奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂诊断专家系统案例库

在收集400多个奥氏体不锈钢应力腐蚀失效的典型断裂事故案例的基础上,建立了应力腐蚀断裂诊断专家系统(Estar-1系统)的案例库,并从这些案例中提取相应的应力腐蚀断裂的经验规则,进行推理设计,运用这个案例库不仅能对奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂失效进行辅助诊断,而且能提出相应的防护措施。

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D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.s1.015 第16卷增刊北京科技大学学报 Vol.16 1994年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.1994 奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂诊断专家系统案例库+ 李夏喜”王光雍)万发荣)沈卓身)肖纪美2) (1)表面科学和腐蚀工程系；2)材料物理系) 摘要在收集400多个奥氏体不锈钢应力腐蚀失效的典型断裂事故案例的基础上，建立了应力腐蚀断裂诊断专家系统(Estr-】系统)的案例库，并从这些案例中提取相应的应力腐蚀断裂的经验规则，进行推理设计，运用这个案例库不仅能对奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂失效进行辅助诊断，而且能提出相应的防护措施。关键词不锈钢，应力腐蚀，案例库，断裂诊断 Examples-Base for the Expert System of SCC Diagnosis of Austenitic Stainless Steels+ Li Xiari Wang Guangyong Wan Farong?Shen Zhuoshen Xiao Jimei2 (1)Dept.of Surface Science and Corrosion Engineering:2)Dept.of Materials Physics ABSTRACT On the basis of collecting more than 400 cases of histories of stress corrosion cracking (SCC)of austenitic stainless steels (ASS),an examples-base is established for the expert system of SCC diagnosis of ASS(Estar-1 system)in this work.Some empirical rules of SCC are extracted from them and the associated reasoning mode is designed in this base.It can assist the expert system in the SCC diagnosis of ASS and provide corrosive prevention mea- sures. KEY WORDS stainless steels,SCC,examples-base,cracking diagnosis 不锈钢应力腐蚀断裂往往是在没有预兆的情况下突然发生的，经济损失大，危害严重，它遍及使用不锈钢的所有部门，约占湿态腐蚀损坏事故的47%。近30年来人们进行了大量的研究工作，积累了丰富的知识和经验。本工作是运用人工智能技术，广泛采集不锈钢应力腐蚀的事故案例，建立案例库；系统总结并提取发生应力腐蚀断裂的知识和经验规则，进 1993-09-15收稿第一作者男28岁预土工程师 +国家自然科学基金资助项目

