计算机在材料科学中的应用及其发展前景

第一篇：计算机在材料科学中的应用及其发展前景

计算机在材料科学中的应用及其发展前景

计算机（Computer）是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。随着计算机的性能的完善以及各种科学研究软件的丰富，计算机在材料科学中的作用变得越来越显著了，如新材料的设计，计算机模拟，工艺过程的优化及自动控制，数据和图像处理，信息检索等等，这些都体现了计算机在材料科学中的广泛应用，其发展前景极为可观。

下面我就几种计算机在材料科学中的应用来说明计算机与材料科学研究的关系。

温度场的计算，各种材料的加工、成型过程中与加热、冷却等传热过程有着密切的联系，所以利用计算机解决传热问题是极为有力的。

材料科学与行为工艺的计算机模拟，材料行为工艺是通过调整材料在加工过程中的组织性能来改善其使用性能，利用计算机模拟材料可以部分代替传统的真实试验，提高了效率、节省费用。

相图是描述相平衡系统的重要几何图形，通过相图可以获得某些热力学资料；反之通过热力学数据可以建立一定的模型，从而计算和绘制相图。相图计算CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)更是在前人收集、总结热力学数据的基础上发展形成的一门新的介于热力学、相平衡和计算机科学之间的交叉学科。

材料的组成和结构与计算机模拟，材料的组成和结构采用各种大型分析设备进行，如扫描电镜、透射电镜、分析电镜、扫描探针显微镜，各种谱仪和各种衍射仪，这些均是在计算机控制下完成各自的分析工作，而且设备随之提供了各种功能强大的分析模拟软件及其数据库，从而更加有效地提高了分析时的数据处理能力。

金属材料加工与计算机模拟，用计算机模拟实现试生产、减少实验次数、动态显示材料加工和制备工艺的各个物理量的演变历程和空间分布、预测缺陷和优化工艺流程，极大地缩短了试制周期、减少劳动力成本、提高生产率。

塑料加工中的计算机模拟，利用各种加工技术和计算机辅助工程CAE，实现对塑料制品造型、大量数据调用、人机对话，屏幕显示模拟实际的成型过程、预测塑料制件设计、模具设计和成型条件对产品质量的影响，从而能够方便、快捷地修改，寻求最佳的成型过程，使新的成型制品在较短的周期内顺利投产。

材料数据库将数据的进行集合及其管理、利用，从而对工程数据建立数据库系统，用于存储、管理和使用面向工程设计所需要的工程数据和数据模型，这是将工程方法与数据库技术结合起来，并将人工智能及专家系统与数据库相结合，建成智能化的CAD/CAM集成系统。数据库管理系统极大地方便了用户对数据的使用与管理，减轻用户的工作量和复杂性，提高了数据库的安全性，数据库系统可以提供数据共享即多用户同时使用全部或部分数据，数据库的具有数据的独立性即每个用户所使用的数据有其自身的逻辑机构，数据库的使用减少数据冗余，使数据的结构化，使数据的相互关联和记录类型的相互关联，统一的数据保护功能，并发控制的问题，加强了对数据的保护

数据库经历了第一代的层次数据库系统和网状数据库系统，第二代的关系型数据库系统，直到现在的第三代的面向对象数据库系统，从而满足了现在要在数据库中存放和管理的诸如多媒体数据、空间数据、实时数据、复杂对象、图像对象、知识和超文本等工程数据的需求，也就有了面向对象的工程数据库系统。

工程数据库系统可以适合于CAD、CAM、CIM等工程应用领域。要建立工程数据库系统首先需要选择合适的DBMS作为其开发平台，再将工程数据映射成DBMS支持的数据模型，利用DBMS提供的数据定义语言和数据操纵语言，设计数据库的结构，提供操纵数据库数据的用户界面。

对于材料数据而言，其数据量十分庞大，目前世界上已有的工程材料数据库有数十万种，各种化合物大几百万种。材料的成分、结构、性能及使用等构成了庞大的信息体系，它们依然在不断更新和扩大。

材料中成分的组合若进行实验的话，将耗时、耗力，如果利用材料数据库和其他信息处理技术则可以极大地减少研制工作量、缩短研究周期、降低成本和提高效率。

计算机材料性能数据库储存信息量大且存取速度快，查询方便，由材料查性能，也可以由性能查材料，通过比较不同材料的性能数据，进行选材或材料代用。，使用灵活，即使对材料的数据进行补充、更新和修改，功能强大，实现单位的自动转换、图形化表示数据、进行数据的派生。其应用广泛，配合CAD、CAM实现计算机辅助选材，还可以设计材料性能预测或材料设计的专家系统。

现有的材料数据库主要是欧美等发达国家开发研制的，而国内的相关单位也进行了不断的探索，取得了一定成绩，如清华大学材料研究所等单位于1990年联合建成的新材料数据库，它采用Oracle数据库，含有新型金属和合金、精细陶瓷、新型高分子材料、先进复合材料和非晶态材料五个子库，今后的材料数据库是向网络版方向发展。

专家系统(Expert System)源于人类专家的知识，应用人工智能技术，工具一个或多个人类专家提供的特殊领域的只是、经验进行推理和判断，模拟人类专家作出决断的过程，解决那些原来只有工业专家自己才能解决的各种各样的复杂问题，专家系统实际上是一种计算机程序，在某一特定领域内，能够利用知识和推理来解决人类专家才能解决的问题。

完整的专家系统由六个部分组成：

1.知识库：用于存放领域专家提供的专门知识，它有知识的数量和质量之分，要选择合适的知识表达方式和数据结构、把专家的知识形式化并存入知识库中.工作数据库：包含问题的有关初始数据和求解过程的中间信息组成。

2.推理机：它要解决如何选择和使用知识库中的知识，并运用适当的控制策略进行推理来实现问题的求解。

3.知识获取机制：实现专家系统的自我学习，在系统使用过程中能自动获取知识，不断完善扩大现有系统功能。

4.解释机制：专家系统在通用户的交互过程中，回答用户提出的各种问题，包括与系统运行有关的求解过程和与运行无关的关于系统自身的一些问题。

5.人机接口：实现系统与用户之间的双向信息转换，即系统将用户的输入信息翻译成系统可以接受的内部形式，或把系统向用户输出的信息转换成人类所熟悉的信息表达方式。

解释专家系统：通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的含义，如图像分析、化学结构分析和信号解释等。

下边是几种专家系统还有它们各自的应用

1.预测专家系统：通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况，如天气预报、人口预测、经济预测、军事预测。

2.诊断专家系统：根据观察到的情况来推断某个对象机能失常（即故障）的原因，如医疗诊断、软件故障诊断、材料失效诊断等。

3.设计专家系统：工具设计要求，秋初满足设计问题约束的目标配置，如电路设计、土木建筑工程设计、计算机结构设计、机械产品设计和生产工艺设计等。

4.规划专家系统：找出能够达到给定目标的动作序列或步骤，如机器人规划、交通运输调度、工程项目论证、通信与军事指挥以及农作物施肥方案等。

5.监视专家系统：对系统、对象或过程的行为进行进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以便发现异常情况，发出警报，如核电站的安全监视等。

