Produttore di piccoli motori si avvale di Simcenter Testlab e Simcenter SCADAS per raggiungere gli obiettivi di prodotto già nelle prime fasi del ciclo di sviluppo

Alla ricerca del miglioramento continuo

Oggi, i motori sono utilizzati ogni giorno per una vasta gamma di attività. Dalla costruzione di un edificio, alla fornitura di energia a una clinica durante un blackout, all'irrigazione delle risaie o semplicemente al rendere più rigoglioso il prato davanti casa, i motori sono al centro di tutto.

Briggs & Stratton è un produttore americano di piccoli motori a combustione interna con sede a Milwaukee, Wisconsin. I motori dell'azienda sono venduti in oltre 100 paesi in tutto il mondo. I motori Briggs & Stratton sono usati principalmente per tosaerba, trattori da giardino, idropulitrici, pompe d'acqua, generatori nonché per una varietà di applicazioni commerciali, come aeratori e betoniere.

Per mantenere competitiva l'azienda, il reparto di ingegneria è continuamente impegnato a migliorare i modelli esistenti e a sviluppare nuove linee di motori per espandere la quota di mercato ed entrare in nuovi mercati. In Briggs & Stratton, il laboratorio per lo studio di rumore, vibrazioni e ruvidità (NVH, Noise, Vibration and Harshness) ha la responsabilità di garantire che i livelli di emissioni acustiche e vibrazioni siano i migliori della categoria e che la durabilità dei prodotti superi le aspettative.

Raggiungere gli obiettivi già nelle prime fasi di sviluppo prodotto

Il sistema di acquisizione dati hardware Simcenter™ SCADAS e il software Simcenter Testlab™ svolgono un ruolo fondamentale nel lavoro del laboratorio NVH, fornendo agli ingegneri e ai tecnici un processo che permette loro di raggiungere gli obiettivi di prodotto già nelle prime fasi del ciclo di sviluppo. Il laboratorio NVH è composto da un ristretto gruppo di ingegneri esperti del settore. Il laboratorio dei test dispone attualmente di quattro sistemi Simcenter SCADAS. Due di essi sono utilizzati per l'acquisizione in camere acustiche semianecoiche e gli altri due sono dedicati a misurazioni portatili in condizioni di laboratorio e sul campo.

Viene misurata la pressione acustica del motore, mentre la potenza e la qualità del rumore sono calcolate con Simcenter SCADAS, che si trova nella sala di controllo. Simcenter Testlab è usato per monitorare i dati e i processi dal vivo durante la registrazione, risparmiando il tempo di test e di post-processing durante l'analisi. I modelli di test di Simcenter vengono creati sia per le misurazioni delle emissioni acustiche sia delle vibrazioni e sono ora più facilmente documentabili. Questo migliora le capacità dei test e garantisce procedure comuni per tutti i dipendenti del laboratorio NVH.

Brett Birschbach, Senior Engineering Manager (NVH and Durability), commenta: “Ho perso il conto ormai delle volte in cui i nostri ingegneri mi hanno detto: questo software è davvero facile da usare! È molto più intuitivo di quello che avevamo prima perché è semplicemente più flessibile.”

“Con Simcenter Testlab, i dati sono organizzati secondo una struttura ad albero, ed è possibile trascinarli e rilasciarli per visualizzarli e confrontarli facilmente con i vecchi progetti”, afferma Brett Weed, Test Engineer (NVH and Durability).

Adeguare la progettazione agli standard di qualità

Quando si lavora con i motori, il livello di emissioni acustiche è una preoccupazione primaria. In Europa, ad esempio, ci sono diversi standard di certificazione per le vibrazioni e la potenza acustica basata sulla pressione. L'analisi spettrale, la potenza acustica e le metriche di qualità sono considerate fin dall'inizio. Gli ingegneri del laboratorio NVH esaminano le fonti di rumore nei loro prodotti e adeguano la progettazione per soddisfare gli standard di qualità.

Presso le strutture di collaudo della Briggs & Stratton, la maggior parte dei prodotti viene testata sul cemento, tuttavia, viene utilizzata anche l'erba artificiale per testare i tosaerba. I test vengono eseguiti anche su piattaforme di carico, orizzontali o verticali, con diverse velocità e carichi, per simulare le condizioni di carico nelle applicazioni, così come per misurare il rumore che verrà udito dal cliente. Il team NVH svolge dei test di valutazione per determinare quali suoni sono più graditi ai clienti.

Questi tipi di misurazioni del rumore permettono anche di eseguire l'etichettatura del rumore secondo le direttive del mercato. Il team NVH si affida a misurazioni accurate per certificare la qualità dei prodotti. "Vogliamo essere i migliori della categoria per quanto riguarda il rumore e le vibrazioni e per questo ci affidiamo alle soluzioni Simcenter," dichiara Birschbach.

