Очиститель воздуха Tree — история разработки

размещено в: Статьи | 0

Наше знакомство с заказчиком началось с просьбы произвести оценку изготовления оснастки для разработки, выполненной другой компанией. После всестороннего анализа мы рекомендовали отказаться от существующей концепции ввиду неудачного внешнего вида, низкой технологичности деталей и, как следствие, чрезмерно высокой стоимости оснастки. К сожалению, практически все решения в существующей разработке оказались неоптимальными, поэтому было принято решение начать новую разработку с чистого листа.

Работы по проекту условно разбиты на несколько этапов и представлены в хронологическом порядке.

  1. Подготовительный этап
  2. Рабочее проектирование
  3. Подготовка и сопровождение производства
  4. Сопровождение производства

1. Подготовительный этап:

Как и любой другой, этот проект начался с планирования работ. Был составлен предварительный план-график, которому мы постоянно старались следовать, что не всегда получалось, однако этапность была полностью соблюдена.

Рис.1: План-график.

Следует подчеркнуть, что очиститель воздуха «Tree» не имеет аналогов. Это совершенно новая технология, и в процессе нашей работы над прибором также не останавливалась научная работа авторов технологии — американской компании Kronos Air Technology, вносившей несколько раз коррективы в технические требования.

Одним из условий успешной разработки является изучение возможных аналогов. Исследование конструктивных, компоновочных и стилистических решений позволяет понять, чем в каждом конкретном случае определялось то или иное решение, выделить минусы и плюсы.

Поиск аналогов, как и следовало ожидать, ни одного прямого аналога не дал. Единственным относительно похожим прибором оказался воздухоочиститель Euromate VisionAir, предназначенный, в основном, для курительных комнат. Любой курильщик мог видеть такие аппараты, например, в курительных комнатах аэропорта «Домодедово». Такой прибор был заказан и доставлен к нам, затем досконально изучен, с полной разборкой и анализом каждого элемента.

Рис.2: Анализ и исследование аналогов.

В результате исследования, были сделаны выводы о качестве дизайна основных элементов и узлов образца: система фиксации картриджа была признана простой и надёжной, также как и организация высоковольтных контактов между картриджем и прибором. Кроме того, нам понравилась идея модульной стыковки двух приборов в один «двойной». Схема организации потоков воздуха не удовлетворяет нашим требованиям, так как разрабатываемый прибор, в отличие от аналога, не имеет механических нагнетателей (вентиляторов) и, соответственно, требует организации потоков воздуха по схеме с меньшим сопротивлением. Крепление крышки имеет неудачную конструкцию: при обычном пользовании крышка постоянно слетает со своих петель, к тому же конструкция неоправданно сложная и дорогая в изготовлении. Мы приняли решение сделать крышку полностью съёмной, что значительно дешевле, проще и надёжнее. Конструкция картриджа в нашей разработке принципиально оригинальная, спроектированная в соответствии с инновационной технологией Kronos и не имеет аналогов.

Также были изучены все демонстрационные прототипы от Kronos. Необходимо отметить, что наша разработка была первой разработкой основанной на этой технологии и рассчитанной на массовый выпуск, поэтому существующие прототипы принимались во внимание только как компоновочные решения.

Теперь предмет разработок стал более понятен, пришла пора заняться составлением технического задания, что и было сделано. Тут следует ещё раз упомянуть о продолжающихся в течении всего проекта изменениях и улучшениях технологии, поэтому составленное на тот момент ТЗ оказалось предварительным и не раз подвергалось корректировкам, что было адекватно оценено со стороны заказчика.

2. Рабочее проектирование:

Проектирование для данного проекта началось с предварительного эскизирования. Эскизы выполнялись в программе векторной графики. На этом этапе рассматривались любые концепции, теоретически возможные к реализации.

Рис.3: Примеры вариантов 2D эскизирования.

Получив все варианты эскизов, заказчик назначил совместные обсуждения, в результате которых была выбрана концепция для дальнейшего развития.

