不完备/冗余数据下复杂产品关联建模设计方法及其应用

With data and knowledge as a core, the design of complex product is the conversion from data and knowledge to specific product. There are incomplete data and redundant date in the massive design data, and then the correlation strengths can not be characterized accurately. In order to solve the problem, the correlation modeling design method under incomplete data and redundant data is proposed. Firstly, the correlation rules of incomplete data are learned based on fuse of discrete and continuous data, and the correlation rules of redundant data are extracted through data reduction in subclass of data set, then the correlation rules of complex product are fused and verified based on incomplete data and redundant data. Secondly, the correlation strengths are measured and the complete correlation model is constructed based on analysis of correlation map. Through flexibility analysis of correlation interval and search of correlation paths, the correlation model of design variables and performance functions is constructed. Moreover, the changeable correlation strengths are applied to the correlation design of complex product, the design model is decomposed and solved through the adaptive adjust of the changeable variables. Finally, the software system for correlation design of complex product under incomplete data/redundant data is developed. The system is applied to structure-energy consumption correlation design of large scale air separation equipment, and the optimum structure of key components and key parts are acquired under minimum of energy consumption.

复杂产品设计是以数据与知识为核心，实现设计数据与知识向具体产品转换的过程。针对海量设计数据中存在不完备数据和冗余数据、设计变量与性能指标间关联关系不能准确表征的问题，本项目提出了不完备/冗余数据下复杂产品关联建模设计方法。提出离散与连续混合的不完备数据关联规则学习和子类数据集约简的冗余数据关联规则提取方法，实现不完备数据和冗余数据相结合的复杂产品关联规则多源融合与互验证。提出基于图谱映射的关联强度定量度量和关联模型构建方法，通过关联区间柔性分析和关联路径搜索，实现设计变量与性能指标间关联模型构建。提出基于变关联演化的关联模型聚类解耦及自适应求解方法，实现复杂产品的关联建模设计。在理论研究的基础上，开发不完备/冗余数据下复杂产品关联建模设计系统，应用于超大型空分装备结构与能耗的多变量关联设计，实现单位能耗最低的关键部机和关键零件结构设计。

结构与性能间关联模型的准确性是影响复杂产品智能化设计效果的重要因素。因此，从设计数据中挖掘设计知识及其关联规律是复杂产品智能化设计的关键之一。针对海量设计数据中存在不完备数据和冗余数据、设计变量与性能指标间关联关系不能准确表征的问题，本项目提出了不完备/冗余数据下复杂产品关联建模设计方法，从关联数据分析、关联强度计算、关联模型求解三个方面保证了关联设计结果的精确性。提出了基于离散与连续混合的不完备数据的变量不确定性表征、不完备数据和冗余数据下多类型变量的统一关联规则提取方法，实现了不完备数据和冗余数据下关联规则的多源数据融合与互验证。提出了基于图谱映射的关联强度定量度量及关联模型构建方法，通过基于柔性关联区间分析的关联强度表征与计算，基于性能目标预测区间和模型均方误差进行等效关联模型的非均匀采样点选取；通过关联区间柔性分析和关联路径搜索，实现了设计变量与性能指标间等效关联模型构建。提出了基于变关联演化的关联模型聚类解耦及自适应求解方法，基于变关联有向图进行多重耦合识别度量，通过综合耦合度矩阵聚类分析完成关联模型解耦，开发了基于变关联自适应分析的关联模型求解算法，实现了复杂产品的关联建模设计。在理论研究的基础上，开发了不完备/冗余数据下复杂产品关联建模设计系统，应用于不完备/冗余数据下复杂产品的拓扑优化设计、超大型板翅式换热器的封头结构和通道布局优化设计。为工程领域的复杂产品结构-性能多变量关联设计提供技术支持。项目资助在国内外学术期刊上发表了SCI、EI 论文14篇；申请了国家发明专利4项，其中授权了1项国家发明专利；参加了1次国际学术会议。项目投入直接经费20万元，支出15.44万元，剩余经费4.56万元将用于本项目研究的后续支出。