[發明專利]一種可穿戴電子設備系統多學科設計優化的方法

在審

• 申請號: 201611216059.X
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106777727A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 黎業飛;章桀;司超杰;李芳宇;韓家升;闞寶鐸;柳秋敏
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種可穿戴電子設備系統多學科設計優化的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：基于系統分解思想對可穿戴電子設備進行學科系統分解，確定出可穿戴電子設備設計中各個學科子系統的關注目標；

步驟2：可穿戴柔性材料力學本構與電性能試驗，以高性能試驗機和電荷探測器，采用試驗設計方法(Design of Experiments,DOE)，探索高分子或有機新型柔性電子材料在拉伸、壓縮、彎曲、扭轉及綜合作用下的力學性能、電性能及交互變化，分析力學性能和電性能的交互影響，獲得高精度力學性能和電學性能基礎數據；

步驟3：可穿戴電子設備系統多學科建模，以步驟2獲得的材料數據，根據可穿戴電子設備的設計需求和指標要求，確定的具體過程為：

步驟31：在可穿戴電子設備的設計空間可行域內，確定生成設計方案組(設計變量組)，對確定好的設計變量因子數和水平，按多因素變量分析制定可穿戴電子設備虛擬試驗方案；

步驟32：根據步驟31制定的試驗方案，對步驟1分解出來的各個子系統進行分析和優化，以獲得建立系統層面向概念設計的多學科設計優化的設計空間；

步驟33：由于新設備和產品對系統結構特性缺乏深入了解，采用多種線性和非線性回歸方法，基于基本及改進的徑向基函數、支持向量機和Kriging等方法，構建各個子系統的多種響應面模型；

步驟34：響應面代理模型驗證與可信性評估，以模型顯著性檢驗F統計量和擬合優度檢驗決定系數R²為基礎構建了模型質量參數Model_V，對步驟33的各方法建立的響應面模型進行檢驗，從步驟33結果中選取精度滿足要求且指標最好的響應面模型；

步驟4：可穿戴電子設備系統多學科優化，以步驟3獲得的多學科建模結果，構建可穿戴電子設備系統多學科優化模型，確定的具體過程為：

步驟41：根據可穿戴電子設備的設計需求和指標要求，選擇多學科子系統中的指標作為系統層級的優化目標；

步驟42：根據步驟32所得可穿戴電子設備的設計空間結果，結合系統級指標要求，確定系統級多學科優化的邊界條件；

步驟43：基于學科分解后非關聯量并行求解，關聯量耦合協同尋優的思想和序列二次規劃、遺傳算法和博弈論等優化算法，對構建好的優化模型計算尋優，獲得可穿戴電子設備系統級多目標Pareto優化解集；

步驟44：考慮可穿戴電子設備使用中的“人-機-環境”特性，權衡多目標權重，結合步驟43的結果，選擇滿意解，如果不滿足設計要求，則重新修改和調整優化模型，重復步驟43和步驟44；如果滿足設計要求，則確定了可穿戴電子設備的最優設計方案(最優設計參數組)；

步驟5：結束。

2.根據權利要求1所述的一種可穿戴電子設備系統多學科設計優化的方法，其特征在于，構建了模型質量參數Model_V，以定量評估所述步驟34的多種方法建立起的響應面模型驗證與可信性評估結果，具體表達為：

式中：i表示第i種響應面建模方法；w₁和w₂分別表示擬和優度檢驗和模型顯著性檢驗的權重，且w₁+w₂＝1；表示第i種響應面建模方法獲得的擬合優度檢驗決定系數R²；F_i表示第i種響應面建模方法獲得的模型顯著性檢驗F統計量；

Model_V值越大，說明該種方法建立起的響應面對該種可穿戴電子設備多學科模型越準確，模型質量參數最大值為Model_V-max，具體表達為：

步驟4中可穿戴電子設備多學科優化模型基于Model_V-max值最大的響應面模型而建立。

3.根據權利要求1所述的一種可穿戴電子設備系統多學科設計優化的方法，其特征在于，所述步驟4對可穿戴電子設備最優設計參數組的確定上，不單純依賴各種優化算法自動求解的Pareto優化解集，通過增加新設備系統特性分析和“人-機-環境”的評估，權衡系統多目標權重，實現優化的多學科協調和綜合權衡，減少新產品開發中因漏掉重要因素對設備和產品性能偏離的影響。