Следующим шагом стала разработка вариантов компоновочных решений. Одним из требований заказчика была минимизация количества деталей. В соответствии с этим, мы оптимизировали взаимное расположение и крепление компонентов, учитывая также требования по электробезопасности и помехозащищённости.

Рис. 4: Пример вариантов компоновки.

Утвердив вариант компоновочного решения, мы разработали концепцию построения основных исполнительных элементов: картриджа и его системы фиксации, коронирующей рамки, ложемента, системы контактов. Был произведен расчёт компоновочных решений по воздушным потокам.

После построения математических моделей всего узла был изготовлен его прототип. Следует отметить, что в приборе используется высокое напряжение (порядка 16кВ), и немногие макетные материалы в состоянии выдержать такую разницу потенциалов. Тем не менее, мы нашли технологию, по которой за разумные деньги и сроки был изготовлен полностью работоспособный макет. Он отправился в Сиэтл на испытания к авторам технологии, которые с успехом выдержал.

Рис. 5: Прототип рабочих частей перед отправкой в Kronos.

Получив одобрение инженерных решений основного узла прибора и располагая утверждённой компоновкой мы приступили к работам по созданию финального стиля устройства. Построили варианты наружных поверхностей продукта и выполнили фотореалистичную визуализацию. Несмотря на жёсткие конструктивные  ограничения, нам удалось создать достаточное для выбора количество вариантов высокого уровня.

Рис. 6: Пример вариантов дизайна.

Фотореалистичная презентация дизайн-проекта была воспринята заказчиком на должном уровне. После недолгих раздумий и совместных совещаний был выбран вариант для инженерного проектирования:

Рис. 7: Финальный вариант дизайна.

В процессе рабочего проектирования мы разработали математические модели всех стандартных компонентов и новых корпусных деталей.

Рис. 8:Сборка, математическая модель.

Интересным фактом является то, что глава компании заказчика располагает только одной рукой. По его личной просьбе мы заложили в конструкцию прибора возможность полного обслуживания одной рукой.

В конструкции учтены все требования по защите пользователя от поражения электрическим током, что подтверждено успешными сертификационными испытаниями. Стоит отметить, например, что в отсеке высоковольтной электроники выходы вентиляционных пазов выполнены в виде «лабиринтов», защищающих токоведущие части от намеренного касания снаружи металлической проволокой. Фиксаторы крышки картриджа работают с усилием, что обеспечивает защиту «от детей». Особое внимание при разработке мы уделяли технологичности деталей.

Разработка осложнялась тем, что научная деятельность авторов методики не стояла на месте, и в конструкцию периодически добавлялись новые компоненты. Например, датчики автоматического определения качества воздуха. Тем не менее, конструкция прибора была утверждена по математическим моделям, и наши инженеры подготовили и отправили разработчикам механические чертежи для разработки печатных плат прибора.

Рис. 9: Изготовление печатных плат американскими партнерами.

Американские партнёры по проекту разработали печатные платы и изготовили опытные образцы для проведения испытаний.

Одновременно с этим, в Сиэтле на станках с ЧПУ по нашим математическим моделям были отфрезерованы прототипы деталей изделия. После сборки и испытаний прототипа заказчик выдал нам рекомендации по небольшим доработкам конструкции. В частности требовалось перенести фиксаторы для прокладки кабеля дальше от платы управления (для минимизации помех).

Рис. 10: Рекомендации по изменениям.

Согласно рекомендациям были доработаны математические модели. Параллельно в Америке и в России создавались полнофункциональные прототипы:
американская версия — по технологии литья в мягкие формы (тем самым наши партнёры смогли получить малую партию для расширенных испытаний):

Рис. 11: Полнофункциональный макет из силиконовых форм в Kronos.

Рис. 12: Тестирование макета из силиконовых форм в Kronos. Двухмодульное исполнение.

русская версия — с помощью послойного синтеза, по технологии, использовавшейся для прототипа рабочих частей, и подтвердившей свои преимущества для данных целей:

Рис. 13: Функциональный макет, полученный методом послойного синтеза в DW.

