数据分析与 AI 丨如何用数据分析找到更优的橡胶配方？

在橡胶研发里，配方设计是一件麻烦事。研发人员需要决定天然橡胶、丁苯橡胶、炭黑、硫化剂、油等成分的比例，还要考虑温度、压力、硫化时间等工艺条件。每次改一点点，性能都会发生变化。

以前，我们常做的是单目标优化，详见此案例《使用 AI 机器学习，轻松解决化合物配比优化问题》：比如只追求“拉伸强度最大化”。我们会用历史数据训练一个模型，然后在虚拟空间里生成成千上万个候选配方，让模型去预测，再挑出拉伸强度最高的组合。这种方法确实能找到“强度最优解”，但现实问题是：高强度配方往往伴随高成本，或者耐磨、硬度达不到要求。这就像做菜时只求“最咸”，结果味道完全失衡。

1、多目标优化：兼顾性能与成本

新的方法就是基于 AI Studio 的多目标反向优化。我们不再只盯着一个性能，而是同时考虑多个，并且考虑变量之间的约束：

• 拉伸强度要尽量高；

• 耐磨要大于一定标准；

• 压缩永久变形要尽量小；

• 硬度要在合理区间；

• 成本还必须控制住。

实现方法：

1.数据建模：用多输出回归器，让模型同时预测所有性能指标；

2.数据建模：用多输出回归器，让模型同时预测所有性能指标；

3.性能预测：用模型计算这些候选的性能；

4.多目标打分：把每个候选配方按目标进行归一化评分，检查是否满足硬约束，并给出一个综合分数；

5.筛选 Top-N：挑选综合最优的候选配方，给研发人员参考。

2、案例结果

在一次实验中，我们设定目标：拉伸强度越大越好，耐磨 ≥130，压缩永久变形越小越好，成本 ≤160。结果发现，系统快速筛选了 16,384 个候选配方，推荐的 Top-5 方案在强度和成本之间取得了平衡，虽然耐磨略低于目标值，但仍然大幅优于随机试验。

3、为什么比单目标更好？

单目标优化只能找到“极端解”，而多目标优化能找到“平衡解”。在真实研发里，没有哪家企业只要强度而不要耐磨、成本。多目标方法结合了机器学习预测和多目标打分，不仅减少了实验次数，还能加快找到性能综合更佳、成本合理的方案。

4、总结

这套方法让研发从“单点突破”升级为“全局权衡”。数据驱动的多目标优化，不仅适用于橡胶配方，也能推广到电池、医药、材料工艺设计等领域。它能让研发人员少走弯路，更快做出既好用又经济的材料方案。

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