家用电器制造商利用 Simcenter Testlab 优化声学和振动产品测试

洗衣机、洗碗机和冰箱应安静无声地执行其本身功能，不应造成任何干扰。客户在选择电器时关心的主要问题是洗过的衣物能否洁净如新、餐具能否一尘不染以及食物能否保鲜如初。但是，对于领先家电产品制造商之间为达到理想噪声和振动水平而进行的竞争，普通消费者一无所知。电子和半导体 博世家用电器制造商利用 Simcenter Testlab 优化声学和振动产品测试 博世振动和声学部主管奥托·彼得拉什卡 (Otto Petraška) 表示：“这一参数的重要性逐年增加。这甚至已成为决定是否停止批量生产某些产品的标准。”

位于斯洛伐克科希策的博世振动和声学部负责该国米哈洛夫采的博世驱动器和水泵部生产的电动机的声学和振动性能。

博世振动和声学部成立于 2004 年，为博世旗下的博世和西门子品牌家电提供噪声和振动优化服务。该部门拥有 16 名内部专家，为博世集团的其他八个部门提供服务，参与优化从园艺工具到电动汽车发动机的所有产品的噪声和振动参数。

家用电器的声品质

为确保优质洗衣机和洗碗机满足客户的期望，振动和声学部采用了各种心理声学工具。博世的科希策声品质实验室使用先进的工具和技术对家电的噪声录音进行了研究。他们在高质量消声室中通过立体声耳机测量家用电器的声品质，以确保精准的声音表现和分析。

奥托·彼得拉什卡表示：“测试时，我们对几组人播放声音样本，然后根据他们的评价，设定可以满足客户期望的声学目标。与此同时，我们希望确保声音充满动力，具有一定的强度，但又不至于喧宾夺主。”

博世声学和振动部的高级中心专家拉斯蒂斯拉夫·安德烈科 (Rastislav Andrejco) 补充说：“客户希望洗衣机的声音如同洒水，抽油烟机的声音仿佛风吹，而咖啡机的声音犹如咖啡滴落。”

产品开发早期的声音工程

产品的每一个部件都可能影响其整体声音。在开发产品的过程中，为了实现成功的声音工程，更改和调整是必不可少的。奥托·彼得拉什卡表示：“我们越早参与开发过程，就越能消除早期产品错误，避免在过程结束时才发现噪声问题。当然，较之在最后一刻处理问题，这样还更具成本效益。”

在位于米哈洛夫采的博世驱动器开发部的协作下，博世旗下所有博世和西门子品牌家电的 1400 万台电动机都采用了这一方法。米哈洛夫策的团队负责设计电动马达，而科希策的研究小组则负责声学和振动参数。

装备齐全的半消声室能够实现额外的声音设计工程。

两个团队，一个数字孪生

科希策的声学研究人员参与了发动机开发过程的早期阶段。米哈洛夫策的开发团队设计了一个由电磁转子和定子设计组成的发动机（1D 模型），创建了一个数字孪生。这一虚拟模型能够仿真发动机的活动和负载，并验证从物理方面到操作方面的所有输出。

同时，通过仿真模型，开发团队能够在制造原型之前对声音和振动设计参数进行微调。借助 Simcenter™ 3D，工程师可以创建仿真模型。得益于此，他们能够在整个开发周期内进行振动和声学分析。他们可以评估发动机的振动-声学特性，并确定单个组件的噪声和振动来源。如有必要，他们可以提出设计改进意见，以优化发动机的噪声和振动性能，同时又不对产品功能和生产成本造成不利影响。最后，他们利用西门子的 Simcenter Testlab™ 解决方案对设计优化的效果进行验证。

奥托·彼得拉什卡表示：“通过 Simcenter Testlab，我们可以在仿真链的任何阶段进行干预，并设法在基本设计中反映所做的更改。例如，在发动机的结构方面，当某些部件产生噪声时，我们可以进行技术补救。但如果问题出在电磁设计本身，我们会将其交回驱动器开发部，优化其基本设计。在开发一个新引擎的过程中，我们会经历多次这样的循环。”

物理测试和仿真的协同

博世振动和声学部于 2008 年开始采用数字化工具，部署了西门子 Simcenter 产品组合的仿真和测试软件，以实现数据的完全兼容。

奥托·彼得拉什卡表示：“借助 Simcenter，我们可以将仿真与实验测试紧密联系起来，这一点非常重要，因为如果没有实验测试，仿真就如同沙上建塔。”

博世将 Simcenter Testlab 与 Simcenter 3D 仿真结合使用。博世高级开发工程师扬·翁德雷查克 (Ján Ondrejčák) 表示：“我们体会到了使用这些互连产品的好处，并且利用了它们带来的协同作用。我们发现，所有 Simcenter 噪声和振动解决方案都很有效，而且对用户非常友好。”

通过实验测试，该团队验证了仿真参数的设置是否正确，以及结果是否可靠。他们还利用测试对所有可能的变体和调整进行了调试。奥托·彼得拉什卡表示：“如果仿真之后显示结果良好，即可开始制造产品的原型。只有在确定所得结果是理想结果时，我们才能构建物理样机。”

通过数字化，开发时间在不断缩短。过去需要数周时间的工作现在数天内即可完成；一些耗时的仿真任务从原来的数天缩短到了仅仅几个小时。随着仿真模型变得更加先进，仿真工程师将能预测产品的长期行为。

奥托·彼得拉什卡表示：“我们希望向客户保证，即使是运行多年之后，我们的产品仍能保持购买之初的噪声和振动性能。这样可以建立客户对我们品牌的信任，而且我们希望能够说服他们购买我们的新一代电器。”