Data-driven models created by machine learning gain in importance in all fields of design and engineering. They have high potential to assist decision-makers in creating novel artefacts with better performance and sustainability. However, limited generalization and the black-box nature of these models lead to limited explainability and reusability. To overcome this situation, we propose a component-based approach to create partial component models by machine learning (ML). This component-based approach aligns deep learning with systems engineering (SE). For the domain of energy efficient building design, we first demonstrate better generalization of the component-based method by analyzing prediction accuracy outside the training data. We observe a much higher accuracy (R2 = 0.94) compared to conventional monolithic methods (R2 = 0.71). Second, we illustrate explainability by exemplary demonstrating how sensitivity information from SE and rules from low-depth decision trees serve engineering. Third, we evaluate explainability by qualitative and quantitative methods demonstrating the matching of preliminary knowledge and data-driven derived strategies and show correctness of activations at component interfaces compared to white-box simulation results (envelope components: R2 = 0.92..0.99; zones: R2 = 0.78..0.93). The key for component-based explainability is that activations at interfaces between the components are interpretable engineering quantities. The large range of possible configurations in composing components allows the examination of novel unseen design cases with understandable data-driven models. The matching of parameter ranges of components by similar probability distribution produces reusable, well-generalizing, and trustworthy models. The approach adapts the model structure to engineering methods of systems engineering and to domain knowledge.


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