[发明专利]一种可穿戴电子设备系统多学科设计优化的方法

权利要求书

1.一种可穿戴电子设备系统多学科设计优化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：基于系统分解思想对可穿戴电子设备进行学科系统分解，确定出可穿戴电子设备设计中各个学科子系统的关注目标；

步骤2：可穿戴柔性材料力学本构与电性能试验，以高性能试验机和电荷探测器，采用试验设计方法(Design of Experiments,DOE)，探索高分子或有机新型柔性电子材料在拉伸、压缩、弯曲、扭转及综合作用下的力学性能、电性能及交互变化，分析力学性能和电性能的交互影响，获得高精度力学性能和电学性能基础数据；

步骤3：可穿戴电子设备系统多学科建模，以步骤2获得的材料数据，根据可穿戴电子设备的设计需求和指标要求，确定的具体过程为：

步骤31：在可穿戴电子设备的设计空间可行域内，确定生成设计方案组(设计变量组)，对确定好的设计变量因子数和水平，按多因素变量分析制定可穿戴电子设备虚拟试验方案；

步骤32：根据步骤31制定的试验方案，对步骤1分解出来的各个子系统进行分析和优化，以获得建立系统层面向概念设计的多学科设计优化的设计空间；

步骤33：由于新设备和产品对系统结构特性缺乏深入了解，采用多种线性和非线性回归方法，基于基本及改进的径向基函数、支持向量机和Kriging等方法，构建各个子系统的多种响应面模型；

步骤34：响应面代理模型验证与可信性评估，以模型显著性检验F统计量和拟合优度检验决定系数R²为基础构建了模型质量参数Model_V，对步骤33的各方法建立的响应面模型进行检验，从步骤33结果中选取精度满足要求且指标最好的响应面模型；

步骤4：可穿戴电子设备系统多学科优化，以步骤3获得的多学科建模结果，构建可穿戴电子设备系统多学科优化模型，确定的具体过程为：

步骤41：根据可穿戴电子设备的设计需求和指标要求，选择多学科子系统中的指标作为系统层级的优化目标；

步骤42：根据步骤32所得可穿戴电子设备的设计空间结果，结合系统级指标要求，确定系统级多学科优化的边界条件；

步骤43：基于学科分解后非关联量并行求解，关联量耦合协同寻优的思想和序列二次规划、遗传算法和博弈论等优化算法，对构建好的优化模型计算寻优，获得可穿戴电子设备系统级多目标Pareto优化解集；

步骤44：考虑可穿戴电子设备使用中的“人-机-环境”特性，权衡多目标权重，结合步骤43的结果，选择满意解，如果不满足设计要求，则重新修改和调整优化模型，重复步骤43和步骤44；如果满足设计要求，则确定了可穿戴电子设备的最优设计方案(最优设计参数组)；

步骤5：结束。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴电子设备系统多学科设计优化的方法，其特征在于，构建了模型质量参数Model_V，以定量评估所述步骤34的多种方法建立起的响应面模型验证与可信性评估结果，具体表达为：

式中：i表示第i种响应面建模方法；w₁和w₂分别表示拟和优度检验和模型显著性检验的权重，且w₁+w₂＝1；表示第i种响应面建模方法获得的拟合优度检验决定系数R²；F_i表示第i种响应面建模方法获得的模型显著性检验F统计量；

Model_V值越大，说明该种方法建立起的响应面对该种可穿戴电子设备多学科模型越准确，模型质量参数最大值为Model_V-max，具体表达为：

步骤4中可穿戴电子设备多学科优化模型基于Model_V-max值最大的响应面模型而建立。

3.根据权利要求1所述的一种可穿戴电子设备系统多学科设计优化的方法，其特征在于，所述步骤4对可穿戴电子设备最优设计参数组的确定上，不单纯依赖各种优化算法自动求解的Pareto优化解集，通过增加新设备系统特性分析和“人-机-环境”的评估，权衡系统多目标权重，实现优化的多学科协调和综合权衡，减少新产品开发中因漏掉重要因素对设备和产品性能偏离的影响。