第 16 卷增刊 1 99 4年 3 月北京科技大学学报 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V O I . 1 6 M a r . 1 9 9 4 奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂诊断专家系统案例库 + 李夏喜 1) 王光雍 ` , 万发荣 2) 沈卓身 ` , 肖纪美 2) ( l) 表面科学和腐蚀工程系 ; 2) 材料物理系 ) 摘要在收集 4 0 多个奥氏体不锈钢应力腐蚀失效的典型断裂事故案例的基础上 , 建立了应力腐蚀断裂诊断专家系统 (E st ar 一 1 系统 ) 的案例库 , 并从这些案例中提取相应的应力腐蚀断裂的经验规则 , 进行推理设计 , 运用这个案例库不仅能对奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂失效进行辅助诊断 , 而且能提出相应的防护措施。关键词不锈钢 , 应力腐蚀 , 案例库 , 断裂诊断 E x a m P l e s 一 B a s e f o r t h e E x p e r t S y s t e m o f S C C D i a g n o s i s o f A u s t e n i t i e S t a i n l e s s S t e e l s + L I X 故 x i , ) W a n g G u a n g 夕on g , ) W a n ( 1 ) D e p t . o f S u r f a e e cS i e n e e a n d C o r r o s l o n aF ~ g 幻 S h e n Z h u os h e n l ) X 石又 o P h y s i e s J 撒 e i Z ) E n g l n e e r i n g ; 2 ) eD P t . o f M a t e r i a l s A B S T R A C T O n t h e b a s i s o f e o ll e e t i n g m o r e t h a n 4 0 0 e a s e s o f h i s t o r i e s o f s t r e s s e o r r o s i o n e r a e k i n g ( S C C ) o f a u s t e n i t i e s t a i n l e s 仓s t e e l s ( A S S ) . a n e x a m p l e s 一 b a s e 1 5 e s t a b li s h e d f o r t h e e x p e r t s y s t e m o f S C C d i a g n o s i s o f A S S ( E s t a r 一 1 s y s t e m ) i n t h i s w o r k . S o m e S C C a r e e x t r a e t e d f r o m t h e nr a n d t h e a s s o e i a t e d r e a s o n i n g m o d e 1 5 d e s i g n e d i n e m P i r i e a l r u l e s o f t h i s b a s e . It e a n a s s i s t t h e e x p e r t s y s t e m i n S U r e S . t h e S C C d i a g n o s i s o f A S S a n d p r o v id e e o r r o s i v e p r e v e n t i o n m e a - K E Y W O R D S s t a i n l e s s s t e e l s , S C C , e x a m p l e s 一 b a s e , e r a e k i n g d i a g n o s i s 不锈钢应力腐蚀断裂往往是在没有预兆的情况下突然发生的 , 经济损失大 , 危害严重 , 它遍及使用不锈钢的所有部门 , 约占湿态腐蚀损坏事故的 47 % 。近 30 年来人们进行了大量的研究工作 , 积累了丰富的知识和经验。本工作是运用人工智能技术 , 广泛采集不锈钢应力腐蚀的事故案例 , 建立案例库 ; 系统总结并提取发生应力腐蚀断裂的知识和经验规则 , 进 19 93 一。 9 一 1 5 收稿第一作者男 28 岁硕士工程师 + 国家自然科学基金资助项目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. s1. 015

·74· 北京科技大学学报行椎理设计，对不锈钢应力腐蚀断裂失效进行辅助诊断，并提出预防措施。推理机 1专家系统的构成机知7 据根据不锈钢应力腐蚀的特点，在学习、总结多个腐蚀专库库家的知识和经验的基础上建立不锈钢应力腐蚀断裂诊断专家系统(Estar-l系统)。整个专家系统由人机界面、数据库、知系统维护识库、案例库、推理机和系统维护6个部分组成（图1）。案例库在整个系统中作为一个完整的模块，既能进行咨询服务，又能为Estar-l系统在应力腐蚀诊断中提供科学的图1专家系统示意图依据。 Fig.I Scheme of expert system 2案例的采集与分析不锈钢应力腐蚀断裂失效分析案例，是科技人员的研究成果，它包含了专家丰富的知识和宝贵的经验，运用人工智能技术，建立应力腐蚀断裂诊断专家系统，就能使专家的知识和经验得到系统的应用。作者通过调查，收集到有关工业部门不锈钢设备构件发生的应力腐蚀断裂事故案例 400多个。由于部分案例参数不完整，结论缺乏科学性，通过逐个分析，选取了207个有价值的案例，首批输入计算机，并保持案例的原型。从案例的统计分析结果看，在化工、石油等部门，奥氏体不锈钢产生应力腐蚀断裂事故最多，占67%；其次是动力和通讯部门，占26%；大部分发生在AISI304不锈钢制造的各种热交换器上。环境介质主要是含卤素离子（特别是氟离子)的溶液。从应力的来源看，残余应力引起的应力腐蚀断裂占74%。发生在低温(<50C)的SCC事故约占确定事故是否由 20%。断裂（或开裂）引起 3案例库的建立确定断裂性质和原因提出预防措施利用微机建立案例库，作为Estar--l系统的重要组成部分。针对具休情况选案例库的结构单元是一个案例。每个案例包含“案取最佳防护措施例参考部分”和“输入计算机部分”两方面的内容。案例参考部分介绍设备的规格、使用情况、检修历史以及案例的来源，供用户查阅时参考。每个案例录入图2专家诊断思路计算机有12项。其形式是：accident(Z,NM,Uset,Ns,Fig.2 Idea of expert diagnosis

