مقدمه مقدماتی

دستگاه های فناوری پوشیدنی - از ردیاب های تناسب اندام و ساعت هوشمند به مانیتورهای پزشکی و عینک واقعیت افزوده - ابزار ضروری برای میلیون ها مصرف کننده و متخصصان هستند.توسعه چنین دستگاه ها نیاز به بیش از فقط جمع آوری سخت افزار و نرم افزار نوشتن دارد؛ آن را نیاز به یک رویکرد ساختار یافته و سیستماتیک برای اطمینان از همه عملکرد قابل اعتماد تحت محدودیت های دنیای واقعی است. - دقیقا ساختار آن اجازه می دهد تا تیم های مهندسی، و تجزیه و تحلیل تکنیک های اصلی، و تحلیل و تحلیل چگونه طراحی دقیق این نقش طراحی کاربر را در طراحی دقیق و دقیق توضیح دهد.

مدل سازی عملکردی چیست؟

مدل سازی عملکردی یک نظم مهندسی سیستم است که بر توصیف عملکرد یک سیستم تمرکز دارد – فعالیت ها یا تحولاتی که انجام می دهد – مستقل از اجزای فیزیکی یا نرم افزاری که آنها را پیاده سازی می کنند، هدف این است که به سوال "سیستم چه کاری انجام می دهد؟" پاسخ دهید، نه "چگونه این انتزاع به ویژه در مراحل اولیه توسعه محصول ارزشمند است، که در آن تصمیم گیری در مورد مجموعه ها، و تعامل و تعاملات ایجاد می شود.

عناصر کلیدی یک مدل عملکردی شامل:

  • - عملیات گسسته یک سیستم انجام می دهد (به عنوان مثال، اندازه گیری ضربان قلب، اطلاع رسانی صفحه نمایش، داده همگام سازی).
  • (فَلَهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمِهُمِهُوا وَهُمْهُوا وَهُمْهُواُمِهُمِهُوا وَهُمِهُوا مِهُمُمُمُوا وَهُوا مِهُوا وَهُوا مِهُوا مِهُوا مِنَهُوا وَهُمْهُوا مَهُمْهُمْهُوا وَهُوَهُمْهُوَهُمْهُوا مِهُوا مَهُمْهُوا وَهُمْهُمْهُمْهُوا بِنَهُمَهُمُمَهُوَهُمْدَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُ
  • (فَلَهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمَهُوا مِنَهُمْهُمَهُواً وَهُمْهُوا مِنَهُمْهُوا مِنَهُمَهُمَهُوا مِنَهُمَهُوا مِنَا مِنَا مِنْهُمْهُوا مِنْهُمْهُمْهُوا مِنْهُمْهُمَهُمْهُمْهُمْهُوا مِنَهُمْهُمْمْهُمْهُوا مَهُمَهُوا مَا مَا مَهُمَهُمَا مَا مَهُمَهُمَهُمَهُوَنَهُمَهُوَهُوَهُنَا مَهُوَاَهُمَ
  • مکانیسم - منابع (حساسات، پردازنده ها، ماژول های ارتباطی) که توابع را فعال می کنند.

زبان های مدل سازی عملکردی رسمی مانند IDEF0 (تعریف برای مدل سازی تابع)، SysML (سیستم ها مدل سازی زبان)، و نمودار بلوک جریان کاربردی (FFBD) به طور گسترده در هوافضا، خودرو و لوازم الکترونیکی مصرف کننده استفاده می شود.

نقش مدل سازی عملکردی در توسعه ی قابل تحمل

دستگاه های پوشیدنی با محدودیت های شدید مشخص می شوند: اندازه کوچک، ظرفیت باتری محدود، الزامات پردازش زمان واقعی و تعامل نزدیک با بدن انسان. مدل سازی عملکردی با ارائه درک واضح و مشترک از رفتار سیستم در رشته ها به این چالش ها می پردازد.

تعریف سیستم Boundaries و Interfaces

قبل از هر سخت افزار انتخاب شده است، تیم را مجبور می کند تا دقیقاً تعریف کند که چه پوشیدنی باید انجام دهد و چه کاری نباید انجام دهد.برای مثال، یک ردیاب تناسب اندام ممکن است نیاز به شمارش مراحل، نظارت بر خواب و نمایش زمان داشته باشد، اما نباید سعی کند تا با ترسیم مرزها، مدل های عملکردی مانع از خزیدن و اطمینان از اینکه هر تابع دارای یک رابط با سیستم های خارجی است - پایگاه های هوشمند، پایگاه های داده های اولیه را قادر می کند، برنامه ریزی پزشکی را نیز به دست می دهد.

