服強(qiáng)度 、 導(dǎo)磁率 、 電阻率 、 擴(kuò)散系數(shù) 、 傳遞系數(shù)等) 就能模 擬各種熱處理過(guò)程中工件內(nèi)部的瞬態(tài)溫度場(chǎng) ,組織變化 、 內(nèi)應(yīng) 力或滲層濃度變化等復(fù)雜現(xiàn)象 , 成為最佳熱處理工藝計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì) ( CAPP) 的基礎(chǔ) 。同時(shí) ,依據(jù)生產(chǎn)工件的特殊要求和 數(shù)據(jù)等設(shè)計(jì)功能軟件 ,和上述 CAPP 基礎(chǔ)軟件結(jié)合 ,形成熱處 理工藝 CAPP 技術(shù) 。 應(yīng)用計(jì)算傳熱學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)和熱處理設(shè)備主要參數(shù)計(jì) 算的數(shù)學(xué)模型以及元器件 、 材料等的選擇系統(tǒng)軟件等 ,就構(gòu)成 了熱處理設(shè)備 CAD 技術(shù) �？梢郧蟪鰺崽幚碓O(shè)備主要技術(shù)參 數(shù)如幾何尺寸 、 電爐絲設(shè)計(jì)及型號(hào)選擇等 ,配合計(jì)算機(jī)繪圖儀 便可輸出設(shè)備圖紙資料等 。 伴隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 、 數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng) 、 計(jì)算傳熱學(xué) 圖形技術(shù)的發(fā)展 , 熱處理工藝 CAD 技術(shù)和熱處理設(shè)備 CAD 技術(shù)迅速發(fā)展 , 幾乎伸向熱處理技術(shù)的所有領(lǐng)域 [ 4 ,5 ] 。如數(shù) 據(jù) CAD 處理技術(shù) ,三維溫度場(chǎng)模擬優(yōu)化加熱 CAD 技術(shù) ,淬透 性模擬技術(shù)和 CAD 系統(tǒng)開(kāi)發(fā) ,工件淬火冷卻過(guò)程 CAD 設(shè)計(jì) , 熱處理生產(chǎn)在線控制與質(zhì)量管理的 CAD 技術(shù) , 熱處理電爐 CAD 技術(shù) ,真空熱處理爐的 CAD 技術(shù) ,推桿式連續(xù)氣體滲碳 自動(dòng)線滲碳工藝 CAD 設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng) ,箱式電爐電熱元件的 CAD 設(shè)計(jì) ,籠框式電熱輻射管 CAD 設(shè)計(jì) ,厚鋼件退火的 CAD 技術(shù) ,感應(yīng)加熱設(shè)備 CAD 技術(shù) ,以及金相圖像分析評(píng)定 CAD 技術(shù)等等 �？梢哉J(rèn)為 ,計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和 CAD 技術(shù)是計(jì)算機(jī) 應(yīng)用技術(shù)的核心和主導(dǎo)技術(shù) , 許多新技術(shù)是上述技術(shù)的延伸

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和擴(kuò)展 ,計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)在熱處理技術(shù)中的應(yīng)用和融合 。 迄今為止 ,熱處理計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和熱處理 CAD 技術(shù)仍然是 最有活力 、 應(yīng)用最廣 、 數(shù)量眾多 、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益巨大的兩大支 柱。

效層深是另一個(gè)主要控制參量 。在一定 Cp 下 ( 即表面含碳 量下) 求出滲碳層深的統(tǒng)計(jì)分布 ( 正態(tài)分布 ) 并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)理論 確定控制范圍 ,利用高精度和性能良好的傳感器以及微機(jī)實(shí) 現(xiàn)對(duì)主要控制參量的監(jiān)測(cè)和控制 , 從而對(duì)滲碳工藝過(guò)程進(jìn)行 控制 ,這就是統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)的方法 。 我國(guó)北京吉普汽車有限公司 ( 中美合資) 在熱處理工業(yè)生 產(chǎn)中應(yīng)用了統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù) 。

