Такафуми Хориучи

Три проекта курса Design Studio

2019–2020

Обзор

На курсах Design Studio в рамках магистерской программы Design & Engineering Миланского политехнического университета я каждый семестр работал в новой команде. Мы разрабатывали комплексные предложения продуктов: от определения проблемы и потребностей пользователей до формы, механизмов, взаимодействия и способов производства. Здесь представлены три проекта, завершённых с зимы 2019 по зиму 2020 года.

  1. Дизайн кофемашины (зима 2019)HUBBLE — концепция кофемашины для совместного пользования с учётом индивидуальных предпочтений. Предложение включает круглый интерфейс, регулируемое по высоте сопло, поворотную разливочную головку, внутренние механизмы и производственные чертежи.
  2. Дизайн PAPR для сварщиков (лето 2020)VCS-20 — концепция фильтрующего респиратора с принудительной подачей воздуха (PAPR), совместимого с существующими сварочными щитками. Он объединяет капюшон, жилет и плечевой воздуходувный блок; концепция была доведена до полноразмерного носимого прототипа.
  3. Дизайн устройства скрининга для донорства крови (зима 2020)DELCON Massachusetts — концепция бесконтактного скрининга температуры, пульса, артериального давления и гемоглобина перед сдачей крови. Мы спроектировали корпус и сценарий самостоятельного использования: регистрацию по QR-коду, измерения и передачу результатов через облако.

Дизайн кофемашины (зима 2019)

Задача: индивидуальные предпочтения при использовании общей кофемашины

В совместно снимаемых квартирах, коворкингах и офисах одной кофемашиной пользуются люди с разными культурными привычками и предпочтениями. Изучая существующие капсульные машины, мы выявили ограничения по размеру чашки, неочевидное управление и вкус, определяемый капсулой. Необходимость каждый раз подробно настраивать напиток также усложняла бы совместное использование.

Мы разработали два контрастных образа пользователя: Maria из Мексики предпочитает большую чашку мягкого кофе, а Mert из Турции — небольшую чашку крепкого. Эти образы легли в основу требований: регулировка аромата, крепости, температуры и объёма; сохранение профилей и рецептов; поддержка разных размеров чашек и вариантов ориентации при установке; простые пополнение и очистка.

Визуализация кофемашины HUBBLE на общей офисной стойке. Из чёрного корпуса выступает головка медного цвета; видны круглый дисплей и чашка.
В предложенном дизайне HUBBLE матово-чёрный корпус, разливочная головка медного цвета и круглый регулятор объединены в форму для общих пространств.

Дизайн: сохранённые предпочтения и круглый интерфейс

Концепция HUBBLE предусматривает распознавание пользователей по Bluetooth и загрузку сохранённых рецептов. При первом использовании пользователь поворачивает круглый регулятор, выбирая аромат, крепость, температуру и другие параметры, и нажимает его для подтверждения. Любимому напитку можно дать название и сохранить для быстрого выбора в следующий раз; рекомендации предлагают попробовать другие вкусы.

Круглый дисплей совмещён с поворотно-нажимным регулятором: передняя панель остаётся свободной от множества элементов, а последовательность настройки и текущие значения показаны в одном месте. Сопло перемещается по вертикали под размер чашки, сохраняя подходящее расстояние как до маленькой чашки эспрессо, так и до высокой кружки.

Демонстрация круглого интерфейса: распознавание пользователя, выбор рецепта, настройка аромата, крепости и температуры, а также спроектированная последовательность экранов до приготовления кофе. Это не испытание качества приготовления на физической машине.

Размещение, пополнение и обслуживание в одной конструкции

Разливочная головка поворачивается относительно корпуса, позволяя ставить чашки с длинной или короткой стороны столешницы. Это даёт возможность учитывать стены и пути прохода в небольших кухнях и офисах. Баки для воды и зёрен вынимаются сверху, а ёмкости для молока и отходов открываются нажатием спереди, обеспечивая доступ для пополнения и очистки с нескольких сторон.

Мы также разместили внутри корпуса кофемолку, насос, нагреватель, заварочный механизм и двигатель поворота, разработали 3D-модель САПР и структуру компонентов. Итоговый комплект включает сборочные чертежи, спецификацию и рабочие чертежи отдельных деталей.