مدل سازی تعاملات سنسور و جریان داده ها

ما پوشیدنی ها به سنسورهای چندگانه (accelerometers، ژیروسکوپ، سنسور های فتوplethysmography) که داده های خام باید تزریق، فیلتر شده و تفسیر شوند، یک مدل عملکردی نشان می دهد که چگونه داده ها از خروجی سنسور از طریق الگوریتم پردازش به خروجی های تصمیم گیری جریان می یابد (به عنوان مثال، "حالت ورزش") این وضوح کمک می کند تا مهندسان نمونه برداری صحیح، پردازش حافظه و مراحل تأخیر غیر ضروری را انتخاب کنند.

بهینه سازی باتری و مدیریت قدرت

مصرف برق تنها عامل مهم در طراحی پوشیدنی است.مدل سازی عملکردی تجزیه و تحلیل تجاری را امکان می دهد: به عنوان مثال، تابع "Track ضربان قلب به طور مداوم" ممکن است برای دستگاه های بالینی ضروری باشد، اما برای یک گروه تناسب اندام معمولی، "سرعت قلب هر 5 دقیقه" متناوب می تواند مدل و مقایسه شود.

افزایش تجربه کاربری از طریق تجزیه و تحلیل رفتاری

تجربه کاربری در پوشیدنی ها نه تنها به رابط کاربری بستگی دارد بلکه بر کل جریان تعامل بستگی دارد – چگونه دستگاه به حرکات، ضربه، دستورات صوتی یا تغییرات زمینه پاسخ می دهد. مدل های عملکردی که سفرهای کاربر را نمایندگی می کنند (به عنوان مثال، "شروع تمرین"، "یادداشت های اکتشافی"، "یادداشت خواب") اجازه می دهد تا طراحان توالی های مختلف را شبیه سازی کنند و نقاط اصطکاک را شناسایی کنند.

تکنیک های مدل سازی عملکردی و ابزار

انواع تکنیک های مدل سازی برای توسعه پوشیدنی مناسب هستند.انتخاب بستگی به بلوغ، ابزار و جنبه خاص تجزیه و تحلیل دارد.

استفاده از Diagrams و Diagram های فعالیت (UML)

زبان مدل سازی یکپارچه (UML) از نمودارهای موردی استفاده می کند که عملکردهای سطح بالایی را از دیدگاه یک بازیگر به دست می آورند – به عنوان مثال، یک کاربر می تواند "اندازه گیری ضربان قلب" و "تاریخ مشاهده" را گسترش دهد.

Block Diagrams (FFBD)

FFBDs شکستن توابع یک سیستم به یک جریان متوالی یا موازی.آنها ساده به درک و به طور گسترده ای در هوافضا و دفاع برای پوشیدنی ها، FFBD ممکن است توالی از "حرکت پیش فرض" به "فعالیت کلاس" به "به روز رسانی گام شمارش" نشان دهد. نمودار باعث وابستگی ها و مسیرهای قابل مشاهده جایگزین.

تعریف یکپارچه سازی برای مدل سازی تابع (IDEF0)

IDEF0 یک روش دقیق و ساختار یافته است که در آن هر تابع به عنوان یک جعبه با ورودی، خروجی، کنترل و مکانیسم در چهار طرف نمایندگی می شود. آن را یک تجزیه و تحلیل سلسله مراتبی را اجرا می کند: یک تابع سطح بالا مانند "سلامت مانیتور" به "نشانه های حیاتی، "داده های بی نظیر"، "کاربر آلکار"، و در IDE0 Learnr برای اطمینان کامل تر از سیستم زیر:

شبیه سازی و ابزار Prototyping

هنگامی که مدل های عملکردی ایجاد می شوند، ابزارهایی مانند MATLAB /Simulink، مدلر سیستم های Cameo، یا اسکریپت های شبیه سازی سفارشی می توانند مدل ها را برای تست رفتار تحت شرایط مختلف اجرا کنند.به عنوان مثال، یک تیم می تواند شبیه سازی کند که چگونه یک باتری پوشیدنی تحت الگوهای مختلف استفاده از سنسور بدون ساخت سخت افزار، این نمونه مجازی سرعت طراحی ⁇ و کاهش خطر را تسریع می کند.

اجرای عملی در چرخه زندگی محصول

مدل سازی عملکردی یک فعالیت یک بار نیست؛ باید در طول فرآیند توسعه یکپارچه شود.