3　 過(guò)程控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
在建立了數(shù)學(xué)模型對(duì)熱處理工藝過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬的基 礎(chǔ)上 ,輔以熱處理生產(chǎn)中各種物理量參數(shù) ( 亦有少量化學(xué)參量 轉(zhuǎn)換為電參數(shù)) 的傳感器檢測(cè)裝置以及熱處理生產(chǎn)工序運(yùn)動(dòng) 的程序控制軟件 ,就組成了熱處理工藝過(guò)程控制系統(tǒng) ( 控制軟 件和設(shè)備 、 傳感器 ,儀表的結(jié)合體 ) 。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求 將單獨(dú)控制或管理的單元用計(jì)算機(jī)通訊系統(tǒng)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò) , 并由 一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)管理和控制 , 各獨(dú)立單元除了可完成各 自的控制和管理功能外 , 還可和主計(jì)算機(jī)交換信息和完成中 央計(jì)算機(jī)分配的工作 ,這就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) ,熱處理計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是近 20 年計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) ,當(dāng)前的熱處理計(jì) 算機(jī)網(wǎng)絡(luò)除包括中央計(jì)算機(jī)和各單元外 , 一般還包括功能強(qiáng) 大的數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng) , 可以為網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)工作點(diǎn) ( 終端 ) 提 供更多的服務(wù) ,具有更多的功能 ,其作用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最初的 控制和管理功能 ,而且其發(fā)展日新月異 ,豐富多彩 [ 6～9 ] 。 熱處理過(guò)程控制是熱處理工業(yè)生產(chǎn)控制的總成 , 由于熱 處理工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的多樣化和生產(chǎn)管理的需求 , 熱處理 過(guò)程控制出現(xiàn)幾種不同形式 ,主要有以下幾種 。 如井式滲碳爐分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ,氣體滲碳過(guò)程控 制系統(tǒng) ,微型計(jì)算機(jī)氮?jiǎng)輨?dòng)態(tài)控制 ,微機(jī)控制調(diào)質(zhì)熱處理生產(chǎn) 線 ,錨環(huán)熱處理計(jì)算機(jī)模擬與過(guò)程控制自動(dòng)生產(chǎn)線等 。 適時(shí)熱處理控制系統(tǒng)是一種優(yōu)化的熱處理控制管理系 統(tǒng) ,其特點(diǎn)是將熱處理中和熱處理與其它工序間的生產(chǎn)控制 連接起來(lái) ,使生產(chǎn)中的間歇時(shí)間趨向于零 。我國(guó)洛陽(yáng)礦山機(jī) 器廠大型工件熱處理生產(chǎn)控制與管理系統(tǒng)是適時(shí)熱處理控制 技術(shù)的代表 。

柔性熱處理技術(shù)是適應(yīng)熱處理生產(chǎn)中多品種 、 高質(zhì)量 、 小 批量生產(chǎn)和管理需求而出現(xiàn)的一種柔性加工熱處理過(guò)程控制 系統(tǒng) 。 柔性熱處理過(guò)程控制的主要特點(diǎn)是能源控制多功能化 ;

傳感系統(tǒng)多樣化 ,以適應(yīng)工藝優(yōu)化和復(fù)合化 ; 控制系統(tǒng)柔性化 和相互協(xié)調(diào) ; 生產(chǎn)技術(shù)管理集成化 。上述特點(diǎn)綜合構(gòu)成了柔

性熱處理過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品和工藝控制的多功能化 , 技術(shù) 與生產(chǎn)的高度集成 ,工藝技術(shù)的優(yōu)化和柔性化以及整個(gè)生產(chǎn) 系統(tǒng)的高度自動(dòng)化 [ 12 ] 。 四川齒輪廠氣體滲碳采用 Furnace Minder TM 監(jiān)控系

