Producent małych silników używa oprogramowania Simcenter Testlab i Simcenter SCADAS do osiągnięcia celów na wczesnym etapie cyklu rozwoju

Stałe poszukiwanie usprawnień

Każdego dnia silniki są wykorzystywane do najróżniejszych zadań. Od prac budowlanych, przez dostarczanie zasilania w klinice w czasie awarii, nawadnianie pól ryżowych czy też pielęgnowanie trawnika — wszystkie te prace są wykonywane z wykorzystaniem silników.

Firma Briggs & Stratton jest amerykańskim producentem małych silników spalinowych z siedzibą w Milwaukee w stanie Wisconsin. Produkowane przez nią silniki są sprzedawane w ponad 100 krajach na całym świecie. Silniki firmy Briggs & Stratton są najczęściej używane w kosiarkach do trawników, kosiarkach samojezdnych, myjkach ciśnieniowych, pompach wodnych, generatorach oraz w wielu innych zastosowaniach komercyjnych, takich jak napowietrzacze i zacieraczki do betonu.

Aby utrzymać wiodącą pozycję firmy, dział inżynieryjny stale ulepsza modele silników i opracowuje ich nowe linie z myślą o wzmocnieniu obecności na dotychczasowych rynkach i podbiciu nowych. Laboratorium NVH, badające parametry hałasu, wibracji i uciążliwości działania, jest odpowiedzialne za zapewnienie najlepszego w swojej klasie poziomu hałasu i wibracji oraz trwałości przekraczającej oczekiwania klientów.

Osiąganie celów na wczesnym etapie rozwoju produktu

Sprzętowy system akwizycji danych Simcenter™ SCADAS i oprogramowanie Simcenter Testlab™ odgrywają integralną rolę w pracy laboratorium NVH, zapewniając inżynierom i technikom dostęp do procesu, który umożliwia im osiągnięcie wyznaczonych celów na wczesnym etapie cyklu rozwoju produktu. Laboratorium NVH to niewielki zespół inżynierów będących ekspertami w dziedzinie NVH i trwałości. Laboratorium badawcze dysponuje obecnie czterema systemami Simcenter SCADAS. Dwa z nich służą do akwizycji danych w komorach akustycznych, a dwa pozostałe do wykonywania pomiarów mobilnych w warunkach laboratoryjnych i terenowych.

Pomiary obejmują ciśnienie akustyczne silnika, zaś moc akustyczna i jakość dźwięku są obliczane za pomocą systemu Simcenter SCADAS znajdującego się w pomieszczeniu kontrolnym. Oprogramowanie Simcenter Testlab jest używane do monitorowania danych i procesów na żywo podczas nagrywania, pozwalając tym samym zaoszczędzić czas poświęcany na testowanie i przetwarzanie końcowe podczas analizy. Szablony testów Simcenter są tworzone zarówno dla pomiarów dźwięku, jak i wibracji, a ich dokumentowanie jest obecnie łatwiejsze. Zwiększa to możliwości testowania i udostępnia wspólne procedury używane przez wszystkich pracowników laboratorium NVH.

Brett Birschbach, starszy kierownik ds. inżynierii, zajmujący się badaniami kwestii NVH i trwałości, mówi: „Nie jestem w stanie zliczyć, ile razy zdarzyło mi się usłyszeć od inżyniera »To oprogramowanie jest naprawdę łatwe w obsłudze!«. Jego obsługa jest o wiele łatwiejsza niż wcześniejszych rozwiązań, ponieważ jest po prostu bardziej elastyczne”.

„Podczas pracy w oprogramowaniu Simcenter Testlab dane są dostępne w drzewie: wystarczy je przeciągnąć i upuścić, aby uzyskać ich wizualizację w celu łatwego porównania ze starszymi projektami”, mówi Brett Weed, inżynier ds. badań kwestii NVH i trwałości.

Dopasowanie projektu do standardów jakości

Podczas pracy z silnikami poziom hałasu jest sprawą pierwszorzędnej wagi. Na przykład w Europie istnieje wiele norm certyfikacyjnych dotyczących wibracji i mocy akustycznej wyznaczanej metodą ciśnieniową. Analiza widmowa, moc akustyczna i miary jakości są uwzględniane od samego początku procesu rozwoju produktu. Inżynierowie z laboratorium NVH przyglądają się źródłom hałasu w produktach i dostosowują ich konstrukcję do standardów jakości.

W ośrodkach testowych firmy Briggs & Stratton większość produktów jest testowana na betonie, jednak do testowania kosiarek używa się również sztucznej trawy. Testy przeprowadza się także na stanowiskach obciążeniowych — poziomych lub pionowych, z różnymi prędkościami i obciążeniami — w celu naśladowania warunków rzeczywistych zastosowań, a także w celu mierzenia dźwięku słyszanego przez klienta. Zespół NVH przeprowadza testy grupowe, aby ustalić, które dźwięki są przyjemniejsze dla użytkowników.

Tego typu pomiary hałasu pozwalają również na wykonywanie oznaczeń hałasu zgodnie z dyrektywami rynkowymi. Zespół laboratorium NVH potwierdza jakość produktów na podstawie dokładnych pomiarów. „Chcemy być najlepsi w swojej klasie pod względem hałasu i wibracji, dlatego używamy rozwiązań Simcenter”, mówi Birschbach.

