1．技術內容及技術關鍵
專家系統作為一項嶄新的技術。還處在不斷發展時期，因此，專家系統的結構也沒有一個固定不變的模式。根據現有的發展狀況，一般認為，專家系統的核心主要包括知識表示和推理機制兩個方面，具體到熱處理專家系統也不例外。
由于材料和熱處理領域的特殊性，熱處理專家系統有其自身特點。在知識表示方面，熱處理使用的常規數據，包括材料牌號、零件及產品名稱、工件類型及尺寸、工藝規范、化學成分、抗拉強度、沖擊韌度、硬度、淬透性、相變動力學數據等，一般以數值形式表示，所以熱處理專家系統通常采用關系型數據庫系統保存知識，利用數據庫技術實現數據的管理和控制。在此基礎上，插入熱處理領域知識和熱處理專家知識，實現專家系統的知識表示。
在推理和決策方面，以經驗和理論公式的計算為主要線索，輔以邏輯推理，實現決策功能。在決策過程中，根據用戶輸人的數據和已知的事實得到中間結果這一環節是至關重要的，也是整個系統的“心臟”。在熱處理專家系統中，這一部分稱為數據導出系統。綜觀目前的熱處理專家系統，其數據導出機制不外乎以下兩種方式，一種是以相變動力學計算為基礎，這方面比較典型的有STAMP系統和PPS系統。另一種是以伴透性計算為基礎，這方面比較典型的有AC3系統和SSH系統。以下對數據導出系統作進一步的介紹。
以相變動力學計算為基礎的專家系統，其數據導出系統所使用的基礎方程有三個：
l）熱傳導微分方程。使用二維瞬態熱傳導方程，其形式如下：
這里，t代表時間，T表示溫度，r是位置坐標，qv是相變潛熱，ρ是密度，cp代表比熱容，λ代表熱導率，對平板β＝0，對圓柱β＝1。
在具體計算時，針對平板和圓柱類等簡單形狀，采用差分數值方法近似求解。
2）轉變動力學微分方程組。計算組織轉變量，一般采用Avrami方程，這里給出Avrami方程的一種變化形式
式中，y表示轉變量，K，b1，b2，b3是與溫度、成分和晶粒度有關的參數。
3）描述組織和性能關系的方程組。采用廣義線性混合率計算性能，即：鋼的某種性能Pj是各組成相性能的積分和
式中，x[T（r，t），Yj]為權重函數，Yj為組成相的體積分數。
以淬透性計算為基礎的專家系統，其數據導出系統所使用的基礎方程如下：
1）淬透性計算。含硼鋼和非硼鋼的淬透性計算公式是不一樣的。
對非硼鋼 Di＝AF×CF （4）
對含硼鋼 Di＝AF×CF×F （5）
式中，Di為理想臨界直徑，AF為合金乘子，即除碳和硼外的其他合金元素的乘子的乘積；CF為碳及晶粒度的乘子，BF為硼元素的乘子。其中
AF＝fMnfSifNifCrfMofCufV （6）
這里，fMn為錳元素的乘子，fSi為錳元素的乘子，其余類同。
2）組織轉變計算。首先根據下述公式據鋼的化學成分和臭氏體化參數計技各種組織的臨界冷速Vci。
υci＝g(Pα,C,Si,Mn,…) （7）
式中，υci為獲得各種組織的臨界冷邀，i＝1對應獲得馬氏體的體積分數100％的臨界冷速，i＝2對應獲得馬氏體的體積分數90％+貝氏體的體積分數10％的臨界冷速，等等；Pα為奧氏體化參數，C為碳的質量分數，Si為硅的質量分數，余同。
由工件的實際冷速υ計算各種組織的體積分數。如υci＜υ＜υci+1，則
fM=AM/(υci+1-υci)(υ-υci)+BM
fB=AB/(υci+1-υci)(υ-υci)+BB (8)
fFP=AP/(υci+1-υci)(υ-υci)+BP
式中，fM、fB、fFP分別是馬氏體、貝氏體和鐵素體-珠光體的體積分數，AM，AB，AP，BM，BB，BP是與臨界冷速有關的常數。
3）描述組織和性能關系的方程組。采用線性混合率計算性能，即，鋼的某種性能Pj是各組成相性能的加權平均
式中，PjM是馬氏體的性能，PjB是貝氏體的性能，PjFP是鐵素體-珠光體的性能。
