Производитель малогабаритных двигателей использует Simcenter Testlab и Simcenter SCADAS для достижения целей проектирования на ранних этапах цикла разработки

В поисках непрерывного улучшения

Двигатели ежедневно используются для самых разных задач. Строительство зданий, обеспечение больниц электроэнергией во время перебоев с энергоснабжением, полив рисовых полей или просто улучшение внешнего вида газона — для всего этого нужны двигатели.

Briggs & Stratton — американский производитель малогабаритных двигателей внутреннего сгорания с головным офисом в Милуоки, штат Висконсин. Двигатели компании продаются более чем в 100 странах мира. Двигатели Briggs & Stratton чаще всего используются в газонокосилках, мини-тракторах для стрижки травы, моющих установках высокого давления, водяных насосах, генераторах и в различных промышленных устройствах, таких как аэраторы и машины для заглаживания бетонных поверхностей.

Чтобы достигать лучших результатов, отдел проектирования непрерывно совершенствует модели двигателей и разрабатывает новые линейки, чтобы расширить долю рынка компании и выйти на новые рынки. Лаборатория по изучению шума, вибрации и жесткости (NVH) отвечает за обеспечение передовых уровней шума и вибрации, а также за то, чтобы долговечность изделий превосходила все ожидания.

Достижение целей проектирования на ранних этапах разработки изделий

Оборудование для сбора данных Simcenter™ SCADAS и программное обеспечение Simcenter Testlab™ играют неотъемлемую роль в работе лаборатории NVH, обеспечивая конструкторам и техническим специалистам рабочий процесс, который позволяет им получить требуемые характеристики изделия на ранних этапах разработки. В лаборатории NVH работает небольшая группа конструкторов, которые являются экспертами в области NVH и долговечности. В настоящее время испытательная лаборатория использует четыре системы Simcenter SCADAS. Две из них применяются для сбора данных в частично безэховых звуковых камерах, а две — для измерений с использованием переносных систем в лабораторных и полевых условиях.

C помощью системы Simcenter SCADAS, которая находится в диспетчерской, измеряется звуковое давление двигателя, и рассчитываются мощность и качество звука. Simcenter Testlab используется для мониторинга данных и процессов в реальном времени во время записи, что снижает временные затраты на тестирование и постобработку во время анализа. Шаблоны испытаний Simcenter созданы для измерений как звука, так и вибрации, и теперь данные легче фиксировать. Это расширяет возможности тестирования и унифицирует процедуры для всех сотрудников лаборатории NVH.

Бретт Биршбах (Brett Birschbach), старший менеджер по расчету NVH и долговечности, говорит: «Сложно сосчитать, сколько раз конструкторы говорили мне: “Эту программу действительно просто использовать!” Все стало намного проще, чем раньше, благодаря большей гибкости».

«В Simcenter Testlab данные представлены в виде дерева. Вы перетаскиваете их, данные визуализируются, и вы можете легко сравнить их со старыми проектами», — рассказывает Бретт Уид (Brett Weed), инженер по тестированию NVH и долговечности.

Соответствие конструкции стандартам качества

При работе с двигателями уровень шума имеет первостепенное значение. Например, в Европе существует несколько стандартов сертификации мощности звука на основе вибрации и давления. Спектральный анализ, показатели звуковой мощности и качества рассматриваются с самых ранних этапов. Инженеры лаборатории NVH изучают источники шума в своих изделиях и корректируют конструкцию в соответствии со стандартами качества.

На испытательных объектах Briggs & Stratton большую часть изделий испытывают на бетоне, однако для тестирования газонокосилок также используется искусственная трава. Также проводятся испытания на нагрузочных стендах — горизонтальных или вертикальных, с разными скоростями и нагрузками — для имитации случаев нагружения при эксплуатации, а также для измерения звука, который услышит заказчик. Команда по расчету NVH проводит тестирование с контрольной группой, чтобы определить, какие звуки больше понравятся заказчикам.

Эти измерения уровня шума также позволяют производить маркировку типов шума в соответствии с рыночными требованиями. Команда NVH полагается на точные измерения для проверки качества изделий. «Мы хотим быть лучшими по уровню шума и вибрации, поэтому мы используем в работе решения Simcenter», — говорит Биршбах.

