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Dyson accélère le développement de nouveaux produits grâce à la simulation niveau système

Approche Model-Based Design utilisée pour développer un produit de première génération

Les recherches de Dyson ont révélé qu’une nouvelle approche était nécessaire pour obtenir la meilleure solution de nettoyage humide. Cela a conduit au Dyson WashG1, qui réinvente un élément essentiel du foyer dont l'origine remonte à des siècles : la serpillière.

Pour cette dernière prouesse, les ingénieurs de Dyson ont emprunté des méthodes d’ingénierie utilisées dans des systèmes complexes d’autres industries, comme l’aérospatiale, pour concevoir un produit du quotidien. Le workflow basé sur les documents de Dyson, qui fonctionnait bien pour le développement de nouvelles versions de produits existants, n'était pas le plus adapté à la création d'une nouvelle gamme de produits. Romain Guicherd, ingénieur responsable des systèmes de contrôle avancés chez Dyson, a donc convaincu son équipe d'essayer l’approche Model-Based Design. L’approche Model-Based Design utilise des modèles de simulation au niveau système pour améliorer la manière dont les systèmes conçus sont développés.

« Cela nous a permis d'accélérer le workflow de développement et de fournir un code plus robuste pour les tests », explique Guicherd.

Produit de première génération

Lors du design d'une nouvelle version d'un produit existant, comme un aspirateur, Dyson utilise une approche écrite et basée sur des documents pour transmettre les exigences d'une équipe à l’autre, au cours du processus de développement. Cette approche fonctionne bien pour les produits établis, car les ingénieurs peuvent se référer aux designs passés et aux logiciels intégrés, et les dupliquer. Cependant, ce processus de transfert de documents pourrait perturber le développement d’une toute nouvelle gamme de produits.

Le Dyson WashG1 élimine les liquides renversés ainsi que les débris secs. — Le Dyson WashG1. (Crédit : Dyson)

« Avec une spécification de design écrite, d’autres ingénieurs peuvent interpréter les exigences différemment », explique Guicherd. « Le développement d'une nouvelle gamme de produits a été pour nous l'occasion d'explorer une nouvelle méthode de travail, qui réduirait les risques de mauvaise communication entre les équipes et garantirait un processus de collaboration plus fluide. »

Un chemin difficile vers un processus fluide

Dyson a considéré l’approche Model-Based Design comme le processus qui leur permettrait d'explorer des capacités innovantes.

« Nous avons dû explorer de nombreux concepts et des directions différents », explique Guicherd. « L'utilisation de l’approche Model-Based Design et des modèles Simulink nous a permis d'être agiles et de développer de nouvelles idées deux fois plus rapidement qu'avec notre processus de développement basé sur des documents. »

« L'utilisation de l’approche Model-Based Design et des modèles Simulink nous a permis d'être agiles et de développer de nouvelles idées, deux fois plus rapidement qu'avec notre processus de développement basé sur des documents. »

Le concept gagnant de nettoyage du WashG1 intègre une tête de nettoyage avec des rouleaux contrarotatifs, recouverts d'un chiffon en microfibre dense. Pour séparer les débris humides et secs, WashG1 utilise un ensemble de rouleaux secondaires qui récupèrent tous les débris solides dans un bac. Un filtre à mailles tapisse le fond du bac, permettant au liquide de passer dans le réservoir d'eau sale. Pour rendre tout cela possible et gérer toutes les situations potentielles, l'équipe de Guicherd avait besoin d'outils qui faciliteraient la simulation des éléments du système en interaction et prendraient en charge l’ensemble du processus, du design à la génération de code et aux tests logiciels.

Pour développer les commandes des rouleaux de nettoyage, l'équipe a modélisé les moteurs des rouleaux en mousse et les entraînements des moteurs, à l'aide de Simscape Electrical™. Ils ont utilisé Stateflow^® pour concevoir la programmation et les commandes des deux pompes du nettoyeur : une pour humidifier les rouleaux avec de l'eau propre et une autre pour extraire l'eau sale. Stateflow a également été utilisé pour implémenter le mécanisme d'auto-nettoyage sur le produit.

Les performances de nettoyage du WashG1 nécessitaient plusieurs niveaux d’humidification sélectionnables, chacun avec des niveaux de sensibilité réglables avec précision. Ces différents réglages et variations dans les charges de nettoyage exigeaient tous un contrôle précis de la tension.

« Nous avons utilisé nos modèles Simulink pour ajuster les paramètres et tester différentes valeurs afin d'affiner et de développer plus rapidement le contrôle de la tension du moteur », explique Guicherd. « Les simulations nous ont aidés à comprendre les effets des modifications de design sans construire de prototype physique. »

Diagramme d'un modèle Simscape montrant un système complexe avec des composants interconnectés et des lignes étiquetées. — Technologie du rouleau Dyson modélisée dans Simscape. (Crédit : Dyson)

L'équipe a utilisé Requirements Toolbox™ pour lier ses exigences à son modèle Simulink^®, ce qui permet de montrer comment une exigence détermine les fonctionnalités du produit. « Avant d’utiliser Requirements Toolbox, nous ne pouvions pas détecter une exigence erronée avant d’atteindre l’étape des tests matériels », explique Guicherd. « En reliant les exigences au modèle, nous comprenons comment chaque exigence est mise en œuvre et les relations entre elles. »

Avantages de la simulation de système pour le design

L’approche Model-Based Design avec Simulink et Simscape™ a facilité une approche plus systématique et a permis à Dyson d'effectuer différents types de tests en boucle avant de construire et de tester le prototype. Grâce à l’approche Model-Based Design, les ingénieurs peuvent effectuer une modélisation multidomaine et collaborer avec d’autres équipes. Par exemple, l’équipe de Guicherd a créé un modèle précis de batterie à quatre cellules avec les données de l’équipe chargée des cellules et des systèmes de gestion de la batterie. En collaboration avec l'équipe d'électronique, le groupe de Guicherd a utilisé Simscape Electrical pour modéliser et simuler le comportement du matériel d’électronique de puissance.