· 7 4 · 北京科技大学学报行推理设计 , 对不锈钢应力腐蚀断裂失效进行辅助诊断 , 并提出预防措施。 1 专家系统的构成根据不锈钢应力腐蚀的特点 , 在学习、总结多个腐蚀专家的知识和经验的基础上建立不锈钢应力腐蚀断裂诊断专家系统 ( E st ar 一 1 系统 ) 。整个专家系统由人机界面、数据库、知识库、案例库、推理机和系统维护 6 个部分组成 ( 图 1 ) 。案例库在整个系统中作为一个完整的模块 , 既能进行咨询服务 , 又能为 E st ar 一 1 系统在应力腐蚀诊断中提供科学的依据。人机数知案界据识例面库库库图 1 专家系统示意图 F i g · 1 cS h e m e o f e x P e r t s y s t e m 2 案例的采集与分析不锈钢应力腐蚀断裂失效分析案例 , 是科技人员的研究成果 , 它包含了专家丰富的知识和宝贵的经验 , 运用人工智能技术 , 建立应力腐蚀断裂诊断专家系统 , 就能使专家的知识和经验得到系统的应用。作者通过调查 , 收集到有关工业部门不锈钢设备构件发生的应力腐蚀断裂事故案例 40 0 多个。由于部分案例参数不完整 , 结论缺乏科学性 , 通过逐个分析 , 选取了 20 7 个有价值的案例 , 首批输入计算机 , 并保持案例的原型。从案例的统计分析结果看 , 在化工、石油等部门 , 奥氏体不锈钢产生应力腐蚀断裂事故最多 , 占 67 % ; 其次是动力和通讯部门 , 占 26 % ; 大部分发生在 A IS I 3 o 4 不锈钢制造的各种热交换器上。环境介质主要是含卤素离子 ( 特别是氯离子 ) 的溶液。从应力的来源看 , 残余应力引起的应力腐蚀断裂占 74 % 。发生在低温 ( < 50 ` C ) 的 S C C 事故约占 2 0 % 。 3 案例库的建立利用微机建立案例库 , 作为 E st ar 一 1 系统的重要组成部分。案例库的结构单元是一个案例。每个案例包含 “ 案例参考部分 ” 和 “ 输入计算机部分 ” 两方面的内容。案例参考部分介绍设备的规格、使用情况、检修历史以及案例的来源 , 供用户查阅时参考。每个案例录入计算机有 1 2 项。其形式是 : 。 e e id e n t ( z , N M , u s e t , N S , F ig · 2 确定事故是否由断裂 (或开裂 ) 引起提出预防措施针对具体情况选取最佳防护措施图 2 专家诊断思路 I d e a o f e x P e r t d i a g n o s i s

李夏喜等：奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂诊断专业系统案例库 ·75· Temp,pH,Type,Break,Time,Fp,Cause,Exper). 各项含义是：Z一案例编号；NM一材料名称；Uset一使用状态；Ns一介质名称；Temp 工作温度；pH一介质的pH值，Type一应力类型；Break-一断口类型；Time一断裂时间；Fp一断裂位置；Cause-一断裂原因；Exper-一防护措施。将案例进行分类整理，按标准格式填入案例分析表，采用汉化Tubo一prolog2.0软件编写案例的录入、修改、显示、打印程序。案例录入的过程中，其中Z、pH、Tmep、Time、Uset、Fp都采用直接输入的方法获取； NM、Ns采用直接输入，系统默认以后获取；Type、Break、Cause、Exper通过相应的知识库获取。案例库具有以下功能： (1)存储案例：案例库能存储所有收集到的大量案例，能对案例进行追加、修改、显示、打印和消除。 (2)咨询服务：案例可以按案例编号、材料启动SCC诊断专家系统名称、介质名称进行分类查询，以便用户借鉴腐蚀专家对同类事故处理的经验。输人信息； (3)辅助诊断：系统在SCC失效诊断过程中案例搜素与比较可以利用案例库进行辅助诊断，并提出有关的防护措施。《是否匹配Y 显示结论 N 4案例库的初步应用获取信息；调用知识库规则通过综合应力腐蚀专家对应力腐蚀断裂失效能否判断上显示结论事故的分析思路，提出不锈钢SCC诊断的推理方 N 法。总体上，可分为4步（见图2）。无法判断系统在诊断过程中，采用提问的方式向用户获取有关信息，根据获取的信息·首先查询与访之是否还有其它问题) 问案例库，若有相似的案例，就可以作为诊断应 IN 力腐蚀断裂性质、原因等的依据，并提出相应的结束防护措施。如果没有类似的案例，系统将根据用户提供的信息调用知识库中的规则进行推理诊断，具体步骤如图3所示。图3推理诊断步骤 Fig.3 Order of reasoning diagnosis 5结束语 (1)Estar-1系统总体设计中把案例库列为与数据库、知识库同等重要的诊断支持系统，案例库在Estar--1系统中与数据库，知识库紧密结合，增强了整个专家系统的实用性。 (2)诊断程序应用实例进行了调试，案例库及其相应的规则已能进行不锈钢SCC的初步诊断

