数据驱动设计

　　数据驱动的产品设计主要指的是，围绕产品交互数据进行建模和分析，从而挖掘事物的相关性和隐藏 模式以协助产品设计的过程。随着大数据时代的到来，在整个产品生命周期中已经生成了许多有价值的数 据。收集的产品数据包含大量的设计知识，有助于提高生产效率和产品竞争力。数据驱动的产品设计是一 种有效且流行的设计方法，可以支持设计师做出明智的决策。本书将围绕数据驱动的产品设计，介绍设计 知识数据的获取建模、挖掘和可拓派生技术，同时结合智能优化算法，分析数据驱动产品设计过程中的数 据感知解析辨识、约束传递模糊适配、鲁棒学习可信评估、协同推理决策、多参数关联性能反演、多目标 拓扑优化及异构设计数据集成技术等，为工程设计领域的从业人员了解相关数据驱动技术提供参考。

　　冯毅雄，浙江大学机械工程学院教授，工学博士，博士生导师，浙江大学设计工程研究所副所长，国家优秀青年基金（优青）获得者，浙江省杰出青年基金获得者，浙江省新世纪151人才，隶属于浙江大学谭建荣院士学术团队，浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室固定科研人员，"机电液系统基础研究”国家自然基金创新研究群体学术骨干。

第 1 章 绪论 ............................................................................................................................. 001?
1.1 引言 ............................................................................................................................ 001
? 1.2 数据驱动产品设计的基本概念 ................................................................................ 002?
1.2.1 产品数据的概念和特征 ................................................................................ 002?
1.2.2 数据驱动的产品设计过程 ............................................................................ 002
? 1.3 数据驱动产品设计的发展概述 ................................................................................ 003
? 1.3.1 数据驱动的需求分析偏好感知 .................................................................... 003?
1.3.2 数据驱动的概念设计 .................................................................................... 004?
1.3.3 详细设计中的数据建模 ................................................................................ 006?
1.3.4 设计知识支持工具 ........................................................................................ 007?
1.4 本书的篇章结构 ........................................................................................................ 008?
第 2 章 产品设计知识获取建模技术 ..................................................................................... 010?
2.1 引言 ............................................................................................................................ 010?
2.2 产品设计实例知识的分解 ........................................................................................ 011?
2.3 产品设计实例知识的形式化描述 ............................................................................ 012?
2.3.1 产品设计实例的一般描述方法 .................................................................... 012?
2.3.2 物元理论及其形式化方法 ............................................................................ 014?
2.3.3 产品设计实例物元模型的建立 .................................................................... 017?
2.4 产品设计实例的封装 ................................................................................................ 022?
2.4.1 产品设计事物元 ............................................................................................ 022
? 2.4.2 关联信息的建立 ............................................................................................ 028?
第 3 章 产品设计知识数据挖掘技术 ..................................................................................... 030?
3.1 引言 ............................................................................................................................ 030?
3.2 数据挖掘与产品知识信息 ........................................................................................ 031?
3.2.1 数据挖掘的基本概念与主要技术 ................................................................ 031?
3.2.2 可挖掘的产品知识信息 ................................................................................ 033?
3.3 基于粗糙集理论的产品设计规则知识挖掘 ............................................................ 034?
3.3.1 粗糙集理论与数据挖掘 ................................................................................ 034?
3.3.2 产品设计规则知识的挖掘过程 .................................................................... 039?
3.4 产品设计规则知识综合 ............................................................................................ 043?
第 4 章 产品设计知识可拓派生技术 ..................................................................................... 044?
4.1 引言 ............................................................................................................................ 044?
4.2 产品构造模型知识的可拓集合 ................................................................................ 044?
4.2.1 产品构造模型的共轭特性 ............................................................................ 045?
4.2.2 基于共轭视图的产品基本构造模型描述 .................................................... 046?
4.2.3 产品构造模型的知识拓展 ............................................................................ 048?
4.3 产品设计过程知识的可拓变换 ................................................................................ 057?
4.3.1 产品设计过程知识蕴含系统的建立 ............................................................ 057?
4.3.2 基于蕴含系统的变换派生 ............................................................................ 062?
4.4 产品设计过程知识的递归 ........................................................................................ 064?
第 5 章 产品期望性能数据感知解析辨识技术 ....................................................................... 066?
5.1 引言 ............................................................................................................................ 066?
5.2 产品期望性能闭环感知模型构建 ............................................................................ 067?
5.3 不确定条件下的期望性能递推解析度量 ................................................................ 070?
5.3.1 不确定性能语义分析与量化表达 ................................................................ 070?
5.3.2 期望性能正向重要度解析与度量 ................................................................ 072?
5.4 状态感知反馈的期望性能综合辨识计算 ................................................................ 074?
5.4.1 期望性能服役状态感知反馈分析 ................................................................ 074?
5.4.2 基于性能损失的反向重要度确定 ................................................................ 075?
5.4.3 考虑互补关系的期望性能融合辨识 ............................................................ 077?
第 6 章 产品结构性能约束传递模糊适配技术 ....................................................................... 079?
6.1 引言 ............................................................................................................................ 079?
6.2 结构性能的约束空间分析 ........................................................................................ 080?
6.2.1 性能约束的分类与表征 ................................................................................ 080?
6.2.2 基于粗糙集的约束空间约简 ........................................................................ 081?
6.3 约束传递下关联相似度确定及设计空间缩减 ........................................................ 084?
6.3.1 功能—结构模糊相似度分析及度量 ............................................................ 084?
6.3.2 性能约束传递下设计空间过滤缩减 ............................................................ 086?
6.4 基于离散差分进化算法的性能适配模型求解 ........................................................ 087?
6.4.1 结构性能适配的数学模型构建 .................................................................... 088?
6.4.2 基于约束水平关系的离散差分进化算法 .................................................... 089
? 6.4.3 约束满足偏差最小的方案排序筛选 ............................................................ 092?
第 7 章 产品预测性能鲁棒学习可信评估技术 ....................................................................... 094?
7.1 引言 ............................................................................................................................ 094?
7.2 产品多元设计变量降维 ............................................................................................ 096?
7.2.1 互信息估计的多元设计变量筛选 .........................................................