6.控制专家系统：自适应地管理一个受控对象的全面行为，使之满足预期的要求，如空中交通管制、商业管理、作战管理、自主机器人控制、生产过程控制等。

材料加工过程的计算机控制，微机和可编程控制器在材料加工过程中的应用可以减轻劳动强度，显著改善产品质量和精度，从而提高产量。计算机在材料加工中的应用有物化性能测试数据的采集和处理，加工过程自动控制（主要探讨的内容），计算机辅助模具设计和制造，材料加工过程的全面质量管理

在材料加工控制领域中，运用较多的是微机和可编程控制器（Programmable Controller，简称PC），材料加工过程中的基本单元控制一般由可编程控制器或微机控制系统完成，而复杂的生产线可由可编程控制器和微机控制系统共同完成。

计算机工业控制系统基本功能：模拟量参数的采集、转换及屏幕显示，模拟量参数的越线报警（声、光的形式），被控参数的闭环自动控制，各种流量的累计计算，用于统计计算，各种开关量输入信号的检测与各种开关量输出信号的控制，用于设备的启停与各种连锁保护，生产工艺流程图及各种被控参数的动态趋势曲线的屏幕显示、便于操作人员及时掌握设备运行状态，实现对生产过程的操纵和控制，工艺参数的记录及打印，以便保存生产技术资料做经济指标考核，完成与上位机的通信，将下位机的各检测参数和各流量累计值通过数据线传输到上位机，从而接收到上位机的监督控制

计算机在材料检测中也有非常广泛的应用，材料的性能主要决定于它的化学成分和组织结构，化学成分不同的材料具有不同的性能，而相同成分的材料经过不同的加工处理而具有不同的组织结构时，也将具有不同的性能。所以通过对材料的化学成分、组织结构、力学性能及物理性的检测，能更加清晰地揭示材料的深奥秘密。如材料成分的检测即通过改变材料的成分可以调整材料的性能，这是利用材料的合成和制备完成的，所以对材料的成分进行细致的检测是必要的。

目前有许多大型分析设备（扫描探针显微镜（SPM），扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射仪，电子衍射仪，红外光谱仪，原子吸收谱仪，激光光谱仪）用于材料成分的检测

材料组织结构的检测直接影响材料性能的材料组织，评价材料缺陷，进行计算机仿真。材料缺陷的计算机评定，材料缺陷检测、分级评定和材料缺陷对性能的影响研究也是材料组织检测的一项，它们也是保证产品质量的主要环节之一。

选择可以利用计算机图像处理与模式识别技术来进行材料缺陷特征参数的研究，可以实现材料缺陷图像获取、材料缺陷检出、材料缺陷识别、材料缺陷尺寸测量和分级评定等功能，基本上是自动化的。

对材料研究中的数据作进一步处理，如计算、绘图、拟合分析等，这些功能现在均可利用软件来完成。

计算机科学与材料科学研究相结合，改进了研究工具和研究方法，促进了学科的发展。过去，人们主要通过实验和理论两种途径进行科学技术研究。现在，计算和模拟已成为研究工作的第三条途径。计算机与有关的实验观测仪器相结合，可对实验数据进行现场记录、整理、加工、分析和绘制图表，显著地提高实验工作的质量和效率。计算机辅助设计已成为工程设计优质化、自动化的重要手段。在理论研究方面，计算机是人类大脑的延伸，可代替人脑的若干功能并加以强化。古老的数学靠纸和笔运算，现在计算机成了新的工具，数学定理证明之类的繁重脑力劳动，已可能由计算机来完成或部分完成。计算和模拟更是一种新的研究手段。计算机在材料科学中的广泛应用，常常产生显著的经济效益和社会效益，从而引起产业结构、产品结构等方面的重大变革。

总之，计算机在材料科学中的应用相当广泛，其发展前景也让材料科学研究的从业者满怀期待。

第二篇：计算机科学与技术发展前景

计算机科学与技术专业就业方向 就业前景

就业现状

1、网络工程方向就业前景良好，学生毕业后可以到国内外大型电信服务商、大型通信设备制造企业进行技术开发工作，也可以到其他企事业单位从事网络工程领域的设计、维护、教育培训等工作。

2、软件工程方向 就业前景十分广阔，学生毕业后可以到国内外众多软件企业、国家机关以及各个大、中型企、事业单位的信息技术部门、教育部门等单位从事软件工程领域的技术开发、教学、科研及管理等工作。也可以继续攻读计算机科学与技术类专业研究生和软件工程硕士。

3、通信方向 学生毕业后可到信息产业、财政、金融、邮电、交通、国防、大专院校和科研机构从事通信技术和电子技术的科研、教学和工程技术工作。

4、网络与信息安全方向宽口径专业，主干学科为信息安全和网络工程。学生毕业后可为政府、国防、军队、电信、电力、金融、铁路等部门的计算机网络系统和信息安全领域进行管理和服务的高级专业工程技术人才。并可继续攻读信息安全、通信、信息处理、计算机软件和其他相关学科的硕士学位。发展趋势

截至2005年底，全国电子信息产品制造业平均就业人数 322．8万人，其中工人约占6 0％，工程技术人员和管理人员比例较低，远不能满足电子信息产业发展的需要。软件业人才供需矛盾尤为突出。2002年，全国软件产业从业人员59．2万人，其中软件研发人员为15．7万人，占26．52％。而当前电子信息产业发达国家技术人员的平均比例都在30％以上。中国电子信息产业技术人员总量稍显不足。需求分析

1．全国计算机应用专业人才的需求每年将增加100万人左右 按照人事部的有关统计，中国今后几年内急需人才主要有以下 8大类：以电子技术、生物工程、航天技术、海洋利用、新能源新材料为代表的高新技术人才；信息技术人才；机电一体化专业技术人才；农业科技人才；环境保护技术人才；生物工程研究与开发人才；国际贸易人才；律师人才。教育部、信息产业部、国防科工委、交通部、卫生部目前联合调查的专业领域人才需求状况表明，随着中国软件业规模不断扩大，软件人才结构性矛盾日益显得突出，人才结构呈两头小、中间大的橄榄型，不仅缺乏高层次的系统分析员、项目总设计师，也缺少大量从事基础性开发的人员。按照合理的人才结构比例进行测算，到2005年，中国需要软件高级人才6万人、中级人才28万人、初级人才46万人，再加上企业、社区、机关、学校等领域，初步测算，全国计算机应用专业人才的需求每年将增加100万人左右。2，数控人才需求增加 蓝领层数控技术人才是指承担数控机床具体操作的技术工人，在企业数控技术岗位中占70．2％，是目前需求量最大的数控技术工人；而承担数控编程的工艺人员和数控机床维护、维修人员在企业数控技术岗位中占25％，其中数控编程技术工艺人员占12．6％，数控机床维护维修人员占12．4％，随着企业进口大量的设备，数控人才需求将明显增加。3．软件人才看好 教育部门的统计资料和各地的人才招聘会都传出这样的信息计算机、微电子、通讯等电子信息专业人才需求巨大，毕业生供不应求。从总体上看，电子信息类毕业生的就业行情十分看好，10年内将持续走俏。网络人才逐渐吃香，其中最走俏的是下列3类人才：软件工程师、游戏设计师、网络安全师。4．电信业人才需求持续增长 电信企业对于通信技术人才的需求，尤其是对通信工程、计算机科学与技术、信息工程、电子信息工程等专业毕业生的需求持续增长。随着电信市场的竞争由国内竞争向国际竞争发展并日趋激烈，对人才层次的要求也不断升级，即由本科、专科生向硕士生和博士生发展。市场营销人才也是电信业的需求亮点。随着电信市场由过去的卖方市场转变为现在的买方市场，电信企业开始大举充实营销队伍，既懂技术又懂市场营销的人才将会十分抢手。发展方向