李夏喜等 : 奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂诊断专业系统案例库 T e m p , p H , T y p e , B r e a k , T im e , F p , C a u s e , E x p e r ) 。各项含义是 : Z 一案例编号 ; N M 一材料名称 ; U se t一使用状态 ; 工作温度 ; p H一介质的 p H 值 , T yP e 一应力类型 ; Br ea k一断口类型 ; 断裂位置 ; C au se 一断裂原因 ; E x p er 一防护措施。将案例进行分类整理 , 按标准格式填入案例分析表 , 采用汉化编写案例的录入、修改、显示、打印程序。 N s 一介质名称 ; T e m p 一 T im e 一断裂时间 ; F p 一 T u r b o 一p r o l o g Z . o 软件案例录入的过程中 , 其中 Z 、 p H 、 T m e p 、 T im e 、 N M 、 N S 采用直接输入 , 系统默认以后获取 ; T yP e 、库获取。案例库具有以下功能 : ( 1) 存储案例 : 案例库能存储所有收集到的大量案例 , 能对案例进行追加、修改、显示、打印和消除。 (2 ) 咨询服务 : 案例可以按案例编号、材料名称、介质名称进行分类查询 , 以便用户借鉴腐蚀专家对同类事故处理的经验。 ( 3) 辅助诊断 : 系统在 S C C 失效诊断过程中可以利用案例库进行辅助诊断 , 并提出有关的防护措施。 U se t 、 F p 都采用直接输入的方法获取 ; B r e a k 、 C a u s e 、 E x p e r 通过相应的知识 4 案例库的初步应用通过综合应力腐蚀专家对应力腐蚀断裂失效事故的分析思路 , 提出不锈钢 S C C 诊断的推理方法。总体上 , 可分为 4 步 ( 见图 2) 。系统在诊断过程中 , 采用提问的方式向用户获取有关信息 , 根据获取的信息 , 首先查询与访问案例库 , 若有相似的案例 , 就可以作为诊断应力腐蚀断裂性质、原因等的依据 , 并提出相应的防护措施。如果没有类似的案例 , 系统将根据用户提供的信息调用知识库中的规则进行推理诊断 , 具体步骤如图 3 所示。启动 S( X二诊断专家系统获取信息 ; 调用知识库规则无法判断图 3 推理诊断步骤 F i g · 3 o r d e r o f r e a s o n i n g d i a g n o s i s 5 结束语 ( 1 ) E st ar 一 1 系统总体设计中把案例库列为与数据库、知识库同等重要的诊断支持系统 , 案例库在 E st ar 一 1 系统中与数据库 , 知识库紧密结合 , 增强了整个专家系统的实用性。 ( 2) 诊断程序应用实例进行了调试 , 案例库及其相应的规则已能进行不锈钢 S C C 的初步诊断

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