*本文內(nèi)容采用了機器翻譯

戴森的研究發(fā)現(xiàn)，為了找到最佳的濕式清潔解決方案它們需要一種全新的方法。這促使了戴森 WashG1 的誕生，它重新構(gòu)想了一種可以追溯到幾個世紀(jì)前的家庭必需品——拖把。

為了實現(xiàn)這一最新壯舉，戴森工程師借鑒了航空航天等其他行業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)的工程方法來設(shè)計日常產(chǎn)品。戴森基于文檔的工作流程非常適合開發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)品的新版本，但并不適合創(chuàng)建新的產(chǎn)品線。相反，戴森首席高級控制系統(tǒng)工程師 Romain Guicherd 說服他的團(tuán)隊嘗試基于模型的設(shè)計。基于模型的設(shè)計使用系統(tǒng)級仿真模型來改進(jìn)工程系統(tǒng)的開發(fā)方式。

“它使我們能夠加快開發(fā)工作流程并提供更強大的測試代碼，” Guicherd 說。

第一代產(chǎn)品

在設(shè)計現(xiàn)有產(chǎn)品(例如吸塵器)的新版本時，戴森在開發(fā)過程中采用基于文檔的書面方法將需求從一個團(tuán)隊傳遞到另一個團(tuán)隊。這種方法對于成熟的產(chǎn)品非常有效，因為工程師可以參考和迭代過去的設(shè)計和嵌入式軟件。然而，這種文件交接過程可能會使全新產(chǎn)品線的開發(fā)變得混亂。

“使用文檔設(shè)計規(guī)范，其他工程師可能會以不同的方式理解要求，”Guicherd 說。“開發(fā)新的產(chǎn)品線為我們提供了一個探索新工作方式的機會，這種方式可以減少團(tuán)隊之間溝通不暢的機會，確保更順暢的協(xié)作過程。”

坎坷之路，通往順利之路

戴森將基于模型的設(shè)計視為讓他們探索創(chuàng)新能力的過程。

“我們需要探索許多不同的概念和方向，”Guicherd 說。“使用基于模型的設(shè)計和 Simulink 模型使我們能夠靈活地將新想法轉(zhuǎn)化為實際成果，與基于文檔的開發(fā)流程相比，速度提高了一倍。”

WashG1 的成功清潔理念是采用一個帶有反向旋轉(zhuǎn)滾輪的清潔頭，并覆蓋一層致密的超細(xì)纖維布。為了分離干濕碎片，WashG1 使用一組輔助滾筒將所有固體碎片收集到托盤中。托盤底部有一層網(wǎng)狀過濾器，使液體能夠流入污水箱。為了實現(xiàn)這一切并處理所有潛在情況，Guicherd 的團(tuán)隊需要能夠促進(jìn)交互系統(tǒng)元素仿真并支持從設(shè)計到代碼生成和軟件測試的一切的工具。

為了開發(fā)清潔滾筒的控制裝置，該團(tuán)隊使用 Simscape Electrical 對泡沫滾筒電機和電機驅(qū)動器進(jìn)行了建模。他們使用了 Stateflow 設(shè)計清潔器兩個泵的調(diào)度和控制——一個用于用清水潤濕滾筒，另一個用于抽出污水。Stateflow 還用于實現(xiàn)產(chǎn)品的自清潔機制。

WashG1 的清潔性能需要多個可選的水合水平，每個水平都有可微調(diào)的靈敏度水平。這些不同的設(shè)置和清潔負(fù)荷的變化都要求精確的電壓控制。

“我們使用 Simulink 模型來調(diào)整參數(shù)并測試不同的值，以便更快地微調(diào)和開發(fā)電機電壓控制，”Guicherd 說。“仿真幫助我們了解設(shè)計變更的效果，而無需構(gòu)建物理原型。”

在 Simscape 中建模的戴森滾筒技術(shù)。(圖片所有權(quán)：戴森)

團(tuán)隊使用 Requirements Toolbox 將他們的需求鏈接到 Simulink 模型，這有助于展示需求如何驅(qū)動產(chǎn)品特性。“在使用 Requirements Toolbox 之前，我們直到進(jìn)入硬件測試階段才會知道需求是否有誤，”Guicherd 說。“通過將需求與模型相連接，我們了解每個需求是如何實現(xiàn)的以及它們之間的關(guān)系。”

