Un produttore di elettrodomestici ottimizza i test acustici e sulle vibrazioni dei prodotti con Simcenter Testlab

Ci si aspetta che lavatrici, lavastoviglie e frigoriferi svolgano le loro funzioni intrinseche in modo silenzioso e senza attirare l'attenzione. Se vestiti puliti, piatti immacolati e cibi freddi sono le principali preoccupazioni del cliente quando sceglie un elettrodomestico, il consumatore medio non ha idea della competizione tra i principali produttori di elettrodomestici per raggiungere livelli ottimali di rumore e vibrazioni. Il produttore di elettrodomestici BSH ottimizza i test acustici e di vibrazione dei prodotti con Simcenter Testlab "L'importanza di questo parametro aumenta di anno in anno", afferma Otto Petraška, Head of Vibrations and Acoustics di BSH. "È anche un criterio che può fermare la produzione in serie di alcuni prodotti".

Il dipartimento Vibrazioni e Acustica di BSH a Košice, in Slovacchia, è responsabile delle prestazioni acustiche e di vibrazione dei motori elettrici prodotti da BSH Drives and Pumps a Michalovce, in Slovacchia.

Costituito nel 2004, il dipartimento di Vibrazioni e Acustica fornisce servizi di ottimizzazione del rumore e delle vibrazioni degli elettrodomestici prodotti da BSH con i principali marchi Bosch e Siemens. Con 16 esperti interni, servono altre otto divisioni di Robert Bosch e sono coinvolti nell'ottimizzazione dei parametri di rumore e vibrazioni per tutti i prodotti, dagli attrezzi da giardino ai motori delle auto elettriche.

Qualità acustica degli elettrodomestici

Il reparto Vibrazioni e Acustica utilizza una varietà di strumenti psicoacustici per garantire che le lavatrici e le lavastoviglie di alta qualità soddisfino le aspettative dei clienti. Il laboratorio BSH di Košice per la qualità acustica si avvale di strumenti e tecniche all'avanguardia per la ricerca sulle registrazioni sonore. Misurano la qualità del suono degli elettrodomestici utilizzando testine binaurali in una camera anecoica di alta qualità per garantire una rappresentazione e un'analisi accurate del suono.

"Stiamo conducendo dei test con gruppi di persone per le quali stiamo riproducendo campioni sonori", afferma Otto Petraška. "Sulla base della loro valutazione, abbiamo fissato l'obiettivo acustico per soddisfare le aspettative dei clienti. Allo stesso tempo, vogliamo essere sicuri che il suono sia potente e abbia una certa forza senza essere invadente".

Rastislav Andrejco, Senior Center Specialist for Acoustics and Vibrations di BSH, aggiunge: "I clienti si aspettano che una lavatrice suoni come uno spruzzo d’acqua, una cappa aspirante come il vento e una caffettiera come le gocce di caffè".

Ingegneria del suono nella fase iniziale dello sviluppo prodotto

Ogni componente di un prodotto può influenzarne il suono complessivo. Man mano che i prodotti vengono sviluppati sono necessarie modifiche e adattamenti per un'ingegneria acustica di successo. "Prima siamo coinvolti nel processo di sviluppo, meglio possiamo eliminare i bug iniziali del prodotto che possono causare problemi di rumore alla fine del processo", afferma Otto Petraška. "Naturalmente, è anche più conveniente che affrontare qualcosa all'ultimo minuto".

Con la collaborazione del reparto BSH Drives Development di Michalovce, questo approccio viene adottato per i 14 milioni di motori elettrici prodotti annualmente per tutti gli apparecchi prodotti da BSH con i principali marchi Bosch e Siemens. Il team di Michalovce è responsabile della progettazione dei motori elettrici, mentre il gruppo di ricerca di Košice è responsabile dei parametri acustici e vibrazionali.

La camera semianecoica completamente attrezzata consente un'ulteriore progettazione del suono.