计算机科学与技术类专业毕业生的职业发展路线基本上有两条路线： 第一类路线，纯技术路线；信息产业是朝阳产业，对人才提出了更高的要求，因为这个行业的特点是技术更新快，这就要求从业人员不断补充新知识，同时对从业人员的学习能力的要求也非常高； 第二类路线，由技术转型为管理，这种转型尤为常见于计算机行业，比方说编写程序，是一项脑力劳动强度非常大的工作，随着年龄的增长，很多从事这个行业的专业人才往往会感到力不从心，因而由技术人才转型到管理类人才不失为一个很好的选择。就业要求

即计算机科学与技术类专业大学生应该储备的知识）

1、网络工程方向专业培养的人才具有扎实的网终：工程专业基础、较好的综合素质；能系统地掌握计算机网络和通信网终技术领域的基本理论、基本知识；能掌握各类网络系统的组网、规划、设计、评价的理论、方法与技术；获得计算机网络设计、开发及应用方面良好的工程实践训练，特别是获得大型网络工程开发的初步训练。

2、软件产业作为信息产业的核心，是国民经济信息化的基础，它已经涉足工业、农业、商业、金融、科教卫生、国防和百姓生活等各个领域。本专业方向就是学习如何采用先进的工程化方法进行软件开发和软件生产。

3、计算机软件主流开发技术、软件工程、软件项目过程管理等基本知识与技能，熟练掌握先进的软件开发工具、环境和软件工程管理方法，培养学生系统的软件设计与项目实施能力，胜任软件开发、管理和维护等相关工作的专业性软件工程高级应用型人才。

4、信息工程通信方向是一个以通信技术、电子技术和计算机技术为基础，以现代通信系统的基本理论和技术及信号与信息的获取、传输、存储、处理为学习和研究对象。要求学生系统的学习通信系统和信息科学的基本理论和基本知识。使学生受到严格的科学试验训练和科学研究初步训练，具有从事通信工程和电子工程的综合设计、开发、集成应用及维护等能力的高级应用型技术人才。主要的研究领域包括：现代通信系统与程控交换、计算机网络与移动通信、信号与信息处理新方法、数字图像处理及压缩技术、单片机原理及应用、DSP原理及应用和通信领域新技术新业务的研发等。

5、信息工程网络与信息安全方向是以信息安全技术和网络技术为基础，以信息安全和网络协议、网络产品的研究、开发、运行、管理和维护为学习和研究对象，掌握网络中实现信息安全的相关技术。要求学生系统的学习信息科学和通信系统的基本理论和基本知识，使学生受到严格的科学试验训练和科学研究初步训练，具有从事信息安全和网络工程综合设计、开发、维护及应用等基本能力的高级应用型技术人才。计算机应用技术专业分析

计算机应用技术是计算机科学与技术一级学科下设的一个二级学科，该专业应用十分广泛，它以计算机基本理论为基础，突出计算机和网络的实际应用。[1] 目前我国计算机专业主要分为三大类：计算机基础专业、与理工科交叉的计算机专业、与文科艺术类交叉的计算机专业。

1.计算机基础专业 专业要求与就业方向：这些专业不但要求学生掌握计算机基本理论和应用开发技术，具有一定的理论基础，同时又要求学生具有较强的实际动手能力。学生毕业后能在企事业单位、政府部门从事计算机应用以及计算机网络系统的开发、维护等工作。推荐院校：北京大学、清华大学、北京工业大学、南京大学、上海交通大学、东南大学

2.与理工科交叉的计算机专业 与理工科交叉而衍生的计算机专业很多，如数学与应用数学专业、自动化专业、信息与计算科学专业、通信工程专业、电子信息工程专业、计算机应用与维护专业等。1)数学与应用数学专业： 专业要求与就业方向：数学与应用数学是计算机专业的基础和上升的平台，是与计算机科学与技术联系最为紧密的专业之一。该专业就业面相对于计算机科学与技术专业来说宽得多，不但适用于IT 领域，也适用于数学领域。推荐院校：同济大学、东南大学、中山大学、宁波大学、深圳大学 2)自动化专业： 专业要求与就业方向：自动化专业是一个归并了多个自动控制领域专业的宽口径专业，要求学生掌握自动控制的基本理论，并立足信息系统和信息网络的控制这一新兴应用领域制定专业课程体系，是工业制造业的核心专业。自动化专业的毕业生具有很强的就业基础和优势。推荐院校：清华大学、东南大学、北京邮电大学、重庆大学 3)信息与计算科学专业： 专业要求与就业方向：这是一个由信息科学、计算数学、运筹与控制科学等交叉渗透而形成的专业，就业面涉及到教学、商业、网络开发、软件设计等各个方面，就业率高达95%以上。推荐院校：清华大学、南京大学、苏州大学 4)通信工程专业： 专业要求与就业方向：通信工程专业要求学生掌握通信基础理论和基本基础，掌握微波、无线电、多媒体等通信技术，以及电子和计算机技术，在信息时代有着极佳的就业优势。推荐院校：复旦大学、北京邮电大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学 5)电子信息工程专业： 专业要求与就业方向：电子信息工程专业是宽口径专业，主要培养信息技术、电子工程、网络系统集成等领域的高级IT 人才，毕业生可从事电子设备、信息系统和通信系统的研究、设计、制造、应用和开发工作。推荐院校：浙江大学、清华大学、厦门大学、武汉大学、四川大学、云南大学 3.与文科艺术类相交叉的计算机专业 如果选择艺术类院校的上述专业，应有充分的思想准备：报考人数众多而招生人数有限，中国美术学院的报名与录取比例在2～5%是很正常的事，由此可见竞争之残酷，门槛之高。1)计算机美术设计专业 专业要求与就业方向：计算机美术设计专业要求学生掌握美术设计和计算机的基础知识，熟练运用计算机进行广告设计、产品造型设计、室内外装饰设计及电视三维动画制作等美术设计工作。学生毕业后可在设计部门、广告公司、装潢公司、网络公司、软件公司、动画公司、企事业广告部及学校等从事美术设计策划与制作、电脑绘画、动画制作、网页设计及教学工作和计算机系统日常维护与管理等工作。推荐院校：四川美术学院、云南大学、南京艺术学院、重庆师范大学 2)网页设计专业 专业要求与就业方向：互联网融入我们的生活，深刻地影响和改变着我们的生活方式和交流方式。网络以其自身信息传递的高效快捷、多样化、互动性等优势，深受人们的欢迎，已经成为速度最快、覆盖面最广的媒体传播方式。因此，网页设计专业对广大青年学生也是一个不错的选择。推荐院校：首都师范大学、中央美术学院 3)影视动画设计专业 专业要求与就业方向：学生毕业后可以从事动画原画创作、动画设计、广告设计、软件开发、影视节目制作等工作，还可以从事传媒设计、管理及商务方向。推荐院校：北京电影学院、成都大学 4)环境艺术设计专业 专业要求与就业方向：本专业是以美术造型能力为基础，以装饰、建筑等专业为设计依据的创造性专业学科，培养能够独立从事居住环境和商业环境的设计以及其他环境艺术设计与施工的专门型、应用型人才。推荐院校：浙江工业大学、中国美术学院 计算机是一门应用极为广泛的科学，在它应用的每一个学科中都已经诞生并继续诞生新的学科和专业。同时，在计算机的应用中又快速产生着新的专业，像比较时兴的电子商务专业、信息安全专业、办公自动化专业等都有着良好发展势头和前景。