系統(tǒng)仿真對設(shè)計的好處

使用 Simulink 和 Simscape 進(jìn)行基于模型的設(shè)計促進(jìn)了更系統(tǒng)的方法，并讓戴森在構(gòu)建和測試原型之前進(jìn)行各種類型的在環(huán)測試。通過基于模型的設(shè)計，工程師可以執(zhí)行多領(lǐng)域建模并與其他團(tuán)隊合作。例如，Guicherd 的團(tuán)隊利用電池和電池管理系統(tǒng)團(tuán)隊的數(shù)據(jù)創(chuàng)建了一個精確的四電池組模型。Guicherd 的團(tuán)隊與電子團(tuán)隊合作，使用 Simscape Electrical 對電力電子硬件的行為進(jìn)行建模和仿真。

“使用 Simulink 進(jìn)行系統(tǒng)級仿真使我們能夠考慮更多設(shè)計選項并比較權(quán)衡，因此我們在項目設(shè)計階段投入了更多時間，” Guicherd 說。“這樣做的好處是，我們可以更輕松地發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤和集成問題，而且糾正這些問題的成本更低。”

從軟件架構(gòu)到嵌入式代碼

在后續(xù)項目中，團(tuán)隊添加了 System Composer 來開發(fā)軟件架構(gòu)。Guicherd 表示：“借助 System Composer，產(chǎn)品和軟件團(tuán)隊可以共同開發(fā)軟件界面和調(diào)度，并仿真不同的場景。”System Composer 允許團(tuán)隊將大型模型組織成邏輯分組，從而實現(xiàn)團(tuán)隊協(xié)作，同時避免合并沖突。

Simulink 模型提供了產(chǎn)品行為的可視化描述，這也增強了整個開發(fā)過程中團(tuán)隊成員之間的協(xié)作。這些控制系統(tǒng)模型生成了 C 代碼。“我們會調(diào)整模型，注釋掉一些部分，添加一些新的模塊，并向軟件工程師展示清潔器的新行為。使用快速控制原型，我們可以快速生成代碼，并在第二天向他們展示產(chǎn)品在實驗室中的表現(xiàn)” Guicherd 說。

該團(tuán)隊沒有使用手動編碼，而是使用 Embedded Coder 從 Simulink 模型生成 C 代碼。然后，軟件團(tuán)隊將其納入機器的 NXP 微控制器的主代碼庫中。“有了 Embedded Coder，我們每九天就可以發(fā)布一次軟件，”Guicherd 說。“以前，我們手動編碼大約每 10 周一次。”

“最初，我們更注重讓它在實驗室中發(fā)揮作用，因此模型和生成的代碼是關(guān)鍵部分。但很快我們就意識到，模型加上代碼、測試和覆蓋范圍使我們的產(chǎn)品變得更好”Guicherd 說。

完美測試

與以前的產(chǎn)品相比，該團(tuán)隊投入了更多時間來完善設(shè)計。借助 Simulink，他們可以快速解決仿真過程中出現(xiàn)的錯誤，這在測試期間得到了回報。該階段比過去更加簡單和快捷，節(jié)省了團(tuán)隊開發(fā)的時間和精力。

“一旦你在模型中設(shè)計了某個東西并且它能夠工作，你就將它放入產(chǎn)品中，它就能像模型一樣工作。從這個意義上來說，測試非常簡單，”Guicherd 說。“它實現(xiàn)了零缺陷交付。”

WashG1 基于模型的設(shè)計和代碼生成的成功消除了軟件團(tuán)隊最初的懷疑。他們曾經(jīng)對生成的代碼是否符合內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)和保持執(zhí)行效率感到擔(dān)憂，但現(xiàn)在他們對代碼產(chǎn)生了信心。軟件團(tuán)隊現(xiàn)在與硬件團(tuán)隊合作來定義生成的代碼的 API。使用 Simulink 進(jìn)行基于模型的設(shè)計為他們提供了靈活性和更快的速度。

“現(xiàn)在，他們是第一批要求我們再次這樣做，并詢問我們是否可以將此工藝用于其他產(chǎn)品的人，”Guicherd 說。“隨著項目復(fù)雜性的增加，他們看到了基于模型的設(shè)計的好處。”

對于 WashG1 的未來迭代，戴森團(tuán)隊可以重復(fù)使用其模型的元素，并且他們使用基于模型的設(shè)計的設(shè)計方法示例正在其他部門獲得關(guān)注 - 例如，Guicherd 說團(tuán)隊正在考慮將其用于護(hù)發(fā)產(chǎn)品和地板護(hù)理的其他方面，為戴森產(chǎn)品的更多創(chuàng)新鋪平道路。