Due team, un unico digital twin

I ricercatori di acustica di Košice sono coinvolti nelle prime fasi del processo di sviluppo del motore. Il team di sviluppo di Michalovce progetta un motore composto da un rotore elettromagnetico e da uno statore (modello 1D), creando un digital twin. Questo modello virtuale permette di simularne l'attività e di caricare e verificare tutti gli output, da quelli fisici a quelli operativi.

Allo stesso tempo, il modello di simulazione consente al team di sviluppo di mettere a punto i parametri di progettazione del suono e delle vibrazioni prima di produrre un prototipo. Utilizzando Simcenter™ 3D, l'ingegnere crea modelli di simulazione. Ciò consente loro di eseguire analisi vibrazionali e acustiche per l’intero ciclo di sviluppo. Valutano le caratteristiche vibro-acustiche del motore e identificano la sorgente del rumore e delle vibrazioni di un singolo componente. Se necessario, raccomandano miglioramenti progettuali per le prestazioni del motore in termini di rumore e vibrazioni, senza influire negativamente sulla funzionalità del prodotto e sui costi di produzione. L'effetto dell'ottimizzazione del progetto viene verificato utilizzando la soluzione Simcenter Testlab™ di Siemens Digital Industries Software.

“Grazie a Simcenter Testlab, possiamo intervenire in qualsiasi fase della catena di simulazione e scoprire in che modo le modifiche influiranno sul progetto di base”, afferma Otto Petraška. "Ad esempio, per quanto riguarda la struttura del motore, quando alcune delle sue parti creano il suono, possiamo avere un rimedio tecnico. Ma se il problema nasce dalla progettazione elettromagnetica stessa, torniamo al reparto Sviluppo Azionamenti e ottimizziamo la progettazione di base. Sperimentiamo una serie di cicli di questo tipo nello sviluppo di un nuovo motore".

La sinergia tra test fisici e simulazione

Il reparto Vibrazioni e Acustica di BSH ha iniziato a utilizzare strumenti digitali nel 2008, implementando il software di simulazione e test del portafolio Simcenter di Siemens Digital Industries Software per la piena compatibilità dei dati.

“Simcenter permette a BSH di correlare rigorosamente le simulazioni con i test sperimentali, che sono molto importanti perché, senza di essi, le simulazioni sarebbero semplicemente delle belle immagini colorate”, afferma Otto Petraška.

BSH utilizza Simcenter Testlab in combinazione con le simulazioni Simcenter 3D. "Abbiamo percepito i vantaggi dell'utilizzo di questi prodotti interconnessi e sfruttiamo le sinergie da essi offerte", afferma Ján Ondrejčák, Senior Development Engineer, BSH. "Notiamo l'efficacia e la facilità d'uso di tutte le soluzioni Simcenter per il rumore e le vibrazioni."

Attraverso i test sperimentali, il team verifica se i parametri di simulazione sono impostati correttamente e se i risultati sono affidabili. Usano anche i test per eseguire il debug di tutte le possibili varianti e regolazioni. "Se la simulazione mostra un risultato ottimale, il prodotto viene trasformato in un vero prototipo", afferma Otto Petraška. "Possiamo costruire un prototipo fisico solo quando siamo sicuri di aver ottenuto il miglior risultato possibile".

Con la digitalizzazione, i tempi di sviluppo si riducono continuamente. Ciò che prima richiedeva settimane ora può essere completato in pochi giorni, e alcune simulazioni dispendiose in termini di tempo sono state ridotte da giorni a poche ore. Man mano che i modelli di simulazione diventano più avanzati, gli ingegneri di simulazione saranno in grado di anticipare il comportamento a lungo termine di un prodotto.

"Vogliamo assicurare ai clienti che il nostro prodotto, dopo anni di funzionamento, manterrà le stesse prestazioni acustiche e vibrazionali del giorno in cui è stato acquistato", afferma Otto Petraška. "Questo crea fiducia nel nostro marchio e speriamo di convincerli ad acquistare la nostra prossima generazione di elettrodomestici".