Сборочный чертёж HUBBLE: корпус в разнесённом виде, поворотная разливочная головка, круглый регулятор и пронумерованные внутренние компоненты; справа спецификация.
Сборочный чертёж и спецификация HUBBLE показывают общую конструкцию и связь корпуса с внутренними механизмами.

Результат: комплексный проект, проработанный в САПР и чертежах

Итоговое предложение объединяет требования на основе сценариев и образов пользователей, внешний вид, последовательности действий в круглом интерфейсе, подвижные компоненты, доступ для обслуживания, внутреннюю компоновку, 3D-САПР, сборочные чертежи и чертежи деталей. Совместное использование решается через машину, спроектированную с учётом предпочтений каждого человека.

Product Development Design Studio I «Coffee Machine», группа 7. Совместная работа Carla Ayala, Fabio Monza, Ayse Selin Yagsan, Takafumi Horiuchi и Marco Talpo.

Итоговая презентация

  1. Титульный слайд HUBBLE Coffee Machine: размытый силуэт кофемашины по центру на тёмном фоне.
  2. Разделитель раздела о проекте: крупный план круглого регулятора и разливочной головки HUBBLE медного цвета.
  3. Ценностное предложение HUBBLE: визуализация продукта и ключевые слова Personalize, Recognize, Suggestion и Position — персонализация, распознавание, рекомендации и размещение.
  4. Разделитель раздела об итоговом дизайне: разливочная головка HUBBLE сверху под углом.
  5. Визуализация предложенной кофемашины HUBBLE на стойке в общем офисе.
  6. Три функции — Personalize, Recognize и Position — показаны через круглый интерфейс, распознавание пользователя и поворотную головку.
  7. Разделитель исследовательского раздела: фотография стола с несколькими чашками сверху.
  8. Сравнение кофейных культур мира с картой мира и разными видами кофейных чашек.
  9. Разделитель раздела об общих пространствах: люди собрались у кофемашины.
  10. Фотографии трёх предполагаемых мест использования: совместно снимаемая квартира, коворкинг и офис.
  11. Два контрастных образа пользователя: Maria предпочитает большую чашку мягкого кофе, Mert — маленькую чашку крепкого.
  12. Разделитель раздела о процессе проектирования: эскизы, модели и детали САПР.
  13. Развитие формы кофемашины от первых эскизов до конструкции с поворотной разливочной головкой.
  14. Сравнение размеров и конфигурации Nespresso Pixie и HUBBLE.
  15. Итоговая визуализация HUBBLE в общей кухне: кофемашина наливает кофе в чашку.
  16. Разделитель раздела о визуальных ориентирах: коллаж изделий с чёрной отделкой и отделкой цвета меди.
  17. Коллаж визуальных ориентиров HUBBLE: точные инструменты, небесные тела, медь и чёрные поверхности.
  18. Разделитель раздела о взаимодействии: визуализация руки, использующей круглый дисплей и регулятор.
  19. Взаимодействие с круглым регулятором: имя пользователя, поворот для выбора и нажатие для подтверждения.
  20. Три круглых экрана для настройки Aroma, Strength и Temperature — аромата, крепости и температуры.
  21. Последовательность круглого интерфейса с сохранённым рецептом Your Americano и выбором объёма и предпочтений.
  22. Регулируемое по высоте сопло над тремя чашками разной высоты — от небольшой чашки до высокой кружки.
  23. Схема поворота разливочной головки для размещения чашек с длинной или короткой стороны столешницы.
  24. Баки для воды и зёрен, спроектированные для извлечения сверху.
  25. Контейнер для молока и ёмкость для кофейной гущи, спроектированные для открытия нажатием спереди.
  26. Разделитель раздела о внутренних компонентах: прозрачная визуализация корпуса и механизмов.
  27. Внутренняя компоновка кофемолки, насоса, нагревателя, заварочного механизма, двигателя поворота и других компонентов.
  28. Две итоговые визуализации HUBBLE: чёрный корпус с элементами медного цвета спереди и под углом.
Слайды итоговой презентации на английском языке.

Дизайн PAPR для сварщиков (лето 2020)

Задача: защита органов дыхания, совместимая с имеющимся сварочным щитком

Сварщикам нужна защита органов дыхания и лица от дыма и горячих искр. Однако в тесных рабочих пространствах многослойное защитное снаряжение трудно надевать и снимать; оно может ограничивать обзор и движения. Задание предусматривало лёгкий респиратор с принудительной подачей очищенного воздуха (PAPR), который можно быстро присоединить к имеющемуся сварочному щитку.

