[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

摘要

本发明公开了一种可穿戴电子设备系统多学科设计优化的方法，用于可穿戴电子设备的概念方案设计和技术设计阶段。该方法包括柔性电子材料试验获得材料力学本构和电性能关系，在此基础上完成可穿戴电子设备系统多学科建模和优化设计。基于系统分解和试验设计进行可穿戴电子设备的电磁兼容、能耗和耐久寿命等学科的仿真分析和优化，建立起可信的可穿戴设备响应面模型。基于多学科耦合协同优化思想，构建可穿戴电子设备系统多学科目标优化模型，进行模型特性分析，综合考虑分配权重影响和Pareto寻优的结果，获得综合满意解。本发明解决了可穿戴电子设备结构小型化、轻量化、能耗、舒适性、电磁兼容性和安全性等性能的多目标多学科设计优化问题，用于指导并有效实现可穿戴电子设备及产品的高效开发和改善设计。

主权项

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ModelV，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。