粉末冶金技術(shù)中智能控制的應(yīng)用

孟倩倩

摘 ?要：隨著社會的發(fā)展，我國的智能化建設(shè)的發(fā)展也越來越完善。粉末冶金工藝過程的自動化和智能化是未來粉末冶金技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。但粉末冶金過程是一個復(fù)雜的過程，各工藝參數(shù)系統(tǒng)具有時變、非線性及干擾因素多等特點，很難建立起精確的數(shù)學(xué)模型。而經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，難以對整個過程實現(xiàn)自動控制或控制效果不佳。而智能控制系統(tǒng)不完全依賴于受控對象的數(shù)學(xué)模型，主要利用人的操作經(jīng)驗、知識和推理技術(shù)以及控制系統(tǒng)的某些信息和性能做出相應(yīng)的控制動作。

關(guān)鍵詞：粉末冶金技術(shù);智能控制;應(yīng)用

引言

粉末冶金作為一種既古老又充滿活力的先進(jìn)材料制備和成形技術(shù)，起源于古代陶瓷制備技術(shù)和煉鐵技術(shù)，為人類社會的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。18世紀(jì)中葉，粉末冶金制鉑技術(shù)在歐洲的興起，開啟了古老粉末冶金技術(shù)的復(fù)興時代。直至1909年，粉末冶金法延性鎢的問世標(biāo)志著近現(xiàn)代粉末冶金時代的來臨。一百多年來，粉末冶金技術(shù)蓬勃發(fā)展，各種重要新型材料和關(guān)鍵性制品不斷涌現(xiàn)，成為當(dāng)今國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)不可或缺的重要工程技術(shù)之一。迄今，粉末冶金技術(shù)已發(fā)展成為材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中最具有發(fā)展活力的重點研究方向之一。

1鐵基粉末冶金材料

鐵基粉末冶金材料是以鐵元素為主，添加C、Cu、Ni、Mo、Cr、Mn等合金元素形成的一類鋼鐵材料。其中，粉末冶金低合金鋼中合金元素之和一般在5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，已發(fā)展形成Fe-Cu-C、Fe-Ni-C、Fe-Ni-Cu-C、Fe-Cr-Cu-C、Fe-Mo-Ni-Cu-C等多個系列;粉末冶金高合金鋼有粉末不銹鋼和粉末高速鋼兩大類。鐵基制品是粉末冶金行業(yè)生產(chǎn)量最大的一類材料，在一定程度上代表一個國家粉末冶金技術(shù)水平。下面介紹鐵基粉末及其制品的發(fā)展概況。

2粉末冶金技術(shù)中智能控制的應(yīng)用

2.1專家系統(tǒng)應(yīng)用在粉末冶金當(dāng)中

該系統(tǒng)也叫做基于知識的系統(tǒng)體系，屬于人工智能中一領(lǐng)域，更是人工智能向?qū)嵱没己冒l(fā)展的體現(xiàn)，專家系統(tǒng)通過將規(guī)則為基礎(chǔ)，將問題求解視為中心，主要包括知識庫、推理機以及綜合數(shù)據(jù)庫，還有解釋接口、知識獲取等部分。實質(zhì)就在于具有智能特點地計算機系統(tǒng)，可以有效地在特定領(lǐng)域當(dāng)中，有效地模仿人的思維去解決一些復(fù)雜的問題，具備的啟發(fā)性以及靈活性等特點，能夠進(jìn)一步提升其性能。專家系統(tǒng)雖然是以知識為主要基礎(chǔ)，可是其在解決問題中，能力與知識廣博卻超出人類專家能力，其高性能、實用性等也逐漸被人們所重視起來。而且該系統(tǒng)也被滲透到很多領(lǐng)域當(dāng)中，為各領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展提供了有利的條件。