Мы создали образ Antonio — 25-летнего сварщика из Милана, работающего полный день. В требования вошли совместимость с разными щитками, компактность, комфорт, сменный аккумулятор с длительным временем работы, избыточное давление, не менее двух режимов воздушного потока, световая и звуковая сигнализация, комбинированный фильтр и расход воздуха не менее 120 л/мин.

Визуализация сварщика в VCS-20: чёрный сварочный щиток, капюшон, закрывающий шею, жилет и C-образный воздуходувный блок с опорой на плечи.
Предложенная система VCS-20 объединяет капюшон, крепящийся к имеющемуся сварочному щитку, жилет для фиксации системы на теле и воздуходувный блок с опорой на плечи.

Дизайн: капюшон, жилет и плечевой блок PAPR

VCS-20 сочетает адаптируемый капюшон, жилет и C-образный блок PAPR. Капюшон из огнестойкого хлопка с эластичной тканью использует шесть точек крепления Gecko Tape, чтобы подходить к щиткам разной формы. Во время перерыва щиток можно поднять отдельно, не снимая всю систему.

Жилет ограничивает смещение блока и подгоняется под пользователя с помощью застёжек-липучек и ремней. Магнитный разъём у шеи подаёт воздух в капюшон, а вес воздуходувного блока распределяется между обоими плечами. Задние и боковые шарниры и силиконовые компоненты спроектированы с учётом разных размеров тела и движений.

Разнесённый вид VCS-20: корпус, крышка фильтра, комбинированный фильтр, вентилятор, шарниры, сменный аккумулятор, плата, датчик воздуха и регулятор.
Разнесённый вид VCS-20: комбинированный фильтр, вентилятор, сменный аккумулятор, плата, датчик воздуха, органы управления и сигнализация размещены вокруг плеч.

Управление и обратная связь при работе в перчатках

Поворотно-нажимной регулятор объединяет включение питания и настройку воздушного потока. Предложенные световые и звуковые сигналы сообщают о состоянии фильтра и аккумулятора и снижении расхода воздуха. Мы рассмотрели литьё корпусов под давлением и лазерный раскрой текстиля, проработали выбор материалов, разделение на детали и способ сборки.

Команда изготовила полноразмерный носимый макет внешнего вида, чтобы исследовать посадку и процесс надевания и снятия системы.

Человек в прототипе VCS-20 спереди: жилет, капюшон, щиток и плечевой блок; рядом отдельные виды капюшона и блока.
Полноразмерный носимый прототип VCS-20 для изучения крепления жилета, посадки в области плеч и последовательности надевания капюшона с имеющимся сварочным щитком.

Результат: исследование посадки на прототипе и моделирование работы

Проект объединил требования пользователей, систему ношения, внешнюю и внутреннюю компоновку, материалы и способы производства, а также полноразмерный носимый прототип. PAPR разрабатывался как часть единой носимой системы со щитком и одеждой.

Product Development Studio 2, группа 8. Совместная работа Takafumi Horiuchi, Hou Weihuan, Giulia Stevanoni и Marco Luigi Talpo.