第三篇：计算机在化工中的应用

计算机在化工中的应用

安徽理工大学 应用化学 金磊 引言

随着计算机技术的飞速发展．它在化工设计中的应用范围日益扩大，由局部辅助发展到全面辅助，计算机的发展对化工设计的影响也越来越重要性已成为必然的趋势。对化工设计而言．从由分子结构出发预测物质的物性到工艺过程的设计、分析直至绘图．均可由计算机完成，可用一句话简单地概括计算机在化工设计中的作用：模拟计算和绘图。化工过程所涉及到的模拟包括微观过程或结构分子模拟到研究宏观过程的流程模拟。绘图是计算机科学的一个重要分支，在工程设计中用计算机绘图通常为计算机辅助设计，简称CAD。化工设计是一个系统工程，除了工艺路线设计、设备计算、绘图等以外，还有环境评估，经济效益，社会效益等大量的工作。这些都可以借助于计算机来完成。计算机与化工两者互相影响、渗透与结合，已经并将继续给化工设计带来影响和改变。[1] 2 计算机在化工教学中的应用

在传统的教学模式中，教师板书占用时间太计算机在化工教学中的广泛应用可以增大教学容量、提多，太长，内容必然受到限制，教师与学生之间沟通交流的时间以及学生动脑思考的时间也会缩短。使用多媒体技术可减少板书，不仅可让学生学习更多的知识，增加知识容量，还可将较多的时间留给学生，让学生去思考，去探索，去实践，拓宽知识面。

教学中我们常用PowePoint软件制作和演示幻灯片，能够制作出集文字、图形、图像、声音以及视频剪辑等多媒体元素于一体的演示文稿，用于展示，介绍作者的学术思想和科研成果。PowerPoinnt的最新版本为PowerPoinnt2007，其用户界面与 Word相似,主要包括：标题栏、Office按钮、快速访问工具栏、工具栏、文档编辑区、状态栏等。[6] 3计算机在处理化学数据中的应用

用计算机处理化学数据和绘制图形我们常用Origin软件进行处理，这样可以避免手动处理带来的人为误差和因为大意而造成的失误，并且可以节省时间提高工作效率。Origin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需要。

Origin是公认的快速、灵活、易学的工程制图软件。它的最新的版本号是8.1 SR3，另外分为普通版（Origin 8.1）和专业版（OriginPro 8.1）两个版本。

Origin具有两大主要功能：数据分析和绘图。Origin的数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即可。Origin的绘图是基于模板的，Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接。

Origin可以导入包括ASCII、Excel、pClamp在内的多种数据。另外，它可以把Origin图形输出到多种格式的图像文件，譬如JPEG、GIF、EPS、TIFF等等。

Origin里面也支持编程，以方便拓展Origin的功能和执行批处理任务。Origin里面有两种编程语言——LabTalk和Origin C。

在Origin的原有基础上，用户可以通过编写X-Function来建立自己需要的特殊工具。X-Function可以调用Origin C和 [2]NAG函数，而且可以很容易地生成交互界面。用户可以定制自己的菜单和命令按钮，把X-Function放到菜单和工具栏上，以后就可以非常方便地使用自己的定制工具。

4，计算机在化学绘图方面的应用

所谓计算机绘图，狭义地理解，用计算机驱动绘图仪或打印机画出所需的图形，在绘图输出之前，通常要把所画图形预先显示在计算机屏幕(显示器CRT)上，以便人们对所国图形是否正确加以判断，一旦发现错误，即重新调试。这样就可将很多错误消灭在绘图输出之前，以保证所绘图形正确无误。所以计算机绘图可广泛地应用在化学工业中，其工具主要有以下几种 4.1功能强大的ACDI/Chemsketch 这是一个免费软件(部分功能受限)，安装很简便。主要功能和特点:绘制平面(C2D)和立体(3D3化学结构式、反应式和化学图形;其绘图功能十分强大，具有丰富的化学图形绘制工具，各种化学符号应有尽有;内置包括各种原子、有机物官能团等基本结构的模具工具栏，使得绘制复杂庞大的有机物结构式变得非常便捷，并且可以把绘制好的平面化学结构图直接转换为立体图形:能够预测分子结构的基本参数如分子量、摩尔体积、极性、密度、介电常数等;可对所绘制的分子结构自动命名文)，可提供有机物的同分异构体(正版才有)等等。其主要功能有：（1）绘制化学结构图（2）编辑文本和图形（3）测算各项参数（4）3D转换和动态旋转

4.2化学图文编辑工具Chem/Window[3] 是化Chem Window可用于绘制化学图形、化学实验装置图、，化工工艺流程图等，学工作者在教学和科研中的有力助手，其主 要用途有：

（1）编辑化学方程式（2）制作反映过程关系图（3）绘制化学实验装置图（4）绘制化工流程图 4.3 Chemoffice系列软件

Chemoflic。是一套功能十分强大的化学专业应用软件，它是由ChemDraw , Chem3D和ChemFinder等三个软件组成的一个软件包，按发布时间有2002.2004, 2006等版本，根据功能和专业化程度又分为Std, Pro和Ultra三种版本，Ultra版还包含E-notebook及Chemlnfo数据库，使其应用性更强。4.3.1 ChemDraw的应用

能够绘制和编辑高质量的化学结构图，识别和显示立体结构，具有化学结构式与化学名称相互转换的功能:由于内建有NMR数据库，能够与Excel数据兼容，能够进行网络数据库信息检索等。

4.3.2 Chem3 D的应用

①将2D图形转化为3D图形 ②利用Chern3D进行化学计算 4.4 visio 2007 绘制化学化工图形[4]

是微软公司出品的一款的软件，它有助于 IT 和商务专业人员轻松地可视化、分析和交流复杂信息。它能够将难以理解的复杂文本和表格转换为一目了然的 Visio 图表。该软件通过创建与数据相关的 Visio 图表（而不使用静态图片）来显示数据，这些图表易于刷新，并能够显著提高生产率。使用 Office Visio 2007 中的各种图表可了解、操作和共享企业内组织系统、资源和流程 的有关信息。

使用 Office Visio 2007 中的新增功能或改进功能，可以更轻松地将流程、系统和复杂信息可视化：

借助模板快速入门。Office Visio 2007 提供了特定工具来支持 IT 和商务专业人员的不同图表制作需要。使用 Office Visio Professional 2007 中的 ITIL（IT 基础设施库）模板和价值流图模板，可以创建种类更广泛的图表。使用预定义的 Microsoft SmartShapes 符号和强大的搜索功能可以找到合适的形状，而无论该形状是保存在计算机上还是网站上。

