[發(fā)明專利]一種可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611216059.X
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106777727A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎業(yè)飛;章桀;司超杰;李芳宇;韓家升;闞寶鐸;柳秋敏
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，特別涉及一種可穿戴電子設(shè)備在概念方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法。

背景技術(shù)

可穿戴電子設(shè)備已由醫(yī)療救生設(shè)備演變?yōu)闀r(shí)尚及日常消費(fèi)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的市場需求量十分巨大，設(shè)計(jì)開發(fā)要求日趨苛刻，未來市場競爭激烈。新柔性電子材料的發(fā)現(xiàn)，為小型輕量化可穿戴電子設(shè)備的研發(fā)提供了新的嘗試和設(shè)計(jì)思路。這種從材料到設(shè)備應(yīng)用環(huán)境都與傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)相比，發(fā)生深刻變化的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)致了可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)開發(fā)是一種復(fù)雜多學(xué)科交互的綜合設(shè)計(jì)，多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)是解決此類問題的有效方法。目前，可穿戴電子設(shè)備多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方面存在對新型柔性電子材料力學(xué)和電性能數(shù)據(jù)掌握不足，設(shè)計(jì)、分析與組織開發(fā)各種可穿戴電子產(chǎn)品的方法落后等問題。隨著人們對小型化輕量化和人-機(jī)-環(huán)境和諧共處的要求進(jìn)一步提高，可穿戴電子設(shè)備概念方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)掌握柔性電子材料力學(xué)本構(gòu)和電性能關(guān)系數(shù)據(jù)，全面評估輕量化、能耗、舒適性、安全性等性能要求，對可穿戴電子設(shè)備進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而滿足可穿戴電子設(shè)備高精度性能、低成本的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是針對可穿戴電子設(shè)備目前缺乏高效率設(shè)計(jì)開發(fā)方法，提出了一種可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本方面的技術(shù)方案是：一種可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，包括如下步驟：

步驟1：基于系統(tǒng)分解思想對可穿戴電子設(shè)備進(jìn)行學(xué)科系統(tǒng)分解，確定出可穿戴電子設(shè)備設(shè)計(jì)中各個(gè)學(xué)科子系統(tǒng)的關(guān)注目標(biāo)，分為：小型輕量化子學(xué)科、電磁兼容子學(xué)科、能量消耗子學(xué)科和耐久性等子學(xué)科；其中，小型輕量化子學(xué)科關(guān)注尺度小型化和結(jié)構(gòu)輕量化兩個(gè)目標(biāo)；電磁兼容子學(xué)科關(guān)注可穿戴電子設(shè)備本身電磁兼容、人-設(shè)備-系統(tǒng)耦合電磁兼容兩部分目標(biāo)；耐久性子學(xué)科關(guān)注柔性基底壽命和傳感結(jié)構(gòu)壽命；

步驟2：可穿戴柔性材料力學(xué)本構(gòu)與電性能試驗(yàn)。以高性能試驗(yàn)機(jī)和電荷探測器，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(Design of Experiments,DOE)，探索高分子或有機(jī)新型柔性電子材料在拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)及綜合作用下的力學(xué)性能、電性能及交互變化，分析力學(xué)性能和電性能的交互影響，獲得高精度力學(xué)性能和電學(xué)性能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

步驟3：可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科建模。以步驟2獲得的材料數(shù)據(jù)，根據(jù)可穿戴電子設(shè)備的設(shè)計(jì)需求和小型化、輕量化、電磁兼容和耐久性等指標(biāo)要求，確定可穿戴電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量和水平數(shù)，確定的具體過程為：

步驟31：在可穿戴電子設(shè)備的設(shè)計(jì)空間可行域內(nèi)，確定生成設(shè)計(jì)方案組(設(shè)計(jì)變量組)，對確定好的設(shè)計(jì)變量因子數(shù)和水平，按多因素變量分析制定可穿戴電子設(shè)備虛擬試驗(yàn)方案；

步驟32：根據(jù)步驟31制定的試驗(yàn)方案，對步驟1分解出來的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化，以獲得建立系統(tǒng)層面向概念設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的設(shè)計(jì)空間。

步驟33：由于新設(shè)備和產(chǎn)品對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jìn)的徑向基函數(shù)、支持向量機(jī)和Kriging等方法，構(gòu)建各個(gè)子系統(tǒng)的多種響應(yīng)面模型；

步驟34：響應(yīng)面代理模型驗(yàn)證與可信性評估。以模型顯著性檢驗(yàn)F統(tǒng)計(jì)量和擬合優(yōu)度檢驗(yàn)決定系數(shù)R²為基礎(chǔ)構(gòu)建模型質(zhì)量參數(shù)Model_V，對步驟33的各方法建立的響應(yīng)面模型進(jìn)行檢驗(yàn)，從步驟33結(jié)果中選取精度滿足要求且指標(biāo)最好的響應(yīng)面模型；

步驟4：可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科優(yōu)化。以步驟3獲得的多學(xué)科建模結(jié)果，構(gòu)建可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)多學(xué)科優(yōu)化模型，確定的具體過程為：

步驟41：根據(jù)可穿戴電子設(shè)備的設(shè)計(jì)需求和指標(biāo)要求，選擇多學(xué)科子系統(tǒng)中的指標(biāo)作為系統(tǒng)層級的優(yōu)化目標(biāo)；

步驟42：根據(jù)步驟32所得可穿戴電子設(shè)備的設(shè)計(jì)空間結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)級指標(biāo)要求，確定系統(tǒng)級多學(xué)科優(yōu)化的邊界條件；

步驟43：基于學(xué)科分解后非關(guān)聯(lián)量并行求解，關(guān)聯(lián)量耦合協(xié)同尋優(yōu)的思想和序列二次規(guī)劃、遺傳算法和博弈論等優(yōu)化算法，對構(gòu)建好的優(yōu)化模型計(jì)算尋優(yōu)，獲得可穿戴電子設(shè)備系統(tǒng)級多目標(biāo)Pareto優(yōu)化解集；

步驟44：考慮可穿戴電子設(shè)備使用中的“人-機(jī)-環(huán)境”特性，權(quán)衡多目標(biāo)權(quán)重，結(jié)合步驟43的結(jié)果，選擇滿意解。如果不滿足設(shè)計(jì)要求，則重新修改和調(diào)整優(yōu)化模型，重復(fù)步驟43和步驟44；如果滿足設(shè)計(jì)要求，則確定了可穿戴電子設(shè)備的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案(最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)組)；

步驟5：結(jié)束。