تحلیل و ردیابی الزامات

مدل های عملکردی به عنوان یک پل بین الزامات سهامداران و مشخصات فنی خدمت می کنند.هر تابع می تواند با یک نیاز مرتبط باشد (به عنوان مثال، نقشه های "تقوط" را برای نیاز به "دستگاه باید سقوط با دقت >95٪" را تشخیص دهد) این قابلیت ردیابی تضمین می کند که هیچ نیازی نادیده گرفته نمی شود و تغییرات می تواند به سرعت ارزیابی شود.

طراحی و اعتبار

همانطور که طراحی تکامل می یابد، مدل های عملکردی به روز می شوند تا تصمیمات جدید را منعکس کنند – مانند تغییر یک سنسور یا تغییر الگوریتم، مدل ها پس از آن به پایه ای برای اعتبار تبدیل می شوند: آیا همه عملکردهای مورد نیاز هنوز به درستی مرتبط هستند؟ آیا تیم ها می توانند تست های مجازی را اجرا کنند تا تأیید کنند که پوشیدنی اهداف خود را قبل از ساخت نمونه های فیزیکی برآورده می کند.

تست و تایید

مدل های عملکردی به طور مستقیم ایجاد پرونده را مطلع می کنند، اگر مدل می گوید: "هنگامی که ولتاژ باتری <-10٪ و تلاش کاربر برای شروع ردیابی GPS، سیستم باید: ردیابی صف، هشدار باتری پایین را نشان دهد و وارد حالت صرفه جویی در انرژی شود"، سپس تست کنندگان می توانند به صراحت این رفتار را تأیید کنند.این روش سیستماتیک خطاها و سرعت های صدور گواهینامه را کاهش می دهد، به ویژه برای پوشیدنی های پزشکی که باید مطابق با استانداردهای ISO 13485 یا IEC 13304 باشند.

چالش ها و ملاحظات در مدل سازی عملکردی قابل تحمل

در حالی که مدل سازی عملکردی مزایای روشنی را ارائه می دهد، استفاده از آن برای پوشیدنی ها با چالش ها همراه است.

  • همجوشی سنسور پیچیده: سنسورهای متعدد ارائه داده های همپوشانی (به عنوان مثال، شتاب سنج + ژیروسکوپ برای تشخیص گام) مدل سازی الگوریتم همجوش در یک سطح عملکردی می تواند انتزاعی باشد، اما لازم است که مراحل پردازش صحیح و وابستگی داده ها را تعریف کنیم.
  • انتزاع و جزئیات: اگر مدل ها بیش از حد انتزاعی، آنها محدودیت های بحرانی مانند زمان یا قدرت را از دست می دهند؛ اگر بیش از حد دقیق، آنها تبدیل به تغییرات غیر ملموس و آهسته می شوند.
  • ادغام چند دامنه: توسعه قابل حمل شامل مکانیکی، الکتریکی، سیستم عامل و دامنه های ابر است.یک مدل عملکردی باید تمام آنها را شامل شود، که نیاز به یک زبان مشترک و پشتیبانی از ابزار مهندسین سیستم با دانش متقابل دامنه ارزشمند است.
  • مدل های نگه داشتن تا به امروز: در پروژه های سریع حرکت، مدل ها می توانند به سرعت در صورت عدم نگهداری، به تصویب یک رویکرد مهندسی سیستم مبتنی بر مدل (MBSE)، که در آن مدل منبع حقیقت است، کمک می کند، اما نیاز به انضباط دارد.

علی رغم این چالش ها، سرمایه گذاری در مدل سازی عملکردی با کاهش غافلگیری های ادغام، برش مجدد کار و امکان طراحی های نوآورانه تر، کاهش می یابد.

نتیجه گیری

مدل سازی عملکردی یک پایه از توسعه تکنولوژی پوشیدنی مدرن است.این یک چارچوب روشن و مشترک برای درک آنچه که یک دستگاه باید انجام دهد، چگونه عملکرد آن تعامل دارد و در آن می توان با استفاده از تکنیک های مدل سازی مانند IDEF0، FFBD و شبیه سازی اولیه در چرخه عمر، تیم های مهندسی می توانند استفاده از سنسور، گسترش عمر باتری، افزایش تجربه کاربر و اطمینان از سیستم های قدرتمند را به عنوان یک فرآیند دقیق تر برای استفاده از زمینه های کاربردی، و کارآمد، و همچنین نیاز به ارائه محصولات مداوم و کارآمد، ارائه می دهند.

برای مطالعه بیشتر، بررسی (FLT:0) سیستم های مهندسی بدن دانش (SEBoK) و استاندارد ISO / IEC 15288 برای فرآیندهای چرخه عمر سیستم .