統(tǒng) ,是一個(gè)初級(jí)柔性熱處理控制生產(chǎn)線系統(tǒng) ,該系統(tǒng)可對(duì)熱處

理過(guò)程的狀態(tài)和各種變形進(jìn)行控制 , 并可儲(chǔ)存和處理過(guò)程信 息和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及打印報(bào)告 �？捎糜谶B續(xù)作業(yè)或周期 式生產(chǎn) ,無(wú)論是可控氣氛爐 、 真空熱處理爐還是感應(yīng)加熱熱處 理設(shè)備均可適用 ,并可方便地和中央計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng) ,成為工廠自 動(dòng)化 ( 網(wǎng)絡(luò)) 的重要部分 。該系統(tǒng)的唯一不足是工件的進(jìn)出料 尚需人工操作 。

首先建立含各參數(shù)定量關(guān)系的過(guò)程數(shù)學(xué)模型 , 然后根據(jù)統(tǒng)計(jì) 分析方法決定各參數(shù)的控制范圍 , 并利用傳感器和微機(jī)對(duì)各 參數(shù)進(jìn)行精確監(jiān)控 ,從而對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行控制
[ 11 ]

滲碳統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制 ,在深入了解滲碳過(guò)程物理本質(zhì)的基 礎(chǔ)上 ,把滲碳過(guò)程各影響因素綜合在一個(gè)能正確反映該過(guò)程 物理本質(zhì)定量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型 。我們知道 ,最終表面碳濃度 梯度 ,是由氣相反應(yīng)與擴(kuò)散 、 表面對(duì)碳的吸附和傳輸以及碳在 固相中擴(kuò)散決定的 。以密封箱式爐為例 ,在一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的 控制程序中應(yīng)包含的因素有 : 爐子功率 、 爐溫均勻性及與設(shè)定 值的偏差 、 加熱溫度和時(shí)間 、 裝爐后溫度恢復(fù)時(shí)間 、 氣氛成分 、 氣相反應(yīng)和設(shè)定點(diǎn)的偏差 ,裝爐后氣氛恢復(fù)時(shí)間 ,爐壓 、 氣體 流量 、 淬火劑溫度及攪拌程度 ,零件轉(zhuǎn)移時(shí)間等 。 在上述控制參數(shù)研究的基礎(chǔ)上 ,選擇主要控制參量進(jìn)行 精確監(jiān)測(cè)和控制 ,某些參量只給出上 、 下限報(bào)警信號(hào)即可 。例 如 ,對(duì)滲碳過(guò)程而言 , 碳勢(shì) Cp 是一個(gè)主要控制參量 , 滲碳有

311 　 熱處理過(guò)程控制系統(tǒng)

312 　 適時(shí)熱處理控制系統(tǒng)( just in time) [ 10] 313 　 統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制( SPC) 技術(shù)

統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù) ,不是依據(jù)過(guò)程的質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行 ,而是

。

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國(guó)內(nèi)柔性熱處理過(guò)程控制系統(tǒng)已有若干生產(chǎn)線投入生產(chǎn) 運(yùn)行 ,如上海交通大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的 SJ TU2560 工業(yè)控制微機(jī) 熱處理過(guò)程控制系統(tǒng) ,感應(yīng)加熱柔性熱處理系統(tǒng) ,鄭州齒輪廠
UN IT 氣體滲碳柔性控制系統(tǒng)等 。

熱處理生產(chǎn)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)是熱處理工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步 的必然產(chǎn)物 ,通常熱處理生產(chǎn)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和熱處理過(guò)程 控制系統(tǒng)相輔相成 ,有些項(xiàng)目將二者相結(jié)合形成熱處理生產(chǎn) 綜合控制系統(tǒng) [ 13～16 ] 。

術(shù)進(jìn)步 ,已經(jīng)形成熱處理過(guò)程控制技術(shù)的一個(gè)分支 。如 : 微機(jī) 輔助熱處理生產(chǎn)統(tǒng)計(jì) 、 成本計(jì)算管理子系統(tǒng) ; 洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠

