Manufacturing advanced materials and products with a specific property or combination of properties is often warranted. To achieve that it is crucial to find out the optimum recipe or processing conditions that can generate the ideal combination of these properties. Most of the time, a sufficient number of experiments are needed to generate a Pareto front. However, manufacturing experiments are usually costly and even conducting a single experiment can be a time-consuming process. So, it's critical to determine the optimal location for data collection to gain the most comprehensive understanding of the process. Sequential learning is a promising approach to actively learn from the ongoing experiments, iteratively update the underlying optimization routine, and adapt the data collection process on the go. This paper presents a novel data-driven Bayesian optimization framework that utilizes sequential learning to efficiently optimize complex systems with multiple conflicting objectives. Additionally, this paper proposes a novel metric for evaluating multi-objective data-driven optimization approaches. This metric considers both the quality of the Pareto front and the amount of data used to generate it. The proposed framework is particularly beneficial in practical applications where acquiring data can be expensive and resource intensive. To demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm and metric, the algorithm is evaluated on a manufacturing dataset. The results indicate that the proposed algorithm can achieve the actual Pareto front while processing significantly less data. It implies that the proposed data-driven framework can lead to similar manufacturing decisions with reduced costs and time.


翻译:制造具有特定性能或属性组合的先进材料和产品通常是必要的。为了实现这一点,关键是找到可以生成理想属性组合的最佳配方或加工条件。大多数情况下,需要进行足够数量的实验来生成帕累托前沿。然而,制造实验通常很昂贵,即使进行单个实验也可能需要耗费大量时间。因此,确定数据收集的最佳位置以获得对过程的最全面了解是至关重要的。序列学习是一种有前途的方法,可以积极地从正在进行的实验中学习,迭代更新底层的优化例程,并在进行时调整数据收集过程。本文提出了一种新的数据驱动贝叶斯优化框架,利用序列学习来高效优化具有多个冲突目标的复杂系统。此外,本文还提出了一种用于评估多目标数据驱动优化方法的新度量标准。该度量标准考虑了帕累托前沿的质量和生成它所使用的数据量。所提出的框架在获取数据可能昂贵且资源密集的实际应用中尤为有益。为了证明所提算法和度量的有效性,对制造数据集进行了评估。结果表明,所提出的算法可以在处理更少的数据的情况下实现实际帕累托前沿。这意味着所提出的数据驱动框架可以在降低成本和时间的同时实现类似的制造决策。

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