В лабораториях Kronos были проведены расширенные испытания прототипов. Московский прототип также выдержал испытания.

Убедившись в правильности своих конструктивных решений, мы приступили к подготовке документации для серийного производства прибора. Использование современных методов проектирования и тесный контакт с изготовителями оснастки позволили нам обойтись без 2D чертежей на пластиковые детали. Варианты текстур и цветов мы выбирали по каталогу текстур YICK SANG и цветовому каталогу RAL.

Рис. 14: Каталог текстур YICK SANG.

Рис. 15: Цветовой каталог RAL.

Подготовили файлы печати символов на наружных поверхностях. Подготовили технологическую документацию для производства деталей: файлы математических моделей в экспортном формате, файлы печати и сопроводительный файл с раскладкой деталей по пресс-формам, данными о материалах, текстурах и цветах.

Рис. 16: Варианты решений по цвету.

3. Подготовка и сопровождение производства:

Подготовленная информация была разослана для оценки нескольким изготовителям пресс-форм в Европе и Азии. После получения коммерческих предложений, сравнения сроков и заявленного качества оснастки, было принято решение изготавливать пресс-формы в Азии.

Все вопросы, возникавшие при проектировании пресс-форм, оперативно решались совместными усилиями наших инженеров и инженеров фабрики производившей оснастку.

Рис. 17: Производство оснастки.

Вся оснастка, несмотря на сложность, была изготовлена качественно. Некоторые пресс-формы были горячеканальными.

Как показывает практика, у любого, даже самого качественного и дорогого изготовителя оснастки, не получается с первого раза получить тестовые отливки без замечаний. Данный случай не был исключением: после получения первых отливок мы выполнили обмеры и осмотр всех деталей, по результатам составили отчёт:

Рис. 18: Отчёт с замечаниями по опытным образцам.

После устранения недостатков оснастки и получения качественных отливок (образцов-эталонов) была заказана и отлита пробная партия деталей. Из деталей пробной партии в Kronos Air и в DesignWorks были собраны образцы для проведения очередных испытаний.

Рис. 19: Испытание плотных образцов в Kronos.

После успешного прохождения испытаний на предсерийных отливках, заказчик инициировал отправку пресс-форм из Азии в Россию.

Доставка пресс-форм осуществлялась сразу на литейное производство в московскую область. После получения пресс-форм и их установки на термопласт-автоматы необходимо было отладить режимы литья. Отладку курировали специалисты DesignWorks. Оперативно проводились обмеры и осмотр деталей. Стоит отметить, что процесс вывода на режим каждой формы и вся работа по сопровождению заняли продолжительное время: несколько недель наши специалисты выезжали на производство. В итоге были получены и утверждены образцы-эталоны для каждой детали и заказана первая серийная партия.

В ходе проекта мы разработали конструкцию и дизайн упаковки прибора. Вес прибора составляет 8 и 11 кг в зависимости от исполнения, соответственно требования к коробке были довольно серьёзными. Кроме того в задачи входила разработка укладки и всех дополнительных вкладышей и упаковочных пакетов.

Рис. 20: Разработка дизайна упаковки.

Также мы составили техническое описание на прибор, гарантийный талон и разработали шаблон для разметки отверстий на стене при монтаже.

Рис. 21: Техническое описание на прибор.

4. Техническое сопровождение серийного продукта:

Заказчики ценят партнёрство с нами, поскольку мы всегда готовы оказать поддержку, даже для уже выпущенного продукта. В данном проекте после старта серийного выпуска заказчик столкнулся с проблемой скорости сборки, наши инженеры разработали и внедрили сборочные посты, оборудованные специальными приспособлениями для облегчения операций сборки.

Рис. 22: Разработанный сборочный пост.

Также мы рекомендовали поставщика комплектующих, который смог предоставить выгодные заказчику условия. Кроме того, поскольку Kronos Air постоянно совершенствует свою инновационную технологию очистки воздуха, мы разработали новую, усовершенствованную версию картриджа.