Корреляция звука и вибрации

Вибрация двигателя во время работы также измеряется с помощью Simcenter для выявления источников шума, связанных с вибрацией. Вибрация двигателя измеряется на изолированном испытательном стенде для разработки и проверки двигателя с использованием системы сбора данных Simcenter SCADAS. Simcenter Testlab позволяет легко соотносить звук и вибрацию во время работы и анализировать данные для улучшения показателей.

«Я использую Simcenter на всех этапах тестирования, от начала измерения до конечной обработки», — отмечает Уид.

Вибрация и деформация также измеряются в условиях, которые обычно наблюдаются при эксплуатации. Вибрация и деформация измеряются с помощью инструментов Simcenter, а записи применяются для ускоренных испытаний двигателя и готового изделия. Аппаратное обеспечение Simcenter SCADAS XS — это портативная система для сбора данных, хорошо подходящая для таких типов измерений. Например, для обеспечения безопасности и комфорта газонокосилки необходимо измерить вибрацию руля, вызываемую двигателем, чтобы убедиться, что она соответствует таким стандартам, как ISO 2631 (воздействие вибрации на человека).

Обеспечение долговечности

Это же оборудование используется для тестирования долговечности. Данные, полученные с помощью системы, можно легко преобразовать для использования в ускоренных испытаниях с использованием вибрационной установки или гидравлической испытательной системы. При ускоренных испытаниях лаборатория NVH полагается на тензометры и спектр усталостного разрушения. Модальное тестирование выполняется с помощью воздействия вибрационной или ударной установки на двигатели и изделия в лаборатории NVH и решений для тестирования Simcenter. Настройка установки в Simcenter Testlab выполняется очень просто и обеспечивает точное и воспроизводимое представление результатов.

Инструменты обработки Simcenter предоставляют конструкторам возможность оценить реакцию двигателя на вибрацию при определении оптимального баланса и выявить области, требующие улучшения на уровне компонентов. В результате повышается долговечность изделия.

Примером этого может служить горизонтальный двигатель 200 Vanguard (VG) компании Briggs & Stratton. 200VG продается на открытом рынке и требует высоких стандартов надежности, простоты и удобства использования.

Преимущества гибкости

Для конструкторов Briggs & Stratton, занимающихся тестированием, исследованиями и разработками в области NVH, переход на стратегию получения лицензии на основе токенов оказался весьма выгодным. Токены Simcenter Testlab — это гибкий механизм приобретения лицензии, который дает пользователям доступ к большой библиотеке программных модулей для тестирования и анализа данных. В отличие от постоянной лицензии, при котором могут использоваться только отдельно приобретенные лицензии, лицензирование с использованием токенов Simcenter Testlab позволяет пользователям запускать любую комбинацию программных модулей, которые поддерживают такую схему.

Каждая проблема индивидуальна и требует разных инструментов, а с системой токенов все инструменты всегда находятся под рукой.

«Одна из особенностей, которые нам нравятся в Simcenter Testlab, — это получение лицензии на основе токенов, — говорит Биршбах. Это открывает для нас целый мир возможностей. Мы может выполнять различные типы анализа, когда это необходимо. Если сегодня нам нужно провести модальный анализ, завтра спрогнозировать срок службы, а послезавтра — проанализировать качество звука, мы все это сможем сделать! Нам не нужно покупать отдельное программное обеспечение. Это потрясающая гибкость, особенно для относительно небольшой команды по NVH».

Система токенов позволяет конструкторам тестировать инновационные технологии по мере их появления и внедрять новые методы работы.

Техническая поддержка Siemens также помогла конструкторам лаборатории NVH Briggs & Stratton проводить испытания. Как отмечает Биршбах: «Поддержка критически важна для такой компании, как наша, и наш опыт работы со службой поддержки Siemens был просто великолепным. Техническая поддержка оказывается на высочайшем уровне. Вы мгновенно получаете помощь по телефону, а если проблему не удается устранить сразу, решение будет готово в кратчайшие сроки. И это касается не только проблем. Если у нас есть какие-либо вопросы, мы всегда можем позвонить, и нам дадут полезный совет».

Лаборатория NVH Briggs & Stratton в будущем планирует расширить свои возможности тестирования за счет внедрения новых возможностей, предлагаемых в портфеле Simcenter, чтобы достигнуть требуемой мощности без лишнего шума.