快速访问常用的模板。通过浏览简化的模板类别和使用大模板预览，在新增的“入门”窗口中查找所需的模板。使用“入门”窗口中新增的“最近打开的模板”视图找到您最近使用的模板。

从示例图表获得灵感。在 Office Visio Professional 2007 中，打开新的“入门”窗口和使用新的“示例”类别，可以更方便地查找新的示例图表。查看与数据集成的示例图表，为创建自己的图表获得思路，认识到数据为众多图表类型提供更多上下文的方式，以及确定要使用的模板。

无需绘制连接线便可连接形状。只需单击一次，Office Visio 2007 中新增的自动连接功能就可以将形状连接、使形状均匀分布并使它们对齐。移动连接的形状时，这些形状会保持连接，连接线会在形状之间自动重排。

Microsoft Office Visio 2007 绘图和图表制作软件有助于 IT 和商务专业人员轻松地可视化、分析和交流复杂信息。它能够将难以理解的复杂文本和表格转换为一目了然的 Visio 图表。该软件通过创建与数据相关的 Visio 图表（而不使用静态图片）来显示数据，这些图表易于刷新，并能够显著提高生产率。使用 Office Visio 2007 中的各种图表可了解、操作和共享企业内组织系统、资源和流程的有关信息。

5 计算机在科技论文撰写及演讲中的应用

科技论文是作者对所从事的研究进行的集假说。数据和结论为一体的概括性论述，是科学研究工作的重要内容。撰写论文主要目的是与同行交流，介绍作者研究工作，促进科学技术进步，获得同行专家的意见并改进作者的工作。撰写科技论文还是对研究工作的整理，总结和精炼的过程，有助于作者系统地思考，调整和完善研究思路。[6] Microsoft Word 2007是目前全世界最流行的文字编辑软件，可以用它来编辑和发送电子邮件，编辑和处理网页等。Mircrosoft Word为我们提供了文本和符号的编辑和修改，公式的编辑输入，有详细的字体和段落格式的设置以及页面设置，页眉页脚的编辑，表格的制作，图形的编辑，目录的操作和文档的打印等。

在撰写论文也常常涉及到化工文献的查询，如果这项工作没有计算机，那么其难度将是不可想象的！首先，全面的查阅文献就成为不可能，化工行业遍布全球，分布之广就是人力所不能完成的工作，其次，化工文献众多，人的大脑是不可能将其全面的进行归类和总结。而计算机网络却能将这些复杂的问题解决掉，为我们的化工事业扫轻障碍。计算机在化工控制方面的应用

70年代，一些著名的仪表公司推出了Dcs集散控制系统，使计算机集中控制和直接数字控制得以在全球迅速推广应用。80年代，计算机过程控制已进人高一层次，可完成Prn控制、顺序控制和能量控制，图示功能得到增强，并能实现PID参数自整定。90年代以来，发展更为迅速，RISC工作站使图形窗口更完善，操作更方便，人机接口、容错技术和通讯网络都得到进一步发展。化工生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平。[5] 6 7 计算机在过程模拟中的应用

人工智能是计算机发展的最高境界，也是计算机应用的重要领域。化学的各个相关学科普遍具有知识量大、过程复杂、相对规律性较差的特点。利用计算机的海量信息存储能力、准确的逻辑判断分析能力和强大的计算能力，建立化学类专家系统具有重要的意义。因此需要了解掌握计算机智能化技术，结合逻辑运算、数据库管理和决策判断等技术知识，为建立各种化学化工模拟系统做知识储备。

9结语

本文简单介绍了计算机在化学化工各个领域中的不同应用，阐述了现代化学与计算机密不可分的关系，为我们在学习化学学习提供了方法和途径。随着计算机的高速发展，它在化学化工中的应用必将更加扩大。

参考文献：

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第四篇：浅谈计算机在档案管理中的应用

浅谈计算机在档案管理中的应用

摘要：文章认为计算机技术在现代档案管理应用中起着越来越重要的作用，这是档案现代化发展的客观要求，有利于促进计算机信息处理与档案信息管理的结合。同时，也顺应了社会信息化的要求，提高了档案工作者的素质。

关键词：计算机技术；档案管理；重要性

随着计算机技术信息技术迅猛发展和广泛应用，计算机技术为档案信息资源的科学管理和有效开发利用创造了前所未有的契机，信息成为知识经济时代最为重要的资源。目前，档案电子化是档案管理工作必须实施的重要工作，已经成为人们的共识并显示出非常显著的成绩。

计算机对档案信息进行管理，具有手工管理所无法比拟的优势，如检索迅速、查找方便、可靠性高、存储量大、保密性好、寿命长、成本低等，这些优点能极大地提高档案管理的效率及利用工作的水平，也是档案部门的科学化、正规化管理与世界接轨的重要条件，但是受行业和规模的影响，计算机的应用技术水平还参差不齐。

就目前状况看普及程度还存在一定的局限性，只是在科研院校、金融保险业较为普遍，其它行业档案管理工作仍然是处于人工管理或半人工管理状态，档案的信息功能还不能得以充分发挥。实践证明，怎样摆脱传统的档案管理方式，实现档案的计算机应用管理，怎样为档案的开发、整理、改革发挥重要的作用已成为一个重要课题摆在档案工作面前。

一、档案管理应用计算机技术是档案现代化发展的要求

从20世纪80年代开始，世界范围内以计算机为核心的现代化信息技术的发展和应用，给档案管理带来前所未有的冲击和革命。首先，计算机技术被广泛引入日常的档案管理工作中。其中最为突出的是表现在档案检索工作上，即利用计算机的超大容量和运算快捷的特点，将档案检索系统输入计算机之中。以提高档案检索的质量和速度。其次，由于电子档案的大量涌现，同时人们为了方便利用又把传统的固态档案录入计算机，建成数字档案馆，这种借助于新技术建立的档案馆为档案管理工作开拓了一个全新的领域和课题。再次，为了适应用户对开放的先行文件和历史档案的快捷查找，利用的需求各级各类档案馆（室）纷纷建立各种类型的计算机网站。档案载体的变化是出现了电子档案，党政机关、企事业单位的办公、管理和经营活动的方式发生了质的变化，电子政务、电子商务这种新形式的办公方式开始崭露头角，逐渐替代了以纸张为介质传递信息的传统办公模式。人们利用计算机和网络来书写、传递、储存、查找检索和利用信息。信息的存在形式就由原先看的见，摸的着的固态形式转化为看不见、摸不着的数码形式，它转化的档案就是电子档案。随着电子文件几何式骤增，对电子档案的超前控制、及时收集、有效管理与开发利用以及数字化技术的推广。服务范围的拓展，管理手段的革新都要求档案管理人员的计算机知识和技能必须与时代同步。要树立适应新形式要求的全新的服务理念，把现代化计算机技术与我们积累的工作经验、档案利用的典型案例、档案史料、编研材料结合起来，参与到这场文案管理的变革中来，在变革中求生存，在变革中求发展，不断改进工作方法，增强服务意识，改善服务环境，使档案信息得到更好的利用，顺应时代的要求。