Correlazione di rumore e vibrazione

Anche le vibrazioni del motore vengono registrate utilizzando Simcenter per identificare le fonti di rumore legate ad esse. La vibrazione del motore viene misurata su un banco di prova isolato per lo sviluppo e la verifica del motore, utilizzando il sistema di acquisizione dati di Simcenter SCADAS. Simcenter Testlab facilita la correlazione di rumore e vibrazioni del dispositivo e l'analisi dei dati per migliorarli.

“Uso Simcenter in tutti i miei test; dall'inizio della misurazione al processing finale”, commenta Weed.

Le vibrazioni e la deformazione sono misurate anche su applicazioni sottoposte a un tipico utilizzo sul campo. Sia le vibrazioni sia le deformazioni sono misurate con gli strumenti di Simcenter e le registrazioni sono applicate ai test accelerati del motore e del prodotto finito. L'hardware Simcenter SCADAS XS è un sistema di acquisizione portatile adatto a questi tipi di misurazioni. Ad esempio, è importante misurare la vibrazione del manubrio di un tosaerba causata dal motore per la sicurezza e il comfort, assicurandosi che soddisfi le linee guida come la norma sull'esposizione a vibrazioni meccaniche trasmesse al corpo intero dell'International Organization of Standardization (ISO) 2631.

Garanzia di durabilità

La stessa apparecchiatura viene utilizzata per i test di durabilità. I dati acquisiti con il sistema possono essere facilmente convertiti per impiegarli in test accelerati, utilizzando un dispositivo di vibrazione o un sistema di test idraulico. Il laboratorio NVH utilizza estensimetri e lo spettro dei danni da fatica per i propri test accelerati. I test modali vengono eseguiti utilizzando martelli strumentati o shaker su motori e prodotti nel laboratorio NVH con le soluzioni di test Simcenter. La configurazione modale del martello e dello shaker in Simcenter Testlab è facile da usare e offre una presentazione accurata e ripetibile dei risultati.

Gli strumenti di processing offerti da Simcenter forniscono agli ingegneri la capacità di valutare le risposte alle vibrazioni del motore, per determinare il bilanciamento ottimale e identificare le aree di miglioramento a livello di componente, garantendo la durabilità del prodotto.

Il motore orizzontale 200 Vanguard (VG) di Briggs & Stratton è uno dei risultati di questo tipo di lavoro. Il 200VG è commercializzato sul mercato e richiede standard elevati di affidabilità, facilità d'uso e comfort dell'operatore.

Il vantaggio della flessibilità

Per gli ingegneri di Briggs & Stratton, che si occupano di test NVH e di ricerca e sviluppo, il passaggio a una strategia di licenze basate su token si è rivelato alquanto vantaggioso. I token Simcenter Testlab sono un meccanismo di licenza flessibile che fornisce agli utenti l'accesso a un'ampia libreria di moduli software per svolgere test e analisi dei dati. A differenza delle licenze fisse, in cui è possibile utilizzare solo le specifiche licenze acquistate, l'opzione di licenza token di Simcenter Testlab consente agli utenti di eseguire qualsiasi combinazione di moduli software abilitati con token.

Ogni problema è diverso e richiede strumenti diversi, ma con il sistema dei token, tutti gli strumenti sono a portata di mano.

"Una delle cose che apprezziamo di Simcenter Testlab è la licenza basata su token," rivela Birschbach. "Apre un intero mondo di possibilità. Ci dà la libertà di eseguire analisi diverse quando ne abbiamo bisogno. Se vogliamo eseguire l'analisi modale un giorno e la previsione della durata di vita il giorno successivo, per poi passare all'analisi della qualità del rumore, possiamo farlo! Non sono costretto ad acquistare diversi software individuali. Questa flessibilità si è rivelata estremamente vantaggiosa, dato che siamo un gruppo NVH relativamente piccolo".

Il sistema dei token consente agli ingegneri di testare le innovazioni man mano che si presentano, favorendo la scoperta di nuove tecniche.

L'assistenza di Siemens ha anche facilitato i test per gli ingegneri del laboratorio NVH di Briggs & Stratton. Come osserva Birschbach, "l'assistenza è fondamentale per un'azienda come la nostra, e la nostra esperienza con Siemens è stata eccezionale. Il livello di assistenza che si ottiene è notevole. Non solo si ottiene un'assistenza immediata durante la chiamata, ma se il problema non può essere risolto subito si può star certi che lo sarà al più presto. E questo non vale solo in caso di problemi: se abbiamo delle domande, possiamo sempre chiamare e chiedere consiglio a degli esperti, il che ci è stato molto utile".

Il laboratorio NVH di Briggs & Stratton prevede di estendere le sue capacità in futuro, implementando nuove funzionalità offerte dal portfolio Simcenter nei propri test per ottenere una potenza costante senza il rumore.