熱處理分廠計(jì)算機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng) ; 中外熱處理標(biāo)準(zhǔn)檢索與管

理系統(tǒng)等 。 目前我國(guó)熱處理工業(yè)生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尚未形成 。 某些單位研制開(kāi)發(fā)的熱處理生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尚處于初級(jí)階段 , 多數(shù)是熱處理生產(chǎn)與管理相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) , 主要用于生產(chǎn) 控制 、 管理信息的傳輸和交流 。如洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠熱處理分 廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等 。

4　 熱處理計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)技術(shù)

析工作中 ,通過(guò)數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬技術(shù)及相關(guān)技術(shù) ,完成對(duì) 熱處理工藝和性能參數(shù)的預(yù)測(cè)工作 ; 應(yīng)用體視學(xué) ,完成定量金

314 　 柔性熱處理技術(shù)( FHT ——Flexible Heat Treat2 — ment Technology) 315 　 熱處理生產(chǎn)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)
我國(guó)熱處理生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)隨著生產(chǎn)的發(fā)展和技 計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)在熱處理實(shí)驗(yàn) 、 測(cè)試和數(shù)值計(jì)算分

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相的研究 ; 在相變研究中 ,通過(guò)研究加熱和冷卻過(guò)程中組織結(jié) 構(gòu)及性能 ( 包括淬透性 ) 之間的關(guān)系 , 通過(guò)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)材料 性能 ; 應(yīng)用數(shù)值傳熱學(xué)的計(jì)算機(jī)分析 、 運(yùn)算及解題方法 , 得到 冷卻性能的重要參數(shù) ; 根據(jù)化學(xué)分析值測(cè)量鋼的端淬曲線及 熱處理瞬時(shí)熱應(yīng)力的計(jì)算等 [ 17 ,18 ] 。 熱處理計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用廣泛 。如 , TAS 圖像分析 儀 ,就是應(yīng)用體視學(xué)原理在微電子技術(shù)的支持下完成了計(jì)算 機(jī)定量系統(tǒng)工作 ,建立了組織和性能的定量關(guān)系 。鄭州機(jī)械 研究所提出了微機(jī)硬度法測(cè)量表面強(qiáng)化層深度計(jì)算機(jī)軟件 , 在確定表面強(qiáng)化層深度的同時(shí) ,還能給出硬度曲線 。大連理 工大學(xué)完成了用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)鋼的淬透性的研究 , 提供了預(yù)測(cè) 不同鋼材淬透性能的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序 。此外 ,長(zhǎng)沙高等工業(yè) �？茖W(xué)校等單位給出了 “結(jié)構(gòu)鋼淬透性的微機(jī)算法”估算鋼 、 軸熱處理后強(qiáng)度水平的程序 、 大件熱處理溫度場(chǎng)顯微組織及 性能預(yù)測(cè)技術(shù) 。上海交通大學(xué)研制的 “界面條件劇變的淬火 冷卻過(guò)程模擬計(jì)算與淬火工藝 CAD” 技術(shù)及應(yīng)用等都是熱處 理性能 、 組織結(jié)構(gòu)和計(jì)算數(shù)值 ( 方法) 計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)技術(shù)的范例 。

我國(guó)熱處理計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)自 80 年代開(kāi)始起步 ,已經(jīng)引 起人們的關(guān)注并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步 ,如前所述 ,北京機(jī)電研究所 研制的熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)與輔助決策系統(tǒng) , 就包含了熱處理專家 系統(tǒng) 。近年推出的成果和應(yīng)用有 : 吉林工學(xué)院 、 吉林工業(yè)大學(xué) 研制的合金滲碳鋼件鍛造余熱等溫正火工藝計(jì)算機(jī)專家系 統(tǒng) ; 熱擠壓模具材料的優(yōu)化專家系統(tǒng)等 [ 21 ,22 ] 。

