戴森携手MATLAB加速新产品开发

*本文内容采用了机器翻译

戴森的研究发现，为了找到最佳的湿式清洁解决方案它们需要一种全新的方法。这促使了戴森 WashG1 的诞生，它重新构想了一种可以追溯到几个世纪前的家庭必需品——拖把。

为了实现这一最新壮举，戴森工程师借鉴了航空航天等其他行业复杂系统的工程方法来设计日常产品。戴森基于文档的工作流程非常适合开发现有产品的新版本，但并不适合创建新的产品线。相反，戴森首席高级控制系统工程师 Romain Guicherd 说服他的团队尝试基于模型的设计。基于模型的设计使用系统级仿真模型来改进工程系统的开发方式。

“它使我们能够加快开发工作流程并提供更强大的测试代码，” Guicherd 说。

第一代产品

在设计现有产品(例如吸尘器)的新版本时，戴森在开发过程中采用基于文档的书面方法将需求从一个团队传递到另一个团队。这种方法对于成熟的产品非常有效，因为工程师可以参考和迭代过去的设计和嵌入式软件。然而，这种文件交接过程可能会使全新产品线的开发变得混乱。

“使用文档设计规范，其他工程师可能会以不同的方式理解要求，”Guicherd 说。“开发新的产品线为我们提供了一个探索新工作方式的机会，这种方式可以减少团队之间沟通不畅的机会，确保更顺畅的协作过程。”

坎坷之路，通往顺利之路

戴森将基于模型的设计视为让他们探索创新能力的过程。

“我们需要探索许多不同的概念和方向，”Guicherd 说。“使用基于模型的设计和 Simulink 模型使我们能够灵活地将新想法转化为实际成果，与基于文档的开发流程相比，速度提高了一倍。”

WashG1 的成功清洁理念是采用一个带有反向旋转滚轮的清洁头，并覆盖一层致密的超细纤维布。为了分离干湿碎片，WashG1 使用一组辅助滚筒将所有固体碎片收集到托盘中。托盘底部有一层网状过滤器，使液体能够流入污水箱。为了实现这一切并处理所有潜在情况，Guicherd 的团队需要能够促进交互系统元素仿真并支持从设计到代码生成和软件测试的一切的工具。

为了开发清洁滚筒的控制装置，该团队使用 Simscape Electrical 对泡沫滚筒电机和电机驱动器进行了建模。他们使用了 Stateflow 设计清洁器两个泵的调度和控制——一个用于用清水润湿滚筒，另一个用于抽出污水。Stateflow 还用于实现产品的自清洁机制。

WashG1 的清洁性能需要多个可选的水合水平，每个水平都有可微调的灵敏度水平。这些不同的设置和清洁负荷的变化都要求精确的电压控制。

“我们使用 Simulink 模型来调整参数并测试不同的值，以便更快地微调和开发电机电压控制，”Guicherd 说。“仿真帮助我们了解设计变更的效果，而无需构建物理原型。”

在 Simscape 中建模的戴森滚筒技术。(图片所有权：戴森)

团队使用 Requirements Toolbox 将他们的需求链接到 Simulink 模型，这有助于展示需求如何驱动产品特性。“在使用 Requirements Toolbox 之前，我们直到进入硬件测试阶段才会知道需求是否有误，”Guicherd 说。“通过将需求与模型相连接，我们了解每个需求是如何实现的以及它们之间的关系。”

系统仿真对设计的好处

使用 Simulink 和 Simscape 进行基于模型的设计促进了更系统的方法，并让戴森在构建和测试原型之前进行各种类型的在环测试。通过基于模型的设计，工程师可以执行多领域建模并与其他团队合作。例如，Guicherd 的团队利用电池和电池管理系统团队的数据创建了一个精确的四电池组模型。Guicherd 的团队与电子团队合作，使用 Simscape Electrical 对电力电子硬件的行为进行建模和仿真。

“使用 Simulink 进行系统级仿真使我们能够考虑更多设计选项并比较权衡，因此我们在项目设计阶段投入了更多时间，” Guicherd 说。“这样做的好处是，我们可以更轻松地发现设计错误和集成问题，而且纠正这些问题的成本更低。”

从软件架构到嵌入式代码

在后续项目中，团队添加了 System Composer 来开发软件架构。Guicherd 表示：“借助 System Composer，产品和软件团队可以共同开发软件界面和调度，并仿真不同的场景。”System Composer 允许团队将大型模型组织成逻辑分组，从而实现团队协作，同时避免合并冲突。

Simulink 模型提供了产品行为的可视化描述，这也增强了整个开发过程中团队成员之间的协作。这些控制系统模型生成了 C 代码。“我们会调整模型，注释掉一些部分，添加一些新的模块，并向软件工程师展示清洁器的新行为。使用快速控制原型，我们可以快速生成代码，并在第二天向他们展示产品在实验室中的表现” Guicherd 说。

该团队没有使用手动编码，而是使用 Embedded Coder 从 Simulink 模型生成 C 代码。然后，软件团队将其纳入机器的 NXP 微控制器的主代码库中。“有了 Embedded Coder，我们每九天就可以发布一次软件，”Guicherd 说。“以前，我们手动编码大约每 10 周一次。”

“最初，我们更注重让它在实验室中发挥作用，因此模型和生成的代码是关键部分。但很快我们就意识到，模型加上代码、测试和覆盖范围使我们的产品变得更好”Guicherd 说。

完美测试

与以前的产品相比，该团队投入了更多时间来完善设计。借助 Simulink，他们可以快速解决仿真过程中出现的错误，这在测试期间得到了回报。该阶段比过去更加简单和快捷，节省了团队开发的时间和精力。

“一旦你在模型中设计了某个东西并且它能够工作，你就将它放入产品中，它就能像模型一样工作。从这个意义上来说，测试非常简单，”Guicherd 说。“它实现了零缺陷交付。”

WashG1 基于模型的设计和代码生成的成功消除了软件团队最初的怀疑。他们曾经对生成的代码是否符合内部标准和保持执行效率感到担忧，但现在他们对代码产生了信心。软件团队现在与硬件团队合作来定义生成的代码的 API。使用 Simulink 进行基于模型的设计为他们提供了灵活性和更快的速度。

“现在，他们是第一批要求我们再次这样做，并询问我们是否可以将此工艺用于其他产品的人，”Guicherd 说。“随着项目复杂性的增加，他们看到了基于模型的设计的好处。”

对于 WashG1 的未来迭代，戴森团队可以重复使用其模型的元素，并且他们使用基于模型的设计的设计方法示例正在其他部门获得关注 - 例如，Guicherd 说团队正在考虑将其用于护发产品和地板护理的其他方面，为戴森产品的更多创新铺平道路。