A reinforcement learning approach to system modularization under constraints

模块化程序设计 聚类分析 设计结构矩阵 计算机科学 模块化设计 强化学习 领域(数学) 约束(计算机辅助设计) 软件 人工智能 系统工程 工程类 数学 程序设计语言 机械工程 纯数学
作者
Roozbeh Sanaei,Kevin Otto,Katja Hölttä‐Otto,Kristin L. Wood
出处
期刊:Systems Engineering [Wiley]
卷期号:26 (4): 408-424 被引量:4
标识
DOI:10.1002/sys.21666
摘要

Abstract Modularization is an approach for system architecting and design simplification by encapsulating complex interactions among components within modules and reducing dependencies across modules. Design structure matrix (DSM) based clustering algorithms have proven helpful for such analysis, owing to their convenience in manipulating a large number of elements using conventional software. However, there are problems where constraints must be maintained in the modularization, for example, coping with functions or systems that either cannot or must be performed in regions with excessive heat, pressure, magnetic or other fields. Excluding such field boundary considerations can result in DSM computed modular architectural solutions that bundle field‐incompatible functions or components that are not practical. Such regional field constraint considerations are not taken into account using conventional DSM clustering algorithms. We introduce a DSM‐based clustering algorithm that incorporates these practical embodiment constraints through a constraint matrix indicating which elements can or cannot be placed in the same field region. We then employ reinforcement learning to allow the clustering algorithm to exploit its learnings from the previous attempts and during the clustering to facilitate the optimization under constraints. We demonstrate two examples of a medical contrast injector and the controller board of a three‐phase pump motor.
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