6　 智能熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)智能化儀

表
電子計(jì)算機(jī)對(duì)熱處理技術(shù)進(jìn)步的影響遠(yuǎn)不止于實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 化 。計(jì)算機(jī)技術(shù)將使熱處理憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行生產(chǎn)的落后狀態(tài)向著 正確預(yù)測(cè)工藝結(jié)果的基礎(chǔ)上實(shí)施精確控制的方向飛躍 。熱處 理智能化將成為信息時(shí)代熱處理技術(shù)發(fā)展的重要方向 。熱處 理數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)是開(kāi)發(fā)高度知識(shí)密集型熱處理 智能技術(shù)的關(guān)鍵 。實(shí)現(xiàn)熱處理智能化有賴于深入掌握與熱處 理有關(guān)的各種復(fù)雜現(xiàn)象的規(guī)律 ,并使之轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù) 。展 望未來(lái) ,開(kāi)發(fā)以數(shù)學(xué)模型為知識(shí)表達(dá)方式 ,以計(jì)算機(jī)模擬為決 策依據(jù)的智能技術(shù)不失為實(shí)現(xiàn)熱處理智能化的合理途徑 , 其 影響所及不止于熱處理行業(yè) 。若在機(jī)械設(shè)計(jì)中引入熱處理計(jì) 算機(jī)模擬 ,將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 、 零件應(yīng)力分析 、 零件選 材、 組織與性能設(shè)計(jì) 、 熱處理工藝設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行并行處理 , 經(jīng)過(guò)疊加優(yōu)化制定出工件熱處理后內(nèi)部性能分布與其使用狀 況匹配的設(shè)計(jì)方案 ,保證機(jī)械產(chǎn)品的可靠性 ,最大限度降低成 本 �？梢哉f(shuō) ,熱處理智能化是機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的重要 環(huán)節(jié) [ 23 ] 。 熱處理計(jì)算機(jī)模擬和智能化技術(shù)的發(fā)展前景誘人 , 潛力 巨大 ,但還應(yīng)該指出 ,它還是一種很不成熟甚至可能存在誤區(qū) 的技術(shù) 。許多關(guān)鍵技術(shù)尚待經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的艱苦努力才可望解 決 。非線性問(wèn)題的算法 ( 尤其是多種非線性因素的交互作 用) ,相變計(jì)算的精確性 、 流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)與界面換熱不均勻性模 擬、 對(duì)流 — 輻射 — 導(dǎo)熱的耦合 、 形狀復(fù)雜的多物體間的輻射等 方面都還有許多難度很大的課題有待人們深入研究 。 北京航空航天大學(xué)對(duì)我國(guó)熱處理工藝智能控制技術(shù)進(jìn)行 了研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作 , 并且取得了材料熱處理計(jì)算機(jī)輔助 決策系統(tǒng) ,滲碳微機(jī)控制系統(tǒng) ,污水治理微機(jī)測(cè)控技術(shù) , 航空 熱處理 CAPP 技術(shù)等成果并應(yīng)用于航空熱處理工業(yè)生產(chǎn) [ 24 ] 。 目前的觀點(diǎn)是 ,智能控制系統(tǒng)是一種在各種復(fù)雜的不確 定性環(huán)境中以最低限度的人工干預(yù)高度自主地實(shí)現(xiàn)追求目標(biāo) 功能的控制系統(tǒng) 。 智能控制系統(tǒng)的主要性能是高性能 、 魯棒性 、 適應(yīng)性 、 容 錯(cuò)性 、 學(xué)習(xí)能力 、 實(shí)時(shí)性和人機(jī)協(xié)作功能 。 智能控制系統(tǒng)主要有 5 種主要類型 : 分級(jí)遞增智能控制 系統(tǒng) 、 專家控制系統(tǒng) 、 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng) ,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制系 統(tǒng)和其它智能控制系統(tǒng) ( 如組合智能控制系統(tǒng) ,集成智能控制 系統(tǒng) ,多色智能控制系統(tǒng)等) 。 考察現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和智能控制系統(tǒng)的特征 , 并結(jié) 合熱處理行業(yè)特點(diǎn)不難得出以下 3 點(diǎn)結(jié)論 : (1) 今后制造業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)是硬件成本下降 ,而軟件價(jià) 值上升的趨勢(shì) ,智能控制的特點(diǎn)決定了發(fā)展熱處理工藝智能 控制不僅需要設(shè)備滿足控制要求 , 更應(yīng)重視相關(guān)軟件的生產(chǎn)

