Výrobce domácích spotřebičů optimalizuje akustické a vibrační testování výrobků pomocí řešení Simcenter Testlab

Od praček, myček nádobí a chladniček se očekává, že budou plnit své přirozené funkce tiše a bez upoutávání pozornosti. Vzhledem k tomu, že při výběru spotřebiče je pro zákazníka nejdůležitější čisté oblečení, nádobí bez poskvrnky a studené jídlo, nemá běžný spotřebitel ani ponětí o tom, že přední výrobci domácích spotřebičů soutěží o dosažení optimální úrovně hluku a vibrací. Výrobce domácích spotřebičů na bázi elektroniky a polovodičů BSH optimalizuje testování výrobků z hlediska akustiky a vibrací pomocí řešení Simcenter Testlab. „Význam tohoto parametru každoročně roste,“ říká Otto Petraška, vedoucí oddělení vibrací a akustiky ve společnosti BSH. „Je to dokonce kritérium, které může zastavit sériovou výrobu některých výrobků.“

Oddělení vibrací a akustiky společnosti BSH v Košicích na Slovensku je zodpovědné za akustické a vibrační vlastnosti elektromotorů vyráběných společností BSH Drives and Pumps v Michalovcích na Slovensku.

Oddělení vibrací a akustiky bylo založeno v roce 2004 a poskytuje služby v oblasti optimalizace hluku a vibrací domácích spotřebičů vyráběných společností BSH pod hlavními značkami Bosch a Siemens. Tvoří je 16 interních odborníků, kteří obsluhují osm dalších divizí společnosti Robert Bosch a podílejí se na optimalizaci parametrů hluku a vibrací u všech výrobků, od zahradního nářadí až po motory elektromobilů.

Kvalita akustiky pro domácí spotřebiče

Oddělení vibrací a akustiky používá řadu psychoakustických nástrojů, aby zajistilo, že prémiové pračky a myčky nádobí budou splňovat očekávání zákazníků. Košická laboratoř kvality akustiky BSH využívá k průzkumu nahrávek hluku nejmodernější nástroje a techniky. Kvalitu akustiky domácích spotřebičů měří pomocí binaurálních hlavic ve vysoce kvalitní zvukově izolované komoře, aby se zajistila přesná reprezentace a analýza hluku.

„Provádíme testy se skupinami lidí, kterým přehráváme vzorky hluku,“ říká Otto Petraška. „Na základě jejich hodnocení jsme stanovili akustický cíl tak, abychom splňovali očekávání zákazníků. Zároveň chceme mít jistotu, že hluk má určitou úroveň, která však není nepříjemná.“

Rastislav Andrejco, odborník oddělení vibrací a akustiky ve společnosti BSH, dodává: „Zákazníci očekávají, že pračka bude mít zvuk jako rozstřikování vody, odsavač par jako vítr a kávovar jako kapičky kávy.“

Inženýrství akustiky v rané fázi vývoje výrobku

Každá součást výrobku může ovlivnit jeho celkový hluk. Pro úspěšné inženýrství akustiky při vývoji výrobků jsou nezbytné změny a úpravy. „Čím dříve se zapojíme do procesu vývoje, tím lépe můžeme eliminovat rané chyby výrobku, které mohou na konci procesu způsobit problémy s hlukem,“ říká Otto Petraška. „Samozřejmě je to také nákladově efektivnější než řešit něco na poslední chvíli.“

Ve spolupráci s vývojovým oddělením BSH Drives v Michalovcích se tento přístup uplatňuje u 14 milionů elektromotorů, které se ročně vyrobí pro všechny spotřebiče vyráběné společností BSH pod hlavními značkami Bosch a Siemens. Tým v Michalovcích je zodpovědný za konstrukci elektromotorů, zatímco výzkumná skupina v Košicích zodpovídá za akustické a vibrační parametry.