二、计算机技术管理档案是促进计算机信息处理与档案信息管理相结合的一种尝试近20年来，我国档案事业发生了巨大变化，档案队伍的综合素质也有了显著提高，而档案的信息管理基本上没有进行相应的调整来反映这些发展变化。档案管理除保管档案实体延长其保存寿命维护历史真实面貌外，其重要任务就是管理，开发档案信息提供档案信息服务。档案工作属于信息管理服务范畴，而计算机在数据处理与信息管理方面又具有无与伦比的优势，是档案信息化建设的最重要的物质基础和技术支持。档案管理信息化就是利用现代 1

化的信息技术变革档案管理的模式，具体地说它包括档案本身的信息化，档案管理工作模式的信息化，档案工作目的的信息化，档案管理方法的信息化，就是我们通常说的档案的数字化。档案管理方法的信息化就是我们用现代化信息科技的成果革新管理方法、手段和工具，比如使用计算机技术、网络技术和建立在其上的管理信息系统软件进行档案的信息化管理。进一步发挥它在档案事业宏观管理中的积极促进作用，又可促进计算机信息处理与档案信息管理及开发的有机结合，对提高档案人员现代化能力和档案信息化建设发挥引导和推动作用。

三、用计算机技术管理，有利于增强档案工作领导的计算机意识、现代化意识

实现档案计算机管理应先培养计算机意识。所谓计算机意识，笔者认为，是人们在生产、生活中的一种新的思维方式，在这种意识下，人们在时间中首先尽可能地企图通过应用计算机技术来分析问题、解决问题，使计算机及其技术成为人们劳动的一种重要甚至是首选的工具或手段。21世纪是一个高科技无所不在的新世纪，我们将在高科技的环境中工作，在高科技的背景下学习和生活，将在高科技的发展中求生存、谋发展。高科技在向世界展示其强大无比的奔腾势头的同时，也向我们每一个人提出了新的使命：不仅要具备高科技的基础知识、基本技能及对高科技的运用和创造能力，而且要有一颗紧扣高科技发展脉搏而跳动的心。在新的世纪，属信息管理范畴的档案部门，其工作对象的拓展、工作手段的更新，信息技术是发展方向。然而现实中，档案部门的计算机意识较弱，时代紧迫感不强。现行的管理手段仍停留在传统的手工管理阶段，工作效率低，档案人员没有时间和精力进行信息开发，即使做了一些开发工作，质量也不高。究其根源，除机制、经费等因素外，一个重要方面就是有些档案工作领导对计算机在档案管理中的作用缺乏足够的认识，缺少计算机管理档案的意识和愿望。整个档案队伍中先进生产力的代表太少，现代科技理论与管理技能层次较低，知识结构不合理，因而档案 管理水平很难有实质性的提高。

这些状况表明，在信息化时代强化档案人员特别是档案领导干部的现代化意识、科技化意识、计算机管理档案意识，在加快档案由手工管理向计算机数字化管理的转变工作中是至关重要的，也是非常迫切的。而这种意识的形成，不仅需要一个过程，而且需要以多种途径或方式逐步实现。笔者认为，增置档案人员计算机技能管理内容，无疑是个强烈的指示信号，也应是一种有效途径。这将会促进档案人员关注档案工作现代化，自觉学习计算机知识并积极应用计算机技术的认识，可强化档案人员的现代化意识，加快档案工作现代化建设。

四、顺应社会信息化的要求，全面提高档案工作者的素质

随着全社会信息化建设步伐的不断加快，电子文件的产生与管理给档案管理工作带来了极大的挑战。在信息网络环境下如何发挥档案工作自身的特点和优势来为社会提供高质量、全方位的档案信息服务，是摆在当前的重要任务之一，适应政务信息化，档案工作者素质的提高和意识的培养是关键。

在信息观念日益增强的市场经济环境中，新知识、新技术、新事物、新经验层出不穷，而档案管理工作人员还存在着知识结构老化，服务技能单一现象。如果仅凭原有的知识、技能、经验很难适应新技术应用的要求，档案人员只有不断学习和掌握新知识、新技能、新本领才能参与电子环境下的业务转型并起到积极的促进作用，《档案法》规定要“采用先进技术，实现档案管理的现代化”。现代化管理的基础是工作者的知识化，尽管技术进步对信息环境的构建起着至关重要的作用，但是人仍然是决定的因素，档案工作人员素质的提高和电子环境下工作意识的培养是档案信息化的关键所在。可见掌握档案人员计算机技能整体状况，不仅可以促进档案专业教育加快改革步伐，调整人才培养方向，以适应时代需求，有利于增强档案人员的终身学习意识和时代意识，促进干部队伍知识结构的改善和优化。

在电子商务和电子政务活动中，档案工作人员不仅要达到政治素质过硬，档案业务精通，还要求熟悉档案信息系统开发，档案保护技术和具备相当的外语水平以及开拓创新能力。

同时应当具有有效利用现代工具开展工作的习惯和意识，实现从传统的档案业务型向多元和复合知识型方向转变，即一职多能。因此档案部门要定期对档案管理人员进行专业技能和现代信息技术应用能力的培训，使之在掌握档案专业知识，了解新学科发展的基础上不断更新自身的知识结构，以适应网络化社会对信息的要求，也只有具备一支高素质的专业队伍，才能灵活应对电子形式的档案信息服务，提高管理效率和质量，可以肯定地说：随着以计算机技术为基础的现代科技的普及和发展，以及档案部门运用计算机技迫切需要，计算机技术在档案部门的普及应用已经成为不可逆转的发展潮流。为适应这一新形势的发展，档案部门应培养造就一批具有世界科技前沿水平的高层次的档案人才队伍和档案学科带头人，不断更新知识，以适应新时期档案事业发展的需求。

第五篇：计算机在材料加工中的应用

计算机在材料加工中的应用

摘 要：本文介绍了计算机模拟在材料加工过程中的发展趋势，它将为企业参与激烈的市场竞争并取得成功提供重要手段，计算机模拟技术必将在未来材料加工技术中起到举足轻重的作用。

关键词：材料加工；计算机模拟；虚拟制造；

Abstract：This paper has reviewed the developmental history and the important role of computer simulation of materials processing in manufacturing industry for current and proposed materials process applications as well as typical variables interrelate with specific process elements and the capability and payoff of process simulation for these same applications.Keywords：material process，computer simulation，virtual manufacture 1 前言

随着时代的发展，世界制造业面临市场开拓和技术发展两大挑战。高质量、低成本、短周期的先进制造技术是制造业的发展方向，它的科学性、先进性、正确性和敏捷性对于国民经济的发展非常重要。虚拟制造技术的出现是先进制造技术的重要标志之一[1-2]。虚拟制造与实际制造有本质区别，它是在计算机防真与虚拟现实技术的支持下，在计算机上进行产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验等，是在计算机上实现将原材料变成产品的虚拟现实过程，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，进入全方位预测，力争一次成功的新阶段，从而缩短产品周期，减少费用，提高质量。材料加工是先进制造技术中重要的组成，它的应用涉及航空航天、汽车、石化、军事等事关国民经济的重要产业。在我国加入世贸组织之后，我国的制造业面临更多更大的机遇与挑战。材料加工与以切削为主体的冷加工相比，其特点是: 从质量评价标准上，在保证零件尺寸形状精度和表面质量的同时，更注重保证零件和结构内部组织性能和完整性;在产品和零件设计上，更强调针对复杂型腔和曲面的能力;在工艺过程中，除了运动和外力作用等因素，还涉及温度场、流场、应力应变场及内部组织的变化;生产环境恶劣，控制因素多样。以上特点反映了材料加工过程对综合自动化和信息集成的需求和复杂性，因此，充分了解材料加工计算机模拟的重要性及其发展趋势，对于推动我国制造业的科技进步，缩短产品的开发和加工周期，快速响应市场，提高竞争能力，真正体现高速、高效、高质的制造优势，具有重要的意义。2计算机模拟技术的发展

