Un fabricant d'appareils électroménagers optimise les essais acoustiques et vibratoires de ses produits grâce à Simcenter Testlab

Les lave-linge, lave-vaisselle et réfrigérateurs sont censés remplir leurs fonctions inhérentes en silence et sans attirer l'attention. Les vêtements propres, la vaisselle impeccable et les aliments froids étant les principales préoccupations des consommateurs lorsqu'ils choisissent un appareil électroménager, le consommateur moyen n'a aucune idée de la concurrence que se livrent les principaux fabricants d'appareils électroménagers pour atteindre des niveaux de bruit et de vibration optimaux. Le fabricant d'électronique et de semi-conducteurs BSH Home Appliances optimise les essais acoustiques et vibratoires de ses produits grâce à Simcenter Testlab. "L'importance de ce paramètre augmente chaque année", déclare Otto Petraška, responsable du département Vibrations et Acoustique chez BSH. "Il s'agit même d'un critère qui peut arrêter la production en série de certains produits."

Le département Vibrations et Acoustique de BSH, situé à Košice en Slovaquie, est responsable des performances acoustiques et vibratoires des moteurs électriques produits par BSH Drives and Pumps à Michalovce, en Slovaquie.

Créé en 2004, le département Vibrations et Acoustique fournit des services d'optimisation du bruit et des vibrations des appareils électroménagers fabriqués par BSH sous les marques principales Bosch et Siemens. Composé de 16 experts internes, il est au service de 8 autres divisions de Robert Bosch et participe à l'optimisation des paramètres de bruit et de vibration pour tous les produits, des outils de jardinage aux moteurs de voitures électriques.

Qualité sonore des appareils ménagers

Le département Vibrations et Acoustique utilise divers outils psychoacoustiques pour s'assurer que les lave-linge et lave-vaisselle haut de gamme répondent aux attentes des clients. Le laboratoire de BSH à Košice dédié à la qualité du son utilise des outils et des techniques de pointe pour étudier les enregistrements sonores. Il mesure la qualité sonore des appareils ménagers en utilisant des têtes binaurales dans une chambre anéchoïque de haute qualité afin de garantir une représentation et une analyse précises du son.

"Nous effectuons des tests avec des groupes de personnes à qui nous faisons écouter des échantillons sonores", explique Otto Petraška. "À partir de leur évaluation, nous fixons l'objectif acoustique pour répondre aux attentes des clients. En même temps, nous voulons nous assurer que le son est puissant et qu'il a une certaine force sans être envahissant."

Rastislav Andrejco, spécialiste de l'acoustique et des vibrations senior chez BSH, ajoute : "Les clients attendent d'une machine à laver qu'elle émette un bruit d'eau qui coule, d'une hotte aspirante un bruit de vent et d'une cafetière un bruit de gouttes de café qui s'écoulent."

L'ingénierie du son dans les premières phases du développement d'un produit

Chaque composant d'un produit peut en influencer le son global. Au fur et à mesure du développement des produits, des changements et des adaptations sont nécessaires pour assurer la réussite de l'ingénierie sonore. "Plus tôt nous sommes impliqués dans le processus de développement, mieux nous pouvons éliminer les bugs précoces du produit qui peuvent engendrer des problèmes de bruit en fin de processus", explique Otto Petraška. "Bien sûr, c'est également plus rentable que de s'occuper d'un problème à la dernière minute."

Avec la collaboration du département de développement de BSH Drives à Michalovce, cette approche est adoptée pour les 14 millions de moteurs électriques produits annuellement pour tous les appareils fabriqués par BSH sous les marques principales Bosch et Siemens. L'équipe de Michalovce est responsable de la conception des moteurs électriques, tandis que le groupe de recherche de Košice est responsable des paramètres acoustiques et vibratoires.

La chambre semi-anéchoïque entièrement équipée permet une conception sonore plus détaillée.

Deux équipes, un jumeau numérique

Les chercheurs en acoustique de Košice participent aux premières étapes du processus de développement du moteur. L'équipe de développement de Michalovce conçoit un moteur composé d'un rotor électromagnétique et d'un stator (modèle 1D), créant ainsi un jumeau numérique. Ce modèle virtuel permet de simuler son activité et sa charge et de vérifier tous les résultats, qu'ils soient physiques ou opérationnels.

Parallèlement, le modèle de simulation permet à l'équipe de développement d'affiner les paramètres de conception du son et des vibrations avant la fabrication d'un prototype. À l'aide de Simcenter™ 3D, l'ingénieur crée des modèles de simulation. Cela permet d'effectuer des analyses vibratoires et acoustiques tout au long du cycle de développement. Les ingénieurs évaluent les caractéristiques vibro-acoustiques du moteur et identifient la source du bruit et des vibrations d'un composant individuel. Si nécessaire, ils recommandent des améliorations de la conception pour améliorer les performances du moteur en matière de bruit et de vibrations sans nuire à la fonctionnalité du produit et au coût de production. L'effet de l'optimisation de la conception est vérifié à l'aide de la solution Simcenter Testlab™ de Siemens Digital Industries Software.

"Grâce à Simcenter Testlab, nous pouvons intervenir à chaque étape de la chaîne de simulation et déterminer comment les modifications seront appliquées à la conception de base", explique Otto Petraška. "Par exemple, en ce qui concerne la structure du moteur, lorsque certaines de ses pièces produisent des bruits, nous pouvons y remédier techniquement. Mais si le problème provient de la conception électromagnétique elle-même, nous retournons au département de développement des moteurs et optimisons la conception de base. Nous effectuons un certain nombre de boucles de ce type lors du développement d'un nouveau moteur."

La synergie entre les essais physiques et la simulation

Le département Vibrations et Acoustique de BSH a commencé à utiliser des outils numériques en 2008, en déployant des logiciels de simulation et de test issus de la gamme Simcenter de Siemens Digital Industries Software pour une compatibilité totale des données.

"Simcenter nous permet de corréler fortement les simulations avec des tests expérimentaux très importants car, sans eux, les simulations ne seraient que de belles images colorées," déclare Otto Petraška.

BSH utilise Simcenter Testlab en combinaison avec les simulations Simcenter 3D. "Nous avons perçu les avantages liés à l'utilisation de ces produits interconnectés et nous exploitons les synergies qu'ils offrent", explique Ján Ondrejčák, ingénieur de développement senior chez BSH. "Nous avons remarqué l'efficacité et la convivialité de toutes les solutions Simcenter en matière de bruit et de vibrations."

Par le biais de tests expérimentaux, l'équipe vérifie si les paramètres de simulation sont correctement réglés et si les résultats sont fiables. Elle utilise également des tests pour déboguer toutes les variantes et ajustements possibles. "Si la simulation donne un résultat optimal, le produit est fabriqué sous forme de prototype réel", explique Otto Petraška. "Nous ne pouvons construire un prototype physique que lorsque nous sommes sûrs d'avoir obtenu le meilleur résultat possible."

Avec la digitalisation, les temps de développement ne cessent de se réduire. Ce qui prenait auparavant des semaines peut désormais être réalisé en quelques jours, et certaines simulations fastidieuses ont été ramenées de quelques jours à quelques heures seulement. Au fur et à mesure que les modèles de simulation deviennent plus avancés, les ingénieurs en simulation seront en mesure d'anticiper le comportement à long terme d'un produit.

"Nous voulons assurer au client que notre produit conservera, après des années de fonctionnement, les mêmes performances sonores et vibratoires que le jour où il l'a acheté", explique Otto Petraška. "Cela renforce la confiance dans notre marque et nous espérons convaincre les clients d'acheter notre prochaine génération d'appareils."