5　 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)
熱處理領(lǐng)域需要解決大量數(shù)據(jù)和信息處理技術(shù) , 熱處理 技術(shù)的信息與管理需在操作系統(tǒng)的支持下 , 通過(guò)應(yīng)用軟件建 立數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)完成 。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)正是數(shù)據(jù)處理的核心機(jī)構(gòu) , 成 為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域 。 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)依工作領(lǐng)域大體可分為金屬材料數(shù)據(jù)庫(kù) 、 熱處理原理數(shù)據(jù)庫(kù) 、 熱處理工藝數(shù)據(jù)庫(kù) 、 典型零件熱處理數(shù)據(jù) 庫(kù)、 熱處理設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)等 。熱處理數(shù)據(jù)也是一項(xiàng)基礎(chǔ)科研技 術(shù) ,諸如熱處理計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) , 熱處理 CAD 技術(shù)和 CAPP 技術(shù) ,人工智能熱處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用以及熱處理集成制造 系統(tǒng) ( CIMS) 的發(fā)展都需要有強(qiáng)大的熱處理數(shù)據(jù)的支持 。 我國(guó)十分重視熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和開(kāi)發(fā)應(yīng)用工作 , 許 多單位作出了積極的努力并取得進(jìn)展 。北京機(jī)電研究所建立 了熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)與輔助決策系統(tǒng) ,并于 1990 年推出了 《熱處 理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) Ⅲ ,包括熱處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù) 、 》 硬度選擇與 硬度轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 、 中外熱處理標(biāo)準(zhǔn)檢索系統(tǒng) 、 淬火 、 退火與正火 工藝數(shù)據(jù)庫(kù) 、 熱處理設(shè)備與選型系統(tǒng)等 。該系統(tǒng)隨后研制開(kāi) 發(fā) 《淬透性預(yù)報(bào)系統(tǒng)軟件》 并已投放市場(chǎng) 。與此同時(shí) ,國(guó)內(nèi)陸 續(xù)研制成功各類熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)并且在熱處理技術(shù)和生產(chǎn)中得 到應(yīng)用 。主要有 : 清華大學(xué)研制的典型零件 ( 軸類 ) 熱處理數(shù) 據(jù)庫(kù) ; 北京工業(yè)大學(xué)和北京機(jī)電研究所研制的汽車零件熱處 理工藝數(shù)據(jù)庫(kù) ; 上海交通大學(xué) 、 大連理工大學(xué)研制的材料淬透 性數(shù)據(jù)庫(kù)和北京工業(yè)大學(xué)與北京吉普汽車有限公司聯(lián)合研制 的 BJ C 熱處理信息系統(tǒng)等 [ 5 ,19 ,20 ] 。 熱處理專家系統(tǒng)是熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展 。簡(jiǎn)言之 , 在熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上 , 附加上對(duì)熱處理性能或決策要求 的數(shù)學(xué)計(jì)算和分析 ,邏輯推理和判別 ,綜合比較和選擇等功能 就構(gòu)成了熱處理專家系統(tǒng) 。就熱處理計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的角度 而言 ,熱處理專家系統(tǒng)是一種智能化的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) ,它在 熱處理科學(xué)研究 ,實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析和工業(yè)應(yīng)用中具有和應(yīng)用 客體間 (object ) 更直接 、 更精確 、 更實(shí)用的功能 。因而必將在 今后熱處理計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中 ,發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)勁 ,前景廣闊 。

