Что и как делают в Центре Исследований и Разработок Dyson
В конце мая 2018 года компания Dyson пригласила группу российских журналистов посетить Центр Исследований и Разработок Dyson, который находится в городке Малмсбери, Великобритания. Одной из целью пресс-тура была помощь в продвижении инновационного беспроводного пылесоса Dyson Cyclone V10.
К сожалению, снимать в лабораториях Центра нам не позволили, поэтому в основном будут использованы официальные видео- и фотоматериалы.
Малмсбери расположен примерно в 130 км к западу от Лондона. Центр Исследований и Разработок Dyson находится в пешей доступности от отеля Old Bell, который считается старейшим во всей Англии (год основания – 1220).
Центр был открыт в 1998 году, площадь его территории составляет 56 акров.
В центре расположено несколько лабораторий, в которых работают порядка 450 инженеров. Всего сотрудников Dyson в Малмсбери насчитывается около 4,5 тысяч. В целом Dyson располагает 129 лабораториями и имеет в штате 4450 инженеров и научных сотрудников.
Архитектура зданий Центра современная — сталь и стекло.
Концепция достигла апогея в случае нового здания D9.
В этом здании занимаются разработкой новых продуктов, что обуславливает высокий уровень секретности, и журналистов туда, разумеется, не пускают. Но нам показали несколько лабораторий в более старой части комплекса.
Лаборатория разработки двигателя с цифровым управлением (Dyson Digital Motor)
Для достижения наиболее эффективных показателей работы двигателя с цифровым управлением инженеры Dyson тщательно разрабатывают каждую его деталь, используя специальное программное обеспечение. В тестовых экспериментах двигателей инженеры определяют их производительность как в стандартном рабочем режиме, так и во внештатных ситуациях. После создания оптимальной конструкции модели изготавливаются первые прототипы компонентов двигателя. Каждая деталь подвергается тщательным испытаниям. При этом проводится анализ любых отклонений рабочих образцов от их виртуальных аналогов, и в дальнейшем результаты используются для доработки конструкции. Процесс отладки всех деталей двигателя продолжается на протяжении всей работы над проектом, до тех пор, пока вся конструкция не будет полностью соответствовать требованиям к его практическому применению.
Устройство для плазменной обработки позволяет соединять детали двигателя с цифровым управлением. В этом инструменте используется технология модификации поверхности с помощью низкотемпературной плазмы коронного разряда. Плазма коронного разряда образуется на конце электрода под действием тока с высоким напряжением. Она проходит над материалом, увеличивая его поверхностную энергию, что способствует прямому соединению деталей (адгезии материалов).
Полуавтоматический станок для намотки проволоки. Этот механизм позволяет инженерам Dyson самостоятельно изготавливать обмотку двигателей в точном соответствии стандартам компании при соблюдении нужного типа, размера, размещения проволоки, количества слоев и витков.
Балансировочный станок. При разработке ротора двигателя необходимо максимально точно сбалансировать прототип, чтобы каждый компонент был зафиксирован в правильном положении и не препятствовал работе других деталей. Это позволяет снижать вибрацию и уровень шума, издаваемый при работе двигателя. Балансировочный станок измеряет дисбаланс ротора при скорости его вращения до 120 000 оборотов в минуту. Эти данные позволяют рассчитать, какое количество материала необходимо снять для повышения производительности двигателя.
Каждый этап подобных испытаний проводится в помещении четвертого класса чистоты, чтобы в процессе сборки двигателя пыль и другие частицы не попали внутрь конструкции.
При разработке моторов инженеры Dyson стараются сделать их как можно меньше, быстрее и легче. Эти цели достигаются с использованием новых материалов, оптимизации механики и аэродинамических свойств. Например, мотор V10 работает на скорости 125000 об/мин, при этом создаются такие нагрузки, что сталь уже не подходит для изготовления оси ротора, поэтому эта деталь изготовлена из керамики. Уменьшение объема и увеличение мощности приводит к повышенному выделению тепла, но от перегрева ключевых компонентов спасает направление потока воздуха вдоль мотора. При серийном производстве моторы V10 производятся на полностью автоматизированных линиях и на конец 2018 года по одному мотору будет производится каждые 2 секунды.
За последние 10 лет компания Dyson вложила около £10 млн в разработку камер для проведения акустических исследований разрабатываемых устройств. На данный момент в компании оборудованы пять полубезэховых камер, которые обеспечивают высочайший уровень акустической изоляции. На стенах и потолке этих камер установлены звукопоглощающие элементы в форме клиньев, которые предотвращают отражение звука с частотой 100 Гц и выше. Пол выложен металлическими плитами. Полубезэховые камеры используются для измерения и корректировки звучания всех устройств Dyson. Каждая камера позволяет оценивать три показателя: уровень шума, направление и качество звука.
