一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法技术

本发明专利技术公开的一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法，涉及基于脑电信号的产品设计思维过程分期方法，属于产品辅助设计、知识工程、智能制造领域。本发明专利技术实现方法为：选取适用于产品设计思维过程脑电信号的基本节律波，得到基本节律波对应的频率范围，采集设计者设计过程的脑电信号，对脑电信号进行小波分解，根据小波分解结果及选取的脑电信号基本节律波的频率范围得到脑电基本节律波；依次计算每个时间窗口的脑电特征参数，获得特征参数点；对各个窗口的特征参数进行基于密度峰值的聚类分析，得到基于脑电信号的设计思维状态的聚类结果；根据得到基于脑电信号的设计思维状态的聚类结果进行脑电信号分期；利用脑电信号分期结果解决工程问题。

A phased method of product design process based on EEG signals

The invention discloses a product design process staging method based on EEG signal, which relates to a product design thinking process staging method based on EEG signal, and belongs to the field of product aided design, knowledge engineering and intelligent manufacturing. The realization method of the invention is: selecting the basic rhythm wave suitable for the EEG signal of the product design thinking process, obtaining the corresponding frequency range of the basic rhythm wave, collecting the EEG signal of the designer design process, wavelet decomposition of the EEG signal, according to the result of wavelet decomposition and the frequency of the selected basic rhythm wave of the EEG signal. The basic rhythm wave of EEG is obtained by the range of EEG; the characteristic parameters of each time window are calculated in turn to obtain the characteristic parameters; the characteristic parameters of each window are clustered based on the density peak value, and the clustering result based on the design thinking state of EEG signal is obtained; and the design thinking state based on EEG signal is obtained by the clustering analysis of the characteristic parameters of each window. The state clustering results are used to staging the EEG signals, and the engineering problems are solved by the phased results of EEG signals.

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法
本专利技术涉及一种产品设计过程分期方法，尤其涉及一种基于脑电信号的产品设计思维过程分期方法，属于产品辅助设计、知识工程、智能制造领域。
技术介绍
对于产品设计思维的研究，获取设计者的思维状态是其中关键的一步。目前思维状态的获取方法都不同程度的存在主观因素影响大的问题，因此，研究设计思维的客观化描述方法是十分有价值的。最近，设计思维的研究人员使用了诸如脑电等生理信号来描述产品设计过程。学术领域也意识到了基于脑电信号的设计思维研究是设计科学的重要理论研究方向。脑电信号是大脑神经细胞群的电生理活动的主要反映，在产品设计过程的不同阶段会反应出不同的变化。由于脑电信号非平稳性、随机性、非线性、低信噪比的特性，因而进行有效的过程分期一直是研究的难点。目前对于产品设计过程的分期阶段并没有明确的结论，而且，对于不同的设计者而言，具有不同的产品设计过程阶段。因此，如何基于脑电信号对设计者产品设计过程进行自动分期，成为了亟待解决的技术问题。此外，可根据对设计者产品设计过程的自动分期结果，得出设计者在每个阶段的脑电特征，进而得出设计者的思维特征，解释产品设计思维的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、选取适用于产品设计思维过程脑电信号的基本节律波，得到基本节律波对应的频率范围，采集设计者产品设计过程的脑电信号，对脑电信号进行小波分解，根据小波分解结果及选取的脑电信号基本节律波的频率范围得到脑电基本节律波；所述的小波分解结果包括小波系数与频率范围的对应关系，根据小波系数与频率范围的对应关系表示成步骤1.1中的脑电基本节律波；步骤二、依次计算每个时间窗口的脑电特征参数，获得特征参数；步骤三、对各个时间窗口的特征参数进行基于密度峰值的聚类分析，得到基于脑电信号的设计思维状态的聚类结果；步骤四、根据步骤三得到基于脑电信号...

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、选取适用于产品设计思维过程脑电信号的基本节律波，得到基本节律波对应的频率范围，采集设计者产品设计过程的脑电信号，对脑电信号进行小波分解，根据小波分解结果及选取的脑电信号基本节律波的频率范围得到脑电基本节律波；所述的小波分解结果包括小波系数与频率范围的对应关系，根据小波系数与频率范围的对应关系表示成步骤1.1中的脑电基本节律波；步骤二、依次计算每个时间窗口的脑电特征参数，获得特征参数；步骤三、对各个时间窗口的特征参数进行基于密度峰值的聚类分析，得到基于脑电信号的设计思维状态的聚类结果；步骤四、根据步骤三得到基于脑电信号的设计思维状态的聚类结果进行脑电信号分期。2.如权利要求1所述的一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法，其特征在于：还包括步骤五：根据步骤四得到产品思维设计过程脑电的分期结果，得出设计者在每个设计状态的脑电特征，进而得出设计者思维特征，解释产品设计思维的过程；根据自动分期结果在不同的状态给设计者提供不同的辅助设计信息，改进设计方案，提高所设计产品性能，解决相关工程问题。3.如权利要求1或2所述的一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法，其特征在于：步骤一具体实现方法为，步骤1.1、选取适用于产品设计思维过程脑电信号的基本节律波，得到基本节律波对应的频率范围；选取适用于产品设计思维过程脑电信号的基本节律波，得到基本节律波对应的频率范围，基本节律波对应的频率范围包括α节律波(8～13Hz)、β节律波(13～30Hz)、θ节律波(4～8Hz)和δ节律波(1～4Hz)，在不同的产品设计阶段存在不同的脑电节律波；步骤1.2、采集设计者产品设计过程的脑电信号，根据脑电信号的采样频率及选取的基本节律波对脑电信号进行小波分解；步骤1.3、根据小波分解结果及选取的脑电信号基本节律波的频率范围得到设计过程中的脑电基本节律波及表示结果。4.如权利要求3所述的一种基于脑电信号的产品设计过程分期方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，步骤2.1、将产品设计思维过程脑电的时间序列分成若干个宽度为τ的时间窗口；设脑电原始数据为N点的时间序列，表示为{v1,v2,…,vN}；设定时间窗口长度为τ，时间窗口个数为M，将原始数据表示为：{u1,u2,…,uM}(1)其中u1＝{v1,v2,…,vτ},…,uM＝{vτ(M-1)+1,vτ(M-1)+2,…,vτ(M-1)+τ}；步骤2.2、分别计算各个时间窗口下α、β、θ、δ节律波的样本熵，获得特征参数；根据步骤1.3中脑电基本节律波的表示结果对式(1)中的序列进行样本熵求解；样本熵求解方法如下：I、将序列{u(i)}按顺序组成m维矢量，即：Xm(i)＝[u(i)，u(i+1)，…，u(i+m-1)]，i＝1，2，…，N-m(2)II、对每一个i值计算矢量Xm(i)与其余矢量Xm(j)之间的距离：III、给定一个相似容限r值(r>0)，对每一个i值统计d[Xm(i),Xm(j)]<r,(ij＝1～N–m,i≠j)的数目，以及此数目与总的距离数目N-m-1的比值，记作即：IV、求对所有i值的平均值，记做Bm(r)，即：V、增加维数为m+1，构造一个m+1维矢量，即：Xm+1(i)＝[u(i)，u(i+1)，…，u(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝佳，张茜，薛庆，闫艳，王国新，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11