前言
隨著人工智能技術的發展，智能制造將計算機和信息科學技術集成到制造業中，以實現靈活、智能的制造過程，從而響應動態的市場需求。在智能制造的背景下，信息技術被深度地集成到先進的制造技術中。隨著物聯網和邊緣計算等先進信息技術在制造業中的應用，產品全生命周期過程已經積累了大量有價值的數據。如何運用智能制造系統的資源數據來管理產品生命周期過程，對于增強制造業價值鏈具有重要意義。
數據驅動的產品設計主要包括根據產品和系統運行數據對產品和系統方案進行改進，可以實現生產過程的數字化，同時將用戶、產品和生產過程聯系起來以提高設計效率。產品設計數據可以提高管理能力和質量，根據市場需求及時調整方法，增加產品的吸引力。在用戶體驗方面，信息也可以及時反饋以滿足要求。在產品使用過程中，對收集到的數據進行分析還可以增強對消費者的了解。作為研究基礎，數據驅動的產品設計對產品創意和設計效率具有重要影響。
本書全面系統地講述了與數據驅動的產品設計有關的理論、方法和智能系統的開發技術及應用案例。全書包括12章內容，介紹了設計知識數據的獲取建模、挖掘和可拓派生技術，同時結合智能優化算法，分析了數據驅動產品設計過程中的數據感知解析辨識、約束傳遞模糊適配、魯棒學習可信評估、協同推理決策、多參數關聯性能反演、多目標拓撲優化及異構設計數據集成技術等，為工程設計領域的從業人員提供參考。
第1章，介紹數據驅動產品設計的基本概念及其研究現狀，梳理了數據驅動產品設計的主要研究內容，包括：數據驅動的需求分析偏好感知、數據驅動的概念設計、詳細設計中的數據建模和設計知識支持工具。
第2章，以產品設計知識獲取為核心，介紹了產品設計實例知識的基本概念。同時，基于物元理論建立了產品設計實例信息模型，提出了事物元的形式化方法。
第3章，以產品設計知識數據挖掘技術為內涵，介紹了數據挖掘與產品設計知識的基本概念。基于粗糙集理論的應用，提出了產品設計規則知識的挖掘方法。
第4章，以產品設計知識派生為主體，介紹了產品構造模型知識的可拓集合和產品設計過程知識的可拓變換的基本概念。基于產品設計知識模型，提出了產品構造基本模型和產品設計過程蘊含設計知識的派生方法。
第5章，以產品期望性能為核心，介紹了產品期望性能閉環感知模型的基本概念。基于期望性能在設計域中的多重傳遞疊加，提出了基于狀態感知的產品期望性能解析辨識技術。
第6章，以產品結構性能適配為核心，介紹了結構性能約束空間的基本概念。構建了以成本、質量及物理相容性為目標的性能適配數學模型，提出了基于約束水平的離散差分進化算法對帶約束的適配過程進行多目標求解方法。
第7章，以產品預測性能分析為主體，介紹了性能分析過程的訓練數據、回歸模型與預測結果三個維度，提出了基于魯棒學習修正的預測性能可信評估與校核技術。
第8章，以產品方案質量評價為核心，介紹了透平膨脹機質量控制方案評價的基本概念。進一步采用Dempster/Shafer證據理論來集結各個評價專家的不同評價結果，得到團隊協調性決策意見，從而為透平膨脹機質量控制方案評價提供一種新的思路。
第9章，以產品結構參數關聯為核心，介紹了多參數關聯行為性能反演問題的基本概念。提出了一種將數值求解與多維幾何結合的多參數關聯行為性能反演技術，實現理論計算數據與實際測試數據的擬合。
第10章，以產品結構拓撲優化為主題，介紹了不確定性條件下產品結構的拓撲優化方法。提出了一種基于改進TLBO算法的產品結構拓撲優化求解技術，實現產品結構的設計在經濟性與安全性間趨于一定平衡。
第11章，以產品設計數據集成為內涵，介紹了產品設計過程使能性能、知識多領域數據集成的基本概念。提出了適應產品設計過程使能性能、知識集成性能數據應用程序接口的體系結構、設計實現和訪問方法，用來解決使能、性能知識多領域數據集成的問題。
第12章，以電除塵器設計知識演化管理系統、數據驅動的大型注塑裝備設計系統、復雜鍛壓裝備性能增強設計及工程應用、大型空分設備質量控制系統集成與實現等為例，介紹了大數據驅動的產品設計在重大裝備產品中的應用案例。
撰寫本書各章的作者如下：
第1章，譚建榮、馮毅雄；
第2章，馬輝、譚建榮；
第3章，馬輝、譚建榮；
第4章，馬輝、馮毅雄；
第5章，鄭浩、馮毅雄；
第6章，鄭浩、馮毅雄；
第7章，鄭浩、馮毅雄；
第8章，安相華、譚建榮；
第9章，魏喆，譚建榮；
第10章，田欽羽，馮毅雄；
第11章，魏喆，譚建榮；
第12章，譚建榮，馮毅雄。
全書由譚建榮、馮毅雄、婁山河、曾思遠修改并統稿。
由于相關的研究工作還有待繼續深入，加之受研究領域和寫作時間所限，瑕疵和紕漏在所難免，在此懇請讀者予以批評指正，并提出寶貴的意見，激勵和幫助我們在探索數據驅動的產品設計理論與方法研究之路上繼續前進。
本書中的部分研究內容得到國家“973”計劃項目、國家“863計劃項目”和國家自然科學基金資助項目的支持，特此感謝。
作者
2020年9月于求是園