Во время испытаний для анализа интенсивности звука используются 10 микрофонов, расставленных полусферой на расстоянии 2 м от центра исследуемого объекта. Для определения направления звука компания Dyson применяет собственное программное обеспечение. Полубезэховые камеры позволяют измерять звуки с уровнем громкости от человеческого шепота до 130 дБ, что примерно соответствует шуму реактивного двигателя.
Примечательно, что объект окружен оптическим барьером из системы зеркал, лазерных излучателей и фотоприемников. Данная система позволяет мгновенно прекратить испытания, в случае разрушения объекта. Исследователи, конечно, находятся вне камеры. В камере поддерживается постоянная и довольно низкая температура (порядка 20 градусов), что позволяет получать воспроизводимые результаты. Также есть системы подачи и отвода воздуха, которые можно задействовать во время испытания систем фильтрации и, например, пылесосов в сборе.
Для выявления раздражающих слух человека частот используются специальные бинауральные наушники. Например, при разработке вентиляторов Dyson AM06, AM07 и AM08 инженеры определили, что частота 1 000 Гц может раздражать пользователей этих устройств. Произведя акустические замеры в камере Гельмгольца, специалисты Dyson смогли вывести звук работающего вентилятора на частоту, которая не улавливается человеком.
Камера для измерения электромагнитных излучений
Любое электронное оборудование создает электромагнитные поля. При неправильной настройке они могут вызывать помехи в работе электронных приборов, расположенных поблизости. Общие расходы на лабораторию составляют £1 млн.
Основные характеристики камеры для измерения электромагнитных излучений:
- Стальная обшивка лаборатории препятствует распространению электромагнитных волн. Благодаря этому во время испытаний предотвращаются любые помехи от других приборов и измеряется только излучение тестируемого устройства. Например, внутри камеры мобильный телефон не будет ловить сеть, даже если снаружи качество сотовой связи безупречное.
- Внутренняя поверхность стен покрыта плитками из металл-оксидного порошка и пеной в форме пирамид. Благодаря этому стены еще лучше поглощают электромагнитное излучение, уменьшая уровень помех. Поэтому, во время испытаний антенна будет измерять только те показатели, которые непосредственно относятся к работе устройства.
Примечательно, что при разработке устройств инженеры Dyson стараются снижать уровень электромагнитных помех с помощью использования малоизлучающих компонентов (например, ключевых транзисторов) и особенностей технического дизайна. Специальные компоненты (фильтры), снижающие ЭМИ, по возможности не применяются, так как они увеличивают вес, стоимость и усложняют конструкцию.
Лаборатория по созданию прототипов
В стереолитографии, также известной как SLA, используется фотополимер, который застывает на отдельных участках под действием света. Благодаря этому прототип создается более точно, чем при использовании полученного спеканием полиамида, и обладает очень гладкой поверхностью.
Эта технология идеально подходит для моделирования каналов прохождения воздуха. Материал является прозрачным, а значит, у инженеров есть возможность наблюдать за работой тестируемых циклонов.
Система быстрого создания прототипов позволяет инженерам Dyson оперативно разрабатывать, воплощать в жизнь и тестировать модели новых продуктов.
Лаборатория тестирования качества уборки
Все пылесосы Dyson подвергаются тестированию в соответствии со стандартами, принятыми в различных странах. В качестве примера можно указать стандарт IEC 60312-1, он же ГОСТ IEC 60312-1-2016 «Пылесосы бытового назначения. Часть 1. Пылесосы сухой чистки. Методы испытания рабочих характеристик», который определяет методики испытаний на «Удаление пыли с твердых плоских полов», «Удаление пыли с твердого пола с щелями», «Удаление пыли из ковров» и т.д. Тестирование имитирует типичное поведение пользователя при использовании пылесоса. Для повышения воспроизводимости используется роботизированная установка, стандартные образцы ковровых покрытий и загрязнений. Например, ковер для этого теста производится на единственном в мире ткацком станке, а специальная пыль — в Германии, и стоит она очень дорого.
Для проверки способности пылесосов собирать разнообразный мусор используется более 60 типов образцов, получаемых со всего мира, например, рис и кошачий корм из Японии, сахар из Германии и крупа из США. В одном из тестов на участке поверхности тонким слоем распределяется загрязнение, которое с помощью валика с рельефом подошвы ботинка и с утяжелителем раскатывается на чистую поверхность. Тем самым имитируется вариант, когда кто-то наступил на грязный участок и разнес мусор по помещению. Как оказалось, такой тест выявляет преимущество углепластиковых щетинок, используемых в ряде моделей вращающихся щеток пылесосов Dyson.
