Producent sprzętu AGD optymalizuje testy wibroakustyczne produktów za pomocą rozwiązania Simcenter Testlab

Klienci oczekują, że ich pralki, zmywarki i lodówki będą wykonywać swoje zasadnicze zadanie cicho i bez zwracania na siebie uwagi. Ponieważ świeże ubrania, nieskazitelnie czyste naczynia i schłodzone jedzenie stanowią główny czynnik przy wyborze sprzętu, przeciętny konsument nie ma pojęcia o podejmowanych przez czołowych producentów sprzętu AGD wysiłkach ukierunkowanych na osiągnięcie optymalnych parametrów wibroakustycznych. Producent układów elektronicznych i półprzewodników do sprzętu AGD firmy BSH optymalizuje testy wibroakustyczne produktów za pomocą rozwiązania Simcenter Testlab. „Znaczenie tych parametrów wzrasta z roku na rok” – mówi Otto Petraška, kierownik działu drgań i akustyki BSH. „Jest to wręcz kryterium, na podstawie którego może zostać podjęta decyzja o wstrzymaniu seryjnej produkcji niektórych produktów”.

Dział drgań i akustyki BSH w słowackich Koszycach jest odpowiedzialny za parametry wibroakustyczne silników elektrycznych produkowanych przez zakład BSH Drives and Pumps w Michałowcach na Słowacji.

Utworzony w 2004 r. dział świadczy usługi w zakresie optymalizacji hałasu i wibracji sprzętów AGD produkowanych przez BSH pod głównymi markami Bosch i Siemens. Zatrudnia 16 ekspertów, obsługuje osiem innych oddziałów firmy Robert Bosch i zajmuje się optymalizacją parametrów wibroakustycznych wszystkich produktów, od narzędzi ogrodniczych po silniki samochodów elektrycznych.

Jakość dźwięku sprzętów gospodarstwa domowego

Dział drgań i akustyki stosuje różnorodne narzędzia psychoakustyczne, aby zapewnić, że pralki i zmywarki pod markami BSH będą spełniać oczekiwania klientów. Zlokalizowane w Koszycach laboratorium jakości dźwięku BSH wykorzystuje najnowocześniejsze narzędzia i techniki do badania nagrań dźwiękowych. Mierzy jakość dźwięku sprzętów gospodarstwa domowego za pomocą głowic binauralnych w komorze bezodbiciowej wysokiej jakości, aby zapewnić dokładne odwzorowanie i analizę dźwięku.

„Przeprowadzamy testy z udziałem grup ludzi, którym odtwarzamy próbki dźwięków” – mówi Otto Petraška. „Na podstawie ich ocen wyznaczamy cel akustyczny, aby spełnić oczekiwania klientów. Jednocześnie chcemy mieć pewność, że dźwięk ma pewną moc, ale nie jest dominujący”.

Rastislav Andrejco, starszy specjalista ds. akustyki i drgań w BSH, dodaje: „Klienci oczekują, że pralka będzie brzmieć jak szemrząca woda, okap kuchenny będzie przypominał brzmieniem wiatr, a dźwięk ekspresu do kawy będzie jak kapiące krople”.

Inżynieria dźwięku we wczesnej fazie rozwoju produktu

Każdy komponent produktu może wpływać na jego brzmienie. W trakcie procesu rozwoju konieczne jest wprowadzanie zmian i adaptacji, aby zapewnić optymalny dźwięk. „Im szybciej zaangażujemy się w proces rozwoju, tym skuteczniej możemy wyeliminować na wczesnym etapie błędy produktu, które mogą powodować problemy z hałasem na końcu procesu” – mówi Otto Petraška. „Oczywiście jest to również mniej kosztowne niż rozwiązywanie problemów na ostatnią chwilę”.

Dzięki współpracy z działem rozwoju napędów BSH w Michałowcach zastosowano to podejście w odniesieniu do procesu rozwoju 14 milionów silników elektrycznych produkowanych rocznie do wszystkich sprzętów wytwarzanych przez BSH pod głównymi markami Bosch i Siemens. Zespół w Michałowcach jest odpowiedzialny za konstrukcję silników elektrycznych, natomiast grupa badawcza w Koszycach za ich parametry wibroakustyczne.

W pełni wyposażona komora półbezodbiciowa umożliwia dodatkowe działania w zakresie inżynierii dźwięku.