计算机模拟是制造业发展的产物。以有限元方法为基础的计算机模拟技术是20 世纪技术发展的巨大成果，在工程物理科学的各个分支领域都起着十分重要的作用。新材料、新工艺、新产品、高要求、高精度、低成本的现代制造模式要求深入了解和掌握材料成形机理、过程变化，在计算机上实现过程显现，开拓科学的工艺和设计方法，实现最优设计与制造。因此，计算机数值模拟技术以及以此为基础的优化设计方法研究成为当今和今后国内研究的热点。

2.1宏观模拟向微观模拟深入

我们知道在工程中使用的金属材料大多数为多晶材料，材料的微观组织形态直接影响零件的机械性能和物理性能，所以选择合理的加工工艺参数十分重要。材料加工过程微观组织的计算机模拟由于具有描述分子级尺寸水平的能力，这将对控制材料晶粒大小及分布，进一步了解位错的产生和运动、晶界结构、防止内部空洞和微裂纹的萌生和扩展等问题提供了新的方法[3-4]，将大大推动材料微观结构研究的进展，并对确定优化材料加工的工步数和顺序、热处理方案十分有益。此外，在金属成形过程中，适用的优化准则对材料最终的力学性能和微观组织性能具有重要的影响，通过优化坯料形状或预成形模具形状、模具速度使最终锻件具有良好的尺寸精度、少无飞边和所期望的微观组织。为此，一方面要要研究合适的优化设计变量的选择，包括影响终锻件力学组织性能的状态变量和过程变量，即形状设计变量和速度设计变量。另一方面要研究和建立微观组织优化设计的目标函数，该目标函数考虑晶粒尺寸大小及分布，再结晶晶粒尺寸、再结晶程度和无再结晶部分的晶粒尺寸及其体积分数。

2.2高精度、高效三维有限元模拟

近二十年间，以有限元法为核心的数值模拟技术在金属塑性成形领域中应用，所采用的理论体系从小变形弹塑性有限元理论、刚-(粘)塑性有限元理论，到现在的大变形弹-(粘)塑性有限元理论，分析技术发展迅速，逐渐趋于成熟。采用大变形弹-(粘)塑性有限元法分析金属成形问题，不仅能按照变形路径得到塑性区的发展情况，工件中的应力、应变的分布规律，以及几何形状的变化，而且能有效地处理卸载，计算残余应力、残余应变，从而可以分析和防止产品的缺陷等问题，符合金属成形对于精密化模拟分析的要求。目前，二维大变形弹-(粘)塑性有限元法模拟技术已日趋成熟，并已在工程中得到成功的应用。但大变形弹-(粘)塑性有限元法是建立在有限变形理论基础上的，需要对变形梯度进行多次分解，从分析金属成形过程的角度出发，计算工作量大，而金属成形过程通常是在高温下进行的，工件在发生变形的同时伴随有温度的变化，因此，在分析金属成形过程模拟中，还必须考虑温度的影响，即进行温度场与变形场的耦合计算，特别是工程中可以简化为二维分析的问题并不多，三维模拟是必然趋势，三维问题分析在数学模型和图形处理上的复杂程度大大增加，由此引起的计算量猛增，比二维问题的计算量高出几十倍甚至上百倍，这对于计算机存储量的要求也随之增加。近年来，由于计算机软硬件技术的迅速发展和数值计算方法的不断完善，使三维问题的分析成为可能。一方面，人们在研究提高计算速度的方法，开发了大规模计算问题的并行计算方法(Parallel Computation)，利用并行处理机中多CPU 可同时工作的特点，配以软件编程中的并行处理方法，使计算速度大为加快，目前国际上许多商业软件都推出了并行版，如ANSYS、MARC、LS-DYNA3D 等;另一方面人们在研究改善计算方法，众所周知，金属成形过程中，坯料的变形特别大，若采用更新的拉格朗日法(Updated Lag rang ian Method)进行计算时[10]，初始划分的单元网格逐渐畸变，若将已经畸变的网格形状作为增量计算的参考构形，将导致计算精度降低，甚至引起不收敛，为克服上述问题，通常当网格畸变到一定程度后，必须停止计算，重新划分适合于计算的网格，通过新旧网格间信息场量的插值传递，再继续进行计算，要完成一个成形问题的模拟，通常需要多次重划网格，这将导致计算量的增加和由于多次插值带来的计算精度的降低，因此，许多研究开发人员正致力于改进三维网格重划的自适应能力和自动化程度，改进新旧网格间信息传递的插值方法，取得了可喜的进展。同时，开发了ALE法(Arbitrary Lagrangian Eulerian Method)和显式解法(Explicit Solution)[11]，而ALE 法不再象Lagrangian公式中将网格固定在材料上，而是不依赖于材料的运动而移动，因此可控制网格的几何形态，ALE 通过利用高阶的技术不断进行网格重划，从而避免上述问题，提高计算速度和精度，这对于为提高计算精度和效率而进行的网格细划十分有利，该方法已在MSC/ DYTRAN、Press Form 等软件中得到成功的应用，而显式解法主要是为解决非线性问题隐式求解时为保证求解精度需反复迭代，使计算量猛增的问题，目前该方法已成功地应用于LS-DYNA3D 中[12]。另外，随着计算机软硬件的迅速发展，计算速度问题也将逐步得到解决。

到目前为止，二维大体积金属成形过程有限元模拟技术已趋成熟，国内外先后开发了许多商品软件，这些软件多适用于二维问题、伪三维问题及简单三维问题的分析。通过使用弹-塑性-实时响应模型，可确定完整的应力、应变和挠曲变化状况，残余应力也容易被计算。近年来，金属成形工业对三维过程模拟提出了更高更精确的要求。对于处理复杂三维金属塑性成形问题，虽然存在模具型腔几何形状描述、动态边界条件及网格重划等技术难点[5]，随着计算方法的完善和计算机技术的进步，开发出使用便捷且适用范围广的三维有限元程序已成必然。一方面研究提高计算速度的方法，通过计算机技术中多个CPU 可同时运行的并行处理技术和软件编程中的并行处理方法，开发大规模计算问题的并行计算方法，从而大大提高计算效率;另一方面不断完善计算方法，对于影响三维模拟精度的若干技术问题，如初始速度场的生成、摩擦边界条件的处理、刚性区和塑性区的区分、缩减因子的确定、收敛准则的选择和热力耦合等问题，在保证求解精度和效率的前提下，均可采用二维有限元模拟中相关的算法和处理技术。而模具型腔几何形状描述、动态边界条件及网格生成和重划等技术难点与二维模拟相比有较大的区别，这些问题处理的正确与否将直接关系到模拟分析的可靠性和求解效率。因此，人们在不断地寻求解决的方法。Cho等[6]为了解决复杂三维问题，采用考虑热传导的三维热黏塑性有限元模型，将一个无法用解析式描述的任意复杂形状的模具表面，通过Ferguson分片，用一个分片连续的形式给出，将被网格重构的变形体分为表面自适应层和中心区两部分，提出一种基于体适应映射法的三维网格重构技术。所提出的网格重构方法是以产生线性八节点六面体单元为基础的。在表面自适应层上自动产生网格后，中心区通过体适应映射法自动生成网格，并对万向节的热锻过程进行了完整的模拟。此外，在计算机上处理三维金属成形，还需进一步提高模拟的可视化水平，拥有良好的用户界面是非常重要的。随着计算机装载了三维图形处理程序及计算速度和硬件水平的提高，可在前后处理中大量应用可视化技术，用户在二维屏幕上可直接观看物体的三维图形和数据。在金属成形过程模拟中，可通过采用切片技术和镜像显示技术观测物体某一横截面或整个结构的变化情况，点跟踪技术可使用户了解在成形过程中原始材料上任意点的流动情况，同时绘制这些点的过程参数变化曲线图。