При разработке беспроводного пылесоса Dyson Cyclone V10 в тесте на качество уборки была «пройдена» дистанция в 23,5 км и было использовано 36,4 кг тестовой пыли и других загрязнений.
Ресурсные испытания
Чтобы выявить слабые места конструкции и провести ускоренные испытания на срок службы в лабораториях Dyson проводятся испытания образцов продукции с использованием механизированных устройств. Например, на одном станке по транспортеру непрерывно подается смесь тестового мусора, которая падает на лоток, где его убирает беспроводной пылесос, приводимый в движение механизмом линейной подачи. Нагрузка на пылесос может составлять 50 кг тестового мусора. В других тестах пылесосы с пристыкованной удлинительной трубой и щеткой поднимаются над полом и отпускаются. В следующих тестах пылесос просто роняется на пол. Часть тестов выполняется с помощью роботизированной многосуставчатой руки, что позволяет имитировать действия, которые совершает пользователь, например, при опустошении пылесборника, при этом с выходом новой модели пылесоса достаточно изменить программу для робота, а не разрабатывать новый испытательный станок. Для выявления деталей происходящего во время испытаний также используются высокоскоростные камеры, акселерометры и динамометры.
Лаборатория микробиологии
Эта лаборатория не входила в программу, но о ней стоит упомянуть. Компания Dyson считается единственным в Европе производителем бытовых электроприборов с собственной лабораторией микробиологии. Она оснащена профессиональным оборудованием, которое обычно используется в медицинских лабораториях. Это позволяет специалистам Dyson проводить уникальные исследования, результаты которых помогают проектно-инженерным группам создавать безопасные и гигиеничные устройства. Сотрудники лаборатории специализируются в таких областях как иммунология, микробиология, химия и гигиена пищевых производств. Их научно-исследовательская работа включает в себя два основных направления: традиционная микробиология и изучение аллергенов. Компания Dyson активно сотрудничает с ассоциациями аллергологов для постоянного совершенствования различных методик тестирования.
Исследования, проводимые в лаборатории микробиологии:
- Исследования сушилок для рук (в том числе анализ микрофлоры кожного покрова человека) и формирование новых патентных заявок (в том числе на основании проб из окружающей среды и тестирования устройств).
- Проверка свыше 200 000 литров исходящего из устройств воздуха для определения уровня загрязнения бактериями и плесневыми грибами.
- При разработке технологии Dyson Airblade было использовано свыше 7 500 чашек Петри для проведения различных микробиологических экспериментов.Тщательные тестирования прототипов пылесосов Dyson, которые позволяют устройствам стать лидерами в показателях по сбору пыли, гигиеничности очистки контейнера и уровню фильтрации. Кроме того, эти испытания предназначены для подготовки устройств к аккредитации международными ассоциациями аллергологов.
- Изучение выращенных колоний домашних пылевых клещей для проработки различных методов их удаления с ковровых покрытий, мягкой мебели и матрасов.
- Разведение двух колоний домашних пылевых клещей (европейского и американского типа) для разработки наиболее эффективных методов нейтрализации клещевого аллергена в домашней пыли.
- Оценка уровня содержания аллергенов в домашней пыли с использованием ферментного иммуносорбентного анализа (ELISA).
- Оценка показателей новых фильтров по удержанию мельчайших частиц аллергенов из воздушного потока.
- Испытание насадок для пылесосов с целью улучшения их показателей по удалению аллергенов с разных типов поверхностей (например, матрасов, ковров, деревянных покрытий и тканей).
- Содействие в оценке эффективности работы циклонов и фильтров в пылесосах Dyson. Например, непрерывный анализ исходящего из устройств воздуха позволяет в последствии демонстрировать лучшие показатели по уровню фильтрации.
- Помощь в сборе сведений и фактов о домашних аллергенах для внутреннего использования в компании.
- Проверка методов антимикробной обработки деталей, которые используются в пылесосах и других устройствах.
- Разработка методов контроля и сокращения количества микробов для различных категорий устройств.
Выводы
Посетив Центр Исследований и Разработок Dyson, мы убедились, что компания тратит очень много средств и усилий на разработку инновационных устройств, способных изменить наше представление о бытовой техники. Например, представленный пылесос Dyson Cyclone V10 доказывает, что беспроводной пылесос может быть одновременно мощным, легким и работать долго. Сотрудники Центра выглядят очень увлеченными своей работой и демонстрируют не наигранный энтузиазм. Конечно, наше присутствие кого-то отвлекало от работы, и на стенды были установлены уже выпущенные и протестированные модели, то есть процессу мы немного помешали, за что просим прощенья.
В заключении предлагаем посмотреть пару промо-роликов.
2. Разработка прототипов, лаборатория микробиологии, и, о ужас!, живые пылевые клещи.