« L'utilisation de la simulation au niveau du système avec Simulink nous a donné la possibilité d'envisager davantage d'options de design et de comparer les compromis ; nous avons donc passé plus de temps dans la phase de design du projet. L’avantage de cela était que nous avons détecté des erreurs de design et des problèmes d’intégration à un moment où ils étaient plus faciles et moins coûteux à corriger. »

« L’utilisation de la simulation au niveau système avec Simulink nous a donné la possibilité d’envisager davantage d’options de design et de comparer les compromis ; nous avons donc passé plus de temps dans la phase de design du projet », explique Guicherd. « L’avantage de cette méthode était que nous avons détecté des erreurs de design et des problèmes d’intégration à un moment où ils étaient plus faciles et moins coûteux à corriger. »

De l'architecture logicielle au code embarqué

Dans un projet ultérieur, l’équipe a ajouté System Composer™ pour développer l’architecture logicielle. Guicherd explique : « Avec System Composer, les équipes produit et logiciel ont travaillé ensemble pour développer les interfaces logicielles et la planification, et pour modéliser différents scénarios. » System Composer a permis à l'équipe d'organiser de grands modèles en groupes logiques, permettant la collaboration en équipe tout en évitant les conflits de fusion.

« Grâce au prototypage rapide de contrôle, nous avons pu générer rapidement du code et, dès le lendemain, montrer comment le produit se comporte en laboratoire. »

Le modèle Simulink a fourni une description visuelle du comportement du produit, ce qui a également amélioré la collaboration entre les membres de l'équipe tout au long du processus de développement. Le code C a été généré à partir de ces modèles de systèmes de contrôle. « Nous ajustions le modèle, commentions certaines parties, ajoutions de nouveaux blocs et montrions aux ingénieurs logiciels les nouveaux comportements du nettoyeur. Grâce au prototypage rapide de contrôle, nous avons pu générer rapidement du code et, dès le lendemain, montrer comment le produit se comporte en laboratoire », explique Guicherd.

Au lieu de coder manuellement, l'équipe a utilisé Embedded Coder^® pour générer du code C à partir de leurs modèles Simulink. L'équipe logicielle a ensuite intégré cela dans la base de code principale du microcontrôleur NXP™ de la machine. « Avec Embedded Coder, nous pourrions réaliser une sortie de logiciel tous les neuf jours », explique Guicherd. « Avant, lorsque nous codions manuellement, c'était environ une fois toutes les 10 semaines. »

« Au départ, nous nous sommes davantage concentrés sur le fait de faire fonctionner notre produit en laboratoire, donc le modèle et le code généré étaient les éléments clés. Mais très vite, nous avons réalisé que le modèle, plus le code, les tests et la couverture, rendaient notre produit encore meilleur », explique Guicherd.

Tester jusqu'à la perfection

L’équipe a consacré plus de temps à peaufiner le design que ce qui était typique des produits précédents. Grâce à Simulink, les ingénieurs ont pu rapidement corriger les erreurs survenues lors des simulations, ce qui s'est avéré payant lors des tests. La phase a été beaucoup plus simple et plus rapide que par le passé, ce qui a permis à l’équipe de gagner du temps et des efforts de développement.

« Avec Embedded Coder, nous pourrions réaliser une sortie de logiciel tous les neuf jours. Avant, lorsque nous codions manuellement, c'était environ une fois toutes les 10 semaines. »

« Une fois que vous avez conçu quelque chose dans le modèle et que cela fonctionne, vous le mettez dans un produit, et cela fonctionne exactement comme le fait le modèle. Les tests ont été assez simples en ce sens », explique Guicherd. « Cela a permis une livraison zéro défaut. »

Le succès de l’approche Model-Based Design et de la génération de code pour le WashG1 a dissipé le scepticisme initial de l'équipe logicielle. Autrefois méfiants quant à la capacité du code généré à adhérer aux normes internes et à maintenir l'efficacité de l'exécution, ils ont développé leur confiance dans le code. L'équipe logicielle s'associe désormais à l'équipe matérielle pour définir l'API du code généré. L’utilisation de Simulink pour l’approche Model-Based Design leur a offert à la fois flexibilité et rapidité.

« Maintenant, ils sont les premiers à nous demander de le refaire et à nous demander si nous pouvons utiliser ce procédé pour un autre produit », explique Guicherd. « À mesure que la complexité du projet augmente, ils perçoivent les avantages de l’approche Model-Based Design. »

Test du balai Dyson WashG1. (Crédit : Dyson)

Pour les futures itérations du WashG1, l'équipe Dyson peut réutiliser des éléments de son modèle. De plus, son exemple de méthodologie de design utilisant l’approche Model-Based Design gagne du terrain dans d'autres départements. Par exemple, Guicherd dit que les équipes envisagent son utilisation dans les produits de soins capillaires ou d'autres aspects de l'entretien des sols, ouvrant la voie à encore plus d'innovations dans les produits Dyson.

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