Hybrid physics-based and data-driven models for smart manufacturing: Modelling, simulation, and explainability

可解释性 数据驱动 机器学习 人工智能 超参数 计算机科学 工程类 控制工程 系统工程 数据科学
作者
Jinjiang Wang,Yilin Li,Robert X. Gao,Fengli Zhang
出处
期刊:Journal of Manufacturing Systems [Elsevier]
卷期号:63: 381-391 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.jmsy.2022.04.004
摘要

To overcome the limitations associated with purely physics-based and data-driven modeling methods, hybrid, physics-based data-driven models have been developed, with improved model transparency, interpretability, and analytic capabilities at reduced computational cost. This paper reviews the state-of-the-art of hybrid physics-based data-driven models towards realizing a higher degree of autonomous and error-free operation in smart manufacturing. Recognizing the complementary strengths of pure physics-based and data-driven models, hybrid physics-based data-driven models are categorized as consisting of three types: (1) physics-informed machine learning, (2) machine learning-assisted simulation, and (3) explainable artificial intelligence. The principles and characteristics of these three types of hybrid physics-based data-driven models are summarized to address three aspects of smart manufacturing: product design, operation and maintenance, and intelligent decision making. Finally, the prospective directions and challenges of hybrid physics-based data-driven models are discussed from the perspective of data, scientific insights, interpretability of hyperparameters, and trading off between accuracy and explainability.
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