2.3单目标优化设计到多目标优化设计渗透 金属材料的成形通常在高温下进行，工件塑性成形是一个复杂的热力学过程，受到应力应变分布不均匀、硬化和再结晶等因素的影响，而工件的形状和尺寸精度及其内部质量和性能决定着产品质量。热处理过程作为材料加工中不可缺少的环节，是一个包含温度、相变、应力/应变相互作用的复杂过程，是一个多机制综合作用的过程。对其进行组织性能预测的数值模拟，首先必须通过大量实验，使模拟技术建立在可靠的试验数据基础上，建立准确的数学模型，将组织场-变形场-温度场三者进行耦合计算，将成形过程与热处理工艺的模拟与质量控制相结合，使模拟结果更准确。由此可作为参考对影响成形过程和热处理工艺的各种工艺参数进行综合优化设计，以适应先进制造技术的要求(高精度、高质量、高效率)。

2.4虚拟制造系统的开发

现代化制造加工业的目的应是适应全球市场需求，目标应是应用CAD/CAE/CAM技术来实现优质、高效、低费用产品生产。为适应现代化制造业中要求柔性化、快捷、低成本及高质量的要求，在生产设计中互相借助彼此硬件和软件技术，把最先进的技术集中起来不失为一种好的解决方法。但这种集成与常规的集成技术不同，它是虚拟的，是一种并行工程思想与先进制造技术的综合体现。它主要包括:

1、敏捷制造(AM):利用“竞争—合作/合同”机制，发挥局部特长;

2、并行工程(CE):实现同步设计、加工、核算和管理;

3、专家系统(ES):实现领域知识和复杂问题的评价和求解;

4、网络技术及先进的管理系统(NT-MS):实现先进集成技术的最快捷的手段。图1 为虚拟系统的结构图。基于虚拟系统的制造业，将是21 世纪市场上一种较好较快实现产品的运营方针，可大大减低新产品开发风险，提高经济效益，最终使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。

图 1 虚拟系统的结构图

2.5反向设计技术与专家系统

在某一给定的成形工艺中，最终产品的材料状态和几何形状取决于诸多工艺参数(加载条件、模腔形状、模具润滑条件、初始坯料几何尺寸等)，若考虑某些工艺参数固定不变，则通过对另一些工艺参数的反复模拟和修改，以得到所希望得到的最终产品的材料状态和几何尺寸，成形工艺的设计可认为是对于初始坯料和随后的各预成形坯及模具的设计，但这种反复迭代的方法需要花费大量的计算时间是极不经济的。八十年代中，S.Kobayashi 等系统研究了这一问题，提出了反向模拟技术(Backward Tracing Technique)，即从一给定的最终形态，沿着相反的加载路径，反向模拟实际的工艺过程，该方法为工艺设计开辟了新途径。近十年来，反向模拟技术得到了一定的进展和应用，但始终没取得突破性进展，其主要原因是从最终形态反向模拟时，无法给定初始场量，因此获得的初始毛坯设计在理论上存在缺陷，无法估计设计所带来的误差。近年来，工艺设计与优化的技术取得了新的进展，提出了敏感性分析(Sensitivity Analysis)的反向设计方法(Inverse Method)，该方法将预成形设计和模具设计问题处理为优化问题，用严密的数学公式进行描述，将优化问题的目标函数定义为一组给定设计变量中所希望的最终状态和数值计算状态之间的误差的某种度量，敏感性分析是一种广泛用于计算目标函数梯度的方法，由于所求解的问题高度非线性并具有历史依赖性，因此，最适合应用直接差分法(Direct Differentiation Method)，控制方程直接由敏感性场的场量公式差分得到。该方法已成功地应用于坯料和模具形状的优化设计中。另外，在材料加工领域中，许多设备和工艺问题主要还是利用已经总结出来的经验公式和参数，加上仍存在于专家头脑中的经验知识来解决。在实际生产中，经验知识的运用往往多于数学分析运算，且很有效，因此，如何充分发挥这些知识的作用，充分利用这一资源，具有非常重要的意义。专家系统就是很好的解决方法，它利用知识的显式表示、事实和推理技术，以解决通常需要专家才能解决的问题。一个典型的专家系统包括: 知识获取的装置，收集专家们在该领域的规则和知识，这一装置也包括规则编辑器，允许用户改进现有规则和增加新的规则;存储事实和规则的数据库，该数据库通常可与其它数据库系统结合；一个推理机，以确定如何应用知识规则来解决问题：一个用户界面，以允许非专家的用户使用该系统来解决特殊问题。该方法正广泛应用于材料加工的工艺设计中。

2.6新模拟技术开发

数值分析的巨大成果是有限元方法。但是，当网格高度畸变时，这种以单元作为基本概念的方法却有许多难以处理的问题，主要原因是网格的存在妨碍了处理与原始网格线不一致的不连续性和大变形。在处理这类问题时，有限元法通常采用网格重构，但这样不仅计算费用昂贵，而且会使计算精度受损[13]。为解决上述问题，近年来，一种新的无网格数值方法正在迅速发展。无网格方法将连续体离散为有限数目的质点，位移场函数在没有明显网格的情况下通过这些质点的插值得到，该方法仅采用基于点的近似，而不需要节点的连续信息，不仅避免了繁琐的单元网格生成，而且提供了连续性好、形式灵活的场函数，具有前后处理简单、精度高等方面的优点。在处理弹塑性、裂纹扩展、移动界面、高速碰撞以及具有大变形特征的工业成形问题时具有重要的研究价值和广阔的应用前景。无网格方法以其在场函数近似、局部特征描述等方面特有的优点，越来越受到国内外学者的关注，呈现出强劲的发展势头，具有广阔的应用前景和重要的研究价值。

3结语

先进制造技术是制造业赖以生存、国民经济得以发展的主体技术，以制造技术为焦点的技术竞争已在全球展开。计算机模拟技术使制造技术走出从前主要依赖于经验的狭小天地，进入全方位预测，力争一次成功的新阶段，从而实现有效的现代工程设计和迅速的新产品开发。随着计算机模拟技术的不断完善发展，它将继网络技术和数据库技术后成为21 世纪材料加工技术的又一技术支撑环境。

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