Dwa zespoły, jeden cyfrowy bliźniak

Naukowcy zajmujący się w Koszycach akustyką uczestniczą w procesie rozwoju silnika od jego wczesnego etapu. Zespół inżynierów w Michałowcach projektuje silnik składający się z wirnika elektromagnetycznego i stojana (model 1D), tworząc jednocześnie jego cyfrowego bliźniaka. Ten wirtualny model oferuje możliwość symulowania pracy silnika wraz z obciążeniami oraz zweryfikowania jego wyników, od fizycznych po operacyjne.

Jednocześnie model symulacji umożliwia zespołowi inżynierów precyzyjne dostrojenie parametrów wibroakustycznych projektu przed wyprodukowaniem prototypu. Inżynier tworzy modele symulacji przy użyciu rozwiązania Simcenter™ 3D, dzięki czemu może przeprowadzać analizy wibroakustyczne w całym cyklu rozwoju. Pozwalają one ocenić charakterystykę wibroakustyczną silnika i zidentyfikować źródło hałasu oraz wibracji poszczególnych komponentów. Sugerują również ewentualne ulepszenia konstrukcyjne w zakresie hałasu i wibracji silnika bez negatywnego wpływu na funkcjonalność produktu i koszty jego produkcji. Efekt optymalizacji projektu można zweryfikować za pomocą rozwiązania Simcenter Testlab™ firmy Siemens Digital Industries Software.

„Dzięki rozwiązaniu Simcenter Testlab możemy interweniować na każdym etapie łańcucha symulacji i sprawdzić odzwierciedlenie wprowadzanej zmiany w podstawowym projekcie” – mówi Otto Petraška. „Na przykład w przypadku konstrukcji silnika, gdy niektóre z jego części wytwarzają dźwięk, możemy znaleźć techniczne rozwiązanie. Jeśli jednak problem wynika z konstrukcji elektromagnetycznej, wracamy do działu rozwoju napędów i optymalizujemy podstawowy projekt. W procesie rozwoju nowego silnika mamy do czynienia z wieloma pętlami tego rodzaju”.

Synergia między testami fizycznymi i symulacją

Dział drgań i akustyki BSH zaczął korzystać z narzędzi cyfrowych w 2008 r., wdrażając oprogramowanie do symulacji i testów z portfolio Simcenter firmy Siemens Digital Industries Software w celu zapewnienia pełnej kompatybilności danych.

„Rozwiązanie Simcenter pozwala nam silnie skorelować symulacje z testami eksperymentalnymi, które są bardzo ważne, ponieważ bez nich symulacje byłyby tylko ładnymi, kolorowymi obrazkami” – mówi Otto Petraška.

Firma BSH korzysta z rozwiązania Simcenter Testlab w połączeniu z symulacjami Simcenter 3D. „Dostrzegliśmy korzyści płynące ze stosowania tych połączonych ze sobą produktów i wykorzystujemy ich synergie” – mówi Ján Ondrejčák, starszy inżynier ds. rozwoju w firmie BSH. „Dostrzegamy efektywność i łatwość obsługi wszystkich rozwiązań Simcenter w zakresie hałasu i wibracji”.

Drogą testów eksperymentalnych zespół weryfikuje, czy parametry symulacji są prawidłowo skonfigurowane i czy wyniki są wiarygodne, oraz eliminuje błędy wszystkich możliwych wariantów i opcji produktu. „Jeśli symulacja wykaże optymalny wynik, wytwarzamy fizyczny prototyp produktu” – mówi Otto Petraška. „Możemy go zbudować tylko wtedy, gdy mamy pewność, że osiągnęliśmy najlepszy możliwy wynik”.

Digitalizacja stale skraca czas rozwoju produktu. To, co kiedyś zajmowało tygodnie, można teraz ukończyć w ciągu kilku dni. Czas realizacji niektórych czasochłonnych symulacji został skrócony z dni do zaledwie kilku godzin. W miarę wzrostu zaawansowania modeli symulacji inżynierowie symulacji będą w stanie prognozować długoterminowe zachowanie produktu.

„Chcemy dać klientom gwarancję, że nasz produkt po latach eksploatacji zachowa te same parametry wibroakustyczne jak w dniu zakupu” – mówi Otto Petraška. „Wzmacniamy w ten sposób zaufanie do naszej marki i mamy nadzieję, że przekonamy klientów do zakupu sprzętów nowszej generacji”.