需要指出的是，以相變動力學計算為基礎的專家系統和以淬透性計算為基礎的專家系統并不是截然不同的，在技術上很多方面互相滲透，功能也是類似的。
以數據導出系統作為核心的專家系統，其功能包括下列一些方面：
1）組織和性能預測。根據鋼的化學成分和熱處理參數計算預測工件熱處理后的組織和性能。
2）工藝過程變更分析及優化。分析工藝參數變化對熱處理結果的影響，進而進行熱處理缺陷分析和對工藝參數進行優化。
3）熱處理工藝輔助設計。利用專家系統的決策功能進行熱處理工藝計算機輔助設計。
4）過程的在線實時監控。滲碳過程的多時碳勢控制，優化控制滲層深度和碳濃度分布。
5）根據零件幾何尺寸和性能要求選擇材料。為待熱處理的工件選擇適當的牌號，該牌號的淬透性足以保證在給定條件下淬火時，工件截面上指定點處的性能滿足使用要求。
下面以一個例子來說明專家系統的功能。假定工程上要為45mm直徑的國軸選擇最優的鋼材。出于生產考慮，使用淬火油（流速lm/s，淬火烈度H＝0.4cm-l）作為冷卻介質。工件經調質處理，為使工件具有較好的疲勞性能，在工件截面3/4半徑處回火后的硬度要求為35HRC。將上述目標和約束條件輸入后，系統首先經計算將約束條件（工件截面3/4半徑處回火硬度35HRC）進行變換，最后確定此要求等價于在端淬試樣上距水冷端11mm處的硬度為45.3HRC。以此作為約束條件進行決策搜索，初步得到 GB 40CrNi，GB 4OMnVB，GB 42CrMo三個牌號的鋼種。進一步比較三個鋼種的淬透性帶，系統確定GB 42CrMo能夠很好滿足上述的設計要求。
除北京機電研究所的SSH結構鋼淬造性選材和工藝優化系統外，國內一些大學和工廠也進行了不少有關熱處理專家系統方面的研究和開發工作。例如，上海交通大學研制的滲碳過程控制系統，以描述滲碳過程的數學模型為知識表示方式，以計算機計算結果作為判斷的依據，實現了滲層濃度分布和硬度分布的預測；并提出一種新的碳勢控制方法，使整個工藝過程始終保持在最優化狀態。北京航空航天大學開發了航空材料熱處理工藝輔助決策系統，將零件CAD與熱處理理論相結合，以材料、工藝和標準數據庫作為知識表示，以此為基礎進行推理和決策，實現工藝流程制定和專業知識咨詢。此外，一些工廠也在進行計算機輔助熱處理工藝的研究與開發工作，包括工藝卡片的生成與管理、特殊零件的熱處理工藝制定等。
2．優缺點及使用范圍
目前，專家系統在工業生產上獲得了實際應用。例如有的汽車公司，在生產上廣泛使用熱處理專家系統進行工藝分析和制定、現有的生產周期優化、輔助材料選擇、構件設計等工作，取得了良好效果、滲碳過程在線控制系統在我國的很多工廠也得到使用。可以說，專家系統技術已得到工程技術人員的普遍認可。熱處理專家系統對于降低生產成本，縮短生產周期，提高產品質量有著重要的作用，在這一點已達成共識。
不過，同時也應該看到，專家系統在設計和工業部門的使用率還不是很高。這有兩方面的原因，一方面需要加強推進專家系統的使用方面的工作；另一方面，需要發展新的和更優的方法以使專家系統能更直接和更有效幫助完成工藝設計等任務。
在技術上，目前的熱處理專家系統以統計數據和經驗知識為基礎，其結果的精度和可靠性需要進一步提高。從使用上看，專家系統應用于工業過程和設計工作時，還在不同程度上包含傳統的試錯法（Tral-and-Egror）的成分。另外，對于工業生產上關于國民經濟發展的重大關鍵件，以及工業上大量使用的基礎件，熱處理過程產生的內應力和殘余變形不僅影響性能和質量，而且影響后續的裝配精度和加工成本，而在目前的熱處理專家系統中，尚沒有考慮這一因素，這不能說不是目前的專家系統的一個缺憾。
目前，熱處理專家系統主要應用于碳鋼和低合金鋼的熱處理過程和相關的設計活動中，所以需要拓寬專家系統的應用范圍。此外，目前的專家系統的決策過程需要大量人工干預，在決策結果處理和人機界面方面還需要進一步的工作，以使專家系統更方便工程技術人員使用。