Plně vybavená, zvukově poloizolovaná komora umožňuje další inženýrství návrhu akustiky.

Dva týmy, jedno digitální dvojče

Košičtí výzkumníci v oblasti akustiky se podílejí na počátečních fázích vývoje motoru. Vývojový tým v Michalovcích navrhuje motor složený z elektromagnetického rotoru a statoru (1D model) a vytváří digitální dvojče. Tento virtuální model umožňuje simulovat jeho činnost a zatížení a ověřovat všechny výstupy, od fyzických až po provozní.

Simulační model zároveň umožňuje vývojovému týmu před výrobou prototypu doladit parametry návrhu z hlediska akustiky a vibrací. Inženýři vytváří simulační modely pomocí řešení Simcenter™ 3D. To jim umožňuje provádět vibrační a akustické analýzy v průběhu celého vývojového cyklu. Vyhodnocují vibroakustické charakteristiky motoru a identifikují zdroj hluku a vibrací jednotlivých součástí. V případě potřeby doporučí konstrukční vylepšení hlukových a vibračních vlastností motoru, aniž by to negativně ovlivnilo funkčnost výrobku a výrobní náklady. Efekt optimalizace návrhu se ověřuje pomocí řešení Simcenter Testlab™ od společnosti Siemens Digital Industries Software.

„Díky řešení Simcenter Testlab můžeme zasáhnout v jakékoli fázi simulačního řetězce a zjistit, jak se změna projeví v základním návrhu,“ říká Otto Petraška. „Například pro konstrukci motoru, jehož některé části vytvářejí hluk, můžeme mít technické řešení. Pokud ale problém vyvstane ze samotného elektromagnetického návrhu, vrátíme se do oddělení vývoje pohonů a optimalizujeme základní návrh. Při vývoji nového motoru zažíváme řadu takových smyček.“

Synergie mezi fyzickým testováním a simulací

Oddělení vibrací a akustiky společnosti BSH začalo používat digitální nástroje v roce 2008 a nasadilo simulační a testovací software z portfolia Simcenter společnosti Siemens Digital Industries Software, který zajišťuje plnou kompatibilitu dat.

„Řešení Simcenter nám umožňuje úzce korelovat simulace s experimentálními zkouškami, které jsou velmi důležité, protože bez nich by simulace byly jen pěkné barevné obrázky,“ říká Otto Petraška.

Společnost BSH používá řešení Simcenter Testlab v kombinaci se simulacemi Simcenter 3D. „Vnímali jsme výhody používání těchto vzájemně propojených produktů a využíváme synergie, které nabízejí,“ říká Ján Ondrejčák, vedoucí vývojový inženýr v BSH. „Všímáme si efektivity a uživatelské přívětivosti všech řešení Simcenter pro hluk a vibrace.“

Prostřednictvím experimentálního testování tým ověřuje, zda jsou parametry simulace správně nastaveny a zda jsou výsledky spolehlivé. Pomocí testů také ladí všechny možné varianty a úpravy. „Pokud simulace ukáže optimální výsledek, vyrobí se reálný prototyp výrobku,“ říká Otto Petraška. „Fyzický prototyp můžeme postavit teprve tehdy, když jsme si jisti, že jsme dosáhli nejlepšího možného výsledku.“

Díky digitalizaci se doba vývoje neustále zkracuje. To, co dříve trvalo týdny, lze nyní zvládnout za několik dnů a některé časově náročné simulace se zkrátily ze dnů na pouhé hodiny. Simulační modely se neustále zdokonalují a simulační inženýři budou schopni předvídat dlouhodobé chování výrobku.

„Chceme zákazníka ujistit, že náš výrobek si i po letech provozu zachová stejné hlukové a vibrační vlastnosti jako v den, kdy jej zakoupil,“ říká Otto Petraška. „Tím budujeme důvěru v naši značku a doufáme, že zákazníky přesvědčíme, aby si koupili novou generaci našich spotřebičů.“