Korelacja między dźwiękiem i wibracjami

Wibracje silnika i drgania eksploatacyjne są również rejestrowane za pomocą programu Simcenter, aby ułatwić identyfikację źródeł hałasu powodujących wibracje. Wibracje silnika są mierzone na izolowanym stanowisku testowym pod kątem rozwoju i kontroli silnika przy użyciu systemu akwizycji danych Simcenter SCADAS. Oprogramowanie Simcenter Testlab ułatwia określenie korelacji między dźwiękami w eksploatacji i wibracjami oraz analizowanie danych w celu poprawienia tych parametrów.

„Używam oprogramowania Simcenter we wszystkich swoich testach: od rozpoczęcia pomiarów do przetwarzania końcowego”, mówi Weed.

Wibracje i odkształcenia mierzy się również w odniesieniu do typowej eksploatacji u klienta. Zarówno wibracje, jak i odkształcenia są mierzone za pomocą narzędzi Simcenter, a zarejestrowane pomiary są używane do przyspieszonych testów silnika i gotowego produktu. Sprzęt Simcenter SCADAS XS jest przenośnym systemem akwizycji danych dostosowanym do specyfiki takich pomiarów. Na przykład pomiary wibracji kierownicy kosiarki wywoływane przez silnik są istotne dla zapewnienia bezpieczeństwa i komfortu eksploatacji oraz spełnienia wytycznych zawartych w normie ISO 2631 dotyczącej drgań oddziałujących na organizm człowieka.

Zapewnienie trwałości

Ten sam sprzęt jest używany do testów wytrzymałościowych. Dane uzyskane za pomocą systemu można łatwo przekonwertować do wykorzystania w przyspieszonych testach z użyciem wstrząsarki lub hydraulicznego systemu testowego. Laboratorium NVH wykorzystuje tensometry i spektrum uszkodzeń zmęczeniowych w przyspieszonych testach. Laboratorium wykonuje testy modalne silników i innych produktów przy użyciu wstrząsarki lub młotka modalnego oraz rozwiązań testowych Simcenter. Konfiguracja modalna młotka i wstrząsarki w programie Simcenter Testlab jest łatwa w obsłudze i zapewnia dokładną i powtarzalną prezentację wyników.

Narzędzia do przetwarzania oferowane przez system Simcenter zapewniają inżynierom możliwość oceny odpowiedzi wibracji silnika w celu określenia optymalnej równowagi oraz zidentyfikowania obszarów wymagających poprawy na poziomie komponentów, pozwalając tym samym zapewnić większą trwałość produktu.

Przykładem tego jest silnik poziomy 200 Vanguard (VG) firmy Briggs & Stratton. Silnik 200VG jest sprzedawany na rynku komercyjnym i wymaga przestrzegania surowych norm w zakresie niezawodności, łatwości obsługi i komfortu operatora.

Przewaga w postaci elastyczności

Dla inżynierów zajmujących się testami NVH oraz badaniami i rozwojem (R&D) w firmie Briggs & Stratton przejście na strategię licencjonowania opartą na tokenach okazało się całkiem korzystne. Tokeny Simcenter Testlab są elastycznym mechanizmem licencjonowania, zapewniającym użytkownikom dostęp do dużej biblioteki modułów oprogramowania na potrzeby prowadzenia testów i analiz danych. W przeciwieństwie do modelu stałych licencji, który przewiduje wykorzystywanie wyłącznie zakupionych stanowisk, opcja licencjonowania oprogramowania Simcenter Testlab na podstawie tokenów pozwala użytkownikom na uruchomienie dowolnej kombinacji modułów oprogramowania obsługiwanych przez token.

Każdy problem jest inny i wymaga użycia innych narzędzi — dzięki systemowi tokenów wszystkie są dostępne na wyciągnięcie ręki.

„Jednym z aspektów oprogramowania Simcenter Testlab, który nam się podoba, jest system licencji opartych na tokenach”, mówi Birschbach. „Otwiera to przed nami zupełnie nowe perspektywy, zapewniając swobodę przeprowadzania różnych analiz w razie potrzeby. Jeśli jednego dnia chcemy wykonać analizę modalną, zaś następnego prognozę trwałości, a następnie analizę jakości dźwięku, możemy to zrobić! Nie muszę przy tym kupować poszczególnych programów. Ta elastyczność jest dla nas niesamowita, ponieważ jesteśmy stosunkowo małym laboratorium NVH”.

System tokenów pozwala inżynierom testować innowacje w miarę ich powstawania, umożliwiając im odkrywanie nowych technik.

Wsparcie firmy Siemens ułatwiło również inżynierom w firmie Briggs & Stratton przeprowadzanie testów w laboratorium NVH. Jak komentuje Birschbach, „pomoc techniczna ma kluczowe znaczenie dla firmy takiej jak nasza, zaś nasze doświadczenia w zakresie pomocy zapewnianej przez firmę Siemens były wyjątkowe. Poziom oferowanej pomocy technicznej jest niezwykły. Nie dość, że pomoc techniczna jest dostępna niezwłocznie na wezwanie, lecz także jeśli problem nie może być usunięty od ręki, mamy gwarancję, że zostanie rozwiązany jak najszybciej. Dotyczy to nie tylko problemów: w razie jakichkolwiek pytań możemy zawsze zadzwonić i otrzymamy pomocne porady”.

Laboratorium NVH firmy Briggs & Stratton planuje rozszerzyć w przyszłości swój zakres działania, wprowadzając nowe funkcje testowania oferowane przez portfolio Simcenter z myślą o zapewnieniu niezawodnej mocy bez zbędnego hałasu.