2.2粉末冶金高溫合金的發(fā)展趨勢

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和人工智能對材料成分、工藝進(jìn)行設(shè)計的方法已經(jīng)在高分子、陶瓷等材料中得到了應(yīng)用并取得成功。對于高溫合金而言，由于公開的數(shù)據(jù)量少，成分、工藝、組織等變量多，一直很難通過上述辦法進(jìn)行有效的合金開發(fā)。然而，得益于高通量實驗技術(shù)的發(fā)展，快速獲得海量、可靠的成分?組織、組織?性能、工藝?性能等關(guān)系數(shù)據(jù)成為可能，這為開展機器學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。從工藝的角度上看，制備超純凈、高收得率的細(xì)粉是粉末制備工藝的一個重要發(fā)展方向。隨著越來越多的工作聚焦于3D打印過程中致密化、裂紋、晶粒均勻性等方面的問題，采用增材制造的手段制備粉末高溫合金制件也值得嘗試。高性能航空發(fā)動機的渦輪盤在實際使用過程中，盤心與盤緣部位承受的溫度、應(yīng)力情況不同，通過可控的熱處理工藝獲得雙性能渦輪盤是針對該渦輪盤復(fù)雜工況提出的有效手段，其中溫度場的控制、晶粒和第二相的演變機理需要更深入的研究。此外，結(jié)合了組織模擬的工藝過程仿真是實現(xiàn)粉末高溫合金渦輪盤從制粉、固結(jié)成型、熱變形、熱處理到最后機械加工成形過程一體化設(shè)計、優(yōu)化的有效手段，需要進(jìn)一步大力發(fā)展。

2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

其主要就是以真實的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能為基礎(chǔ)，通過對中不同特征理論抽象、簡化所建立的信息處理系統(tǒng)。對于分布式并行的處理技術(shù)，其神經(jīng)計算機和當(dāng)前數(shù)字計算機都得到良好的運用。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，有效地解決了很多的問題，而且也被有效的運用在解決專家系統(tǒng)以及統(tǒng)計分析中難以解決的問題當(dāng)中，而且也在貸款風(fēng)險的評估領(lǐng)域、股票和市場分析以及化工過程控制等領(lǐng)域被有效的運用開來。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特征就是：分布存儲與容錯性，因一信息并不是只存儲在一個地方，是根據(jù)內(nèi)容分布網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的。各個神經(jīng)元能存儲很多信息中部分內(nèi)容，其網(wǎng)絡(luò)每部分對于信息存儲也有一定的等勢作用。而且還具有規(guī)模并行的處理特點，在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中信息處理屬于在大量單元并行的情況下開展的，所以運算速度相對較快的。而且也具有自組織、自學(xué)習(xí)以及自適應(yīng)的特點。因神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于變結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，可以對環(huán)境的變化進(jìn)行更好的適應(yīng)，也能學(xué)習(xí)外界的事物，而且在神經(jīng)元間連接也有可塑性的特點，通過訓(xùn)練以及學(xué)習(xí)進(jìn)行自主組織，從而更好的適應(yīng)和滿足不同信息的處理要求。

結(jié)語

雖然智能控制在粉末冶金中得到了較為廣泛的應(yīng)用，但系統(tǒng)性的應(yīng)用還沒有實現(xiàn)。而且專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各有其優(yōu)缺點：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分布式存蓄信息，具有很好的自組織、自學(xué)習(xí)能力，但還需提高學(xué)習(xí)速度，避免局部最優(yōu)而取得全局最優(yōu);專家系統(tǒng)善于邏輯性推理，但學(xué)習(xí)比較慢，難以滿足快速時變系統(tǒng)的控制要求;模糊控制長于模糊信息處理和決策，但對復(fù)雜對象的控制精度不夠。隨著智能控制研究的不斷深入，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊控制已經(jīng)開始相互滲透和結(jié)合，智能控制技術(shù)在粉末冶金中的應(yīng)用將越來越廣泛，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的結(jié)合，專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，以及模糊專家控制系統(tǒng)的應(yīng)用等等。將專家系統(tǒng)作為自適應(yīng)單元，把模糊計算作為決策單元而把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為補償單元是目前智能控制發(fā)展最有潛力的方法，這將使得控制系統(tǒng)具有更強的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織和更好的控制品質(zhì)。因此，如何將三者有效的結(jié)合起來以實現(xiàn)粉末冶金全過程的監(jiān)測和控制是今后研究的主要方向。

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