Итоговая презентация

  1. Титульный слайд проекта PAPR для сварщиков с логотипом BLS, ассортиментом продукции и именами участников команды.
  2. Фотография сварки, проблемы дыма, искр, тесного пространства и сложного защитного снаряжения, основные отрасли применения сварки.
  3. Исследование рынка: сравнение доступных сварочных респираторов по конфигурации и способу ношения.
  4. Задание и требования: совместимость с имеющимися сварочными щитками, компактность, комфорт, сменный аккумулятор, сигнализация и воздушный поток.
  5. Образ пользователя Antonio, 25-летнего сварщика: ему нужны малый вес, быстрое управление и надевание, совместимость с имеющимся щитком и комфорт.
  6. Итоговая визуализация сварщика в VCS-20, объединяющем капюшон, жилет и плечевой воздуходувный блок.
  7. Обзор VCS-20 с вариантами цвета и расположением датчика воздуха.
  8. Моделирование воздушного потока с частицами загрязнений вокруг 3D-модели: воздух поступает от плечевого блока в капюшон.
  9. Многослойная конструкция жилета, размеры и материалы, включая огнестойкий хлопок, неопрен и нейлон.
  10. Детали соединения магнитного разъёма у шеи, трубки, пластины и заклёпок.
  11. Огнестойкий хлопок и эластичная ткань капюшона, выкройка и основные размеры.
  12. Шесть точек Gecko Tape крепят капюшон к имеющимся сварочным щиткам разной формы.
  13. Разнесённый вид C-образного плечевого блока PAPR с задними и боковыми шарнирами и силиконовыми компонентами.
  14. Нажатие и поворот многофункционального регулятора, световая и звуковая сигнализация и материалы корпуса.
  15. Полный разнесённый вид VCS-20: корпус, комбинированный фильтр, вентилятор, сменный аккумулятор, плата, датчики и другие детали.
  16. Предложенные способы производства: лазерный раскрой текстиля и литьё деталей корпуса под давлением.
  17. Полноразмерный носимый прототип VCS-20: человек спереди и отдельные виды капюшона и плечевого блока.
  18. Фотографии двух людей в VCS-20 спереди и сзади, показывающие посадку прототипа на теле.
  19. Интерактивная демонстрация в Unity: мобильный интерфейс и 3D-модель позволяют управлять моделируемым движением и расходом воздуха.
  20. Рекламная концепция со сварщиком в VCS-20 и словами FEEL FREE TO BREATHE — «Дышите свободно».
Слайды итоговой презентации на английском языке.

Дизайн устройства скрининга доноров крови (зима 2020)

Задача: самостоятельный бесконтактный скрининг перед сдачей крови

Скрининг перед сдачей крови включает проверку температуры, пульса, артериального давления и гемоглобина. Во время пандемии COVID-19 общее оборудование и близкий контакт с персоналом вызывали дополнительные опасения по поводу гигиены и стресс. Мы пересмотрели процесс измерений с обеих точек зрения.

Мы предложили терминал самообслуживания для доноров от 16 лет в Северной Америке, предназначенный для донорских центров, выездных площадок и автобусов для сдачи крови. Главные требования: бесконтактные неинвазивные измерения, переносимый и легко очищаемый корпус, короткое время измерений, безбумажные записи, безопасный обмен данными и возможность использования на столе или стоя.

Концепция DELCON Massachusetts для скрининга перед сдачей крови: большой дисплей в белом настольном корпусе, камеры и подсветка сверху.
В предложенном терминале для скрининга перед сдачей крови камера машинного зрения для съёмки лица и ногтевого ложа, тепловизор и вспомогательная подсветка собраны сверху. Экран и динамик встроены в закруглённый корпус, рассчитанный на лёгкую очистку.

Концепция: четыре показателя и три оптических метода

Концепция сочетает дистанционную фотоплетизмографию по изображению (iPPG) для оценки пульса и артериального давления по изменению цвета лица, термографию для измерения температуры поверхности лица и обработку изображений ногтевого ложа методами машинного обучения для оценки гемоглобина. Мы выбрали эти методы, чтобы исследовать измерения без закрепления датчиков на теле и взятия крови.

Методы измерений и проектные допущения из материалов проекта. Эти числа не являются результатами проверки рабочих характеристик. Определения и источники значений ± ещё требуют подтверждения.
ПоказательМетодПроектные допущения
Пульс и давлениеiPPG по изображению лицаРасстояние: 0,5–1 м; освещённость: 1000–4000 лк; время измерения: около 60 с. Пульс: ±3 уд/мин; систолическое давление: ±0,4 мм рт. ст.; диастолическое: ±0,2 мм рт. ст.
ТемператураТермографияРасстояние: 0,3–1 м; измерение в реальном времени; ±0,2 °C.
ГемоглобинИзображение ногтевого ложа и машинное обучениеОсвещённость: 250–3000 лк; время измерения: около 15 с; ±0,92 г/дл.

От QR-кода до передачи результатов

В предложенном сценарии донор сканирует QR-код, полученный при предварительной регистрации, затем подносит ноготь к верхней камере машинного зрения для оценки гемоглобина. После этого он встаёт перед терминалом, чтобы та же камера и тепловизор получили изображения для скрининга температуры, пульса и артериального давления. Экран и динамик должны подсказывать положение и ход процедуры, а результаты — добавляться в облачную запись для проверки персоналом.