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和積累 ; (2) 及時(shí)吸收智能控制有價(jià)值的思想方法 ,綜合熱處理 工藝智能控制的具體情況 ,設(shè)計(jì)控制模型進(jìn)行研究 ,不失為發(fā) 展熱處理工藝智能控制的一條有效途徑 ; (3) 智能控制不僅要與傳統(tǒng)熱處理工藝相結(jié)合 , 更有必 要在一些熱處理新技術(shù) ,例如精密熱處理 、 真空熱處理以及高 能束熱處理等方面發(fā)揮作用 。 發(fā)展熱處理工藝智能控制將給熱處理工業(yè)注入新鮮血 液 ,使其緊跟社會(huì)信息化的時(shí)代潮流 ,并符合先進(jìn)制造技術(shù)的 發(fā)展趨勢(shì) 。 我國(guó)在熱處理工藝智能控制及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已取得不少 研究成果并應(yīng)用于熱處理工業(yè)實(shí)踐 。例如 ,熱加工柔性制造 系統(tǒng) ( EMS) ,熱處理微機(jī)動(dòng)態(tài)控制技術(shù) ,材料智能熱處理 ( In2 telligent process of materials2heat treatment) 以及雙級(jí)控制結(jié)構(gòu) 智能滲碳控制技術(shù)等 。 將計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)與傳感器 、 測(cè)試儀表技術(shù)相結(jié)合 構(gòu)成智能化儀表 ,這是傳感器和測(cè)試儀表技術(shù)發(fā)展的必然趨 勢(shì) 。我國(guó)自 80 年代在這一領(lǐng)域開(kāi)始起步 ,已經(jīng)研制和開(kāi)發(fā)出 許多熱處理智能化儀表 。如 TAS 圖像分析儀 ,J ST2900 型淬 火介質(zhì)冷速測(cè)定儀 ,個(gè)人儀器冷卻介質(zhì)測(cè)試儀 ,微機(jī)控制真空 儀 ,便攜式微機(jī)硬度計(jì) ,微機(jī)控制氧探頭碳控系統(tǒng) ,智能化溫 控儀 ,微機(jī)控制氣氛控制器 ,便攜式智能化測(cè)振儀 、 涂層測(cè)厚 儀 ,粗糙度儀和便攜式微機(jī)打字機(jī) ,滲氮工藝控制儀和氣體滲 碳/ 碳氮共滲微機(jī)控制儀等等 [ 25 ] �？梢圆豢鋸埖卣f(shuō) ,在今天 , 測(cè)試儀表和傳感器智能化已經(jīng)成為 90 年代技術(shù)水平的標(biāo)志 。 參考文獻(xiàn) :
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為了適應(yīng) 21 世紀(jì)材料學(xué)科的發(fā)展 , 經(jīng)學(xué)會(huì)理事會(huì)和本刊編委會(huì)討論決定 , 國(guó)家科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn) ( 國(guó)科財(cái)便字 ( 2000 ) 080 號(hào)) 《金屬熱處理學(xué)報(bào)》 , 刊名改為 《材料熱處理學(xué)報(bào)》將于 2001 年第 1 期正式啟用 。 , 《材料熱處理學(xué)報(bào)》 將充分發(fā)揮專業(yè)核心期 刊的作用 ,在原有基礎(chǔ)上 ,大幅度拓寬學(xué)科范圍 ,特別是材料研究與應(yīng)用方面 ; 增加信息容量 ,提高編輯 、 印刷質(zhì)量 ,拓寬版面 ( 大 16 開(kāi)本) 和欄目 。我們真誠(chéng)希望廣大材料和熱處理工作者繼續(xù)關(guān)心支持本刊的發(fā)展 , 歡迎各界踴躍投稿 , 積極訂閱 。聯(lián)系地 址 : 北京市海淀區(qū)學(xué)清路 18 號(hào) ( 100083) 　 北京 907 信箱 　 電話 :010 - 62920613 　 傳真 :010 - 62920623 　E - mail :chts @public.
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  本文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)熱處理工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。