Предложенный процесс скрининга: сканирование QR-кода, съёмка ногтевого ложа, бесконтактный скрининг по лицу и передача результатов персоналу через облако.
Предложенный процесс на одном терминале: идентификация по QR-коду, оценка гемоглобина по ногтевому ложу, бесконтактный скрининг трёх показателей по лицу и передача результатов персоналу через облако.

Одно устройство для стола или напольной стойки

Мы спроектировали один и тот же терминал для размещения на столе или крепления к специальной напольной стойке. Штифтовый механизм позволяет выбрать одну из двух высот. Камера машинного зрения, тепловизор и подсветка собраны сверху, экран и динамик — спереди. Конструкция предусматривает питание от аккумулятора или кабеля.

Предложены передние детали из PC и PET, изготавливаемые литьём под давлением, задняя часть корпуса, получаемая термоформованием с механической обработкой, поликарбонатная защита экрана и стойка из стали A500. Мы проработали внутреннюю компоновку, разнесённые виды, последовательность сборки и способы производства, а также исследовали конструктивную устойчивость стойки методом конечных элементов.

Разнесённый вид терминала: передний и задний корпус, экран, верхние камеры, подсветка, динамик, плата и опорные детали.
Разнесённый вид терминала показывает взаимное расположение верхних камер, экрана, платы, передней и задней частей корпуса и компонентов, которые их закрепляют.

Результат: единая концепция скрининга и работы персонала

Итоговая концепция объединяет условия использования и требования, выбранные методы измерений, процесс с QR-кодом и облаком, настольный и напольный варианты корпуса, внутреннюю компоновку, материалы и способы производства, разнесённые виды и расчёт конструкции.

Design Studio, группа 11. Совместная работа Fabio Villano, Bhuvanesh Bari, Takafumi Horiuchi и Joeperdo El Husseini.

Итоговая презентация

  1. Титульный слайд терминала для скрининга перед сдачей крови: настольная визуализация, название проекта и имена участников команды.
  2. Задание и четыре ожидаемых преимущества: гигиена, снижение стресса, скорость и физическая дистанция.
  3. Предполагаемые пользователи и места: доноры от 16 лет в Северной Америке, медперсонал, донорские центры, выездные площадки и автобусы для сдачи крови.
  4. Концепция напольного терминала и главные элементы: экран, верхние камеры и вспомогательная подсветка.
  5. Предложение использовать iPPG лица для оценки пульса и артериального давления: расстояние, освещённость, время измерения и проектные допущения.
  6. Камера, подсветка и компоненты обработки изображений, предложенные для измерений iPPG.
  7. Предложение использовать термографию для считывания температуры поверхности лица: расстояние, скорость измерения и проектные допущения.
  8. Тепловизор и вспомогательные компоненты, предложенные для измерения температуры.
  9. Предложение оценивать гемоглобин по изображениям ногтевого ложа с помощью машинного обучения: освещённость, время измерения и проектные допущения.
  10. Предложенная система оценки гемоглобина использует ту же верхнюю камеру машинного зрения, что и оценка пульса и давления.
  11. Закруглённый корпус, спроектированный для устойчивости, лёгкой очистки и переноски.
  12. Сравнение настольной и напольной конфигураций одного терминала.
  13. Штифтовый механизм для выбора одной из двух высот напольной стойки.
  14. Предложенный процесс: сканирование QR-кода, съёмка ногтевого ложа, бесконтактный скрининг по лицу и передача результатов персоналу.
  15. Материалы передней и задней частей корпуса, экрана и стойки; предложены литьё под давлением, термоформование и механическая обработка.
  16. Разнесённый вид полного терминала с напольной стойкой: корпус, экран, внутренние компоненты, колонна и основание.
  17. Разнесённый вид терминала: передняя и задняя части корпуса, экран, верхние камеры, подсветка, динамик, плата и опорные детали.
  18. Передняя сборка терминала и опорные компоненты, закрепляющие каждую деталь.
  19. Форма, основные размеры и производственные детали передней части корпуса терминала.
  21. Форма, основные размеры и производственные детали задней части корпуса терминала.
  22. Конечно-элементный анализ напольной стойки под нагрузкой: распределения деформаций и напряжений показаны цветом.
  23. Заключительный слайд с Thank you — «Спасибо» — на сером фоне.
Слайды итоговой презентации на английском языке.