Digitálne dvojča ladí zvuky spotrebičov

V košickom výskumnom centre strážia akustiku a vibrácie domácich spotrebičov značiek Bosch a Siemens, ako aj ďalších produktov koncernu Robert Bosch.

Práčka, umývačka riadu, chladnička či digestor sú pevnou súčasťou bytu a významne ovplyvňujú atmosféru domova. Aj preto hrá úroveň hluku a vibrácií čoraz väčšiu úlohu pri výbere domácich spotrebičov. „Význam tohto parametra rastie z roka na rok. Dokonca je to kritérium, ktoré môže stopnúť sériovú výrobu niektorého z produktov,“ hovorí Otto Petraška, vedúci košického oddelenia vibrácií a akustiky spoločnosti BSH. Jeho tím okrem „domáceho“ závodu BSH v Michalovciach poskytuje služby ďalším ôsmim divíziám koncernu Robert Bosch. Podieľajú sa na optimalizácii hlukových a vibračných parametrov prakticky celého výrobného sortimentu, od záhradných nástrojov až po elektromotory do hybridných automobilov.

Zvukový dizajn
Je jasné, že práčky či umývačky riadu prémiovej značky Bosch nesmú znieť „lacno“ a musia plniť očakávania zákazníkov. Na dosiahnutie tohto cieľa využíva košické centrum paletu nástrojov psychoakustiky. „Robíme testy so skupinami ľudí, ktorým prehrávame vzorky zvukov. Na základe ich hodnotenia určíme cieľ akustiky, aby splnila očakávania zákazníkov. Zároveň zohľadňujeme požiadavku nášho marketingu, aby bol zvuk ,powerfull‘, teda mal silu, ale zároveň nebol rušivý,“ vysvetľuje O. Petraška.

Košické laboratórium pre zvukový dizajn, tzv. sound design, využíva na výskum zvukových stôp najmodernejšie nástroje a techniky. Z optimálnych kvalitatívnych hodnôt sa odvodia parametre, ktoré by mal sledovať inžiniering každého produktu. Slúži na to unikátna „binaurálna hlava“, schopná digitalizovať fyzikálne parametre psychoakustickej kvality. Hluk sa zasa meria v špeciálnej bezdozvukovej komore, kde vzniká jeho digitálna akustická mapa. „Čím skôr sme do vývojového procesu zapojení, tým lepšie dokážeme eliminovať detské konštrukčné chyby výrobkov, ktoré by mohli na konci priniesť hlukové problémy,“ tvrdí O. Petraška.

Hluk sa meria v špeciálnej bezdozvukovej komore, kde vzniká jeho digitálna akustická mapa.

Digitálny vývoj
Modelovým príkladom je spolupráca s materským michalovským závodom BSH Drives and Pumps, ktorý ročne vyprodukuje takmer štrnásť miliónov elektromotorov pre všetky spotrebiče vyrábané v BSH pod hlavnými značkami Bosch a Siemens.

Košickí výskumníci vstupujú do vývoja motorov hneď v úvodných fázach. V Michalovciach navrhnú tzv. rez motora, teda jeho elektromagnetický dizajn, konštrukciu rotora a statora. Návrh vzniká v digitálnom prostredí, čo umožňuje vytvoriť digitálny model motora a simulovať jeho činnosť, záťaže a overiť všetky výstupy – od fyzikálnych až po prevádzkové.

"Hluk a vibrácie sú dnes dôležitým kritériom,
ktoré môže stopnúť sériovú výrobu niektorého z produktov"

Košičania na digitálnom dvojčati sledujú zvukové a vibračné parametre návrhu. V softvéri LMS Virtual.Lab vytvárajú simulácie a digitálny model podrobia vibračným i akustickým analýzam. Zhodnotia vlastnosti motora a identifikujú zdroje jednotlivých zložiek hluku i vibrácií. Ak je to potrebné, navrhnú zlepšenia týchto parametrov, samozrejme, bez nepriaznivého vplyvu na funkčnosť a cenu. Reálny účinok zmien potom digitálne overia experimentálne pomocou softvéru Simcenter Testlab.

„Môžeme zasiahnuť v každom štádiu simulačného reťazca a spätne povedať, ako sa zmena prejaví v základnom návrhu. Ak problém vychádza zo samotného elektromagnetického dizajnu, treba sa vrátiť do Michaloviec a optimalizovať základný návrh. Takých slučiek zažijeme pri vývoji nového motora niekoľko,“ hovorí O. Petraška.

„Chceme garantovať, že výrobok si aj po rokoch prevádzky zachová rovnaké parametre ako keď si ho zákazník kupoval,“ hovorí Otto Petraška, vedúci oddelenia Vibrácie a akustika spoločnosti BSH.

Virtuálny svet
Skupina akustikov začala digitálne nástroje využívať v roku 2008. Bola to cesta neznámou krajinou, no dnes je výsledok hmatateľný. „Oba softvéry – Virtual Lab i Testlab – sú od spoločnosti Siemens, čo nám poskytuje plnú kompatibilitu dát. Umožňuje nám to silne prepájať simulácie s experimentálnymi testmi,“ hovorí O. Petraška.

Experimentmi overujú, či má simulácia správne nastavené parametre a poskytuje hodnoverné výsledky. Využívajú ich aj na odladenie všetkých možných variantov a úprav. „Ak napokon simulácia ukáže optimálny výsledok, ide sa do výroby reálneho prototypu. Fyzický prototyp totiž staviame až vtedy, keď sme si istí, že sme dosiahli najlepší možný výsledok,“ vysvetľuje O. Petraška.

Vo virtuálnom svete sa všetko zrýchľuje a vývojové časy sa aj vďaka pokroku hardvéru neustále skracujú. Čo predtým trvalo týždne, zvládnu teraz za pár dní, niektoré časovo náročné simulácie skrátili z dní na hodiny. V budúcich rokoch by chceli ďalej zdokonaľovať simulácie. Exaktnejšie vstupné dáta tiež dovolia lepšie predvídať, ako sa budú produkty správať v dlhodobej prevádzke. „Zákazníkovi chceme garantovať, že náš výrobok si aj po rokoch prevádzky zachová rovnaké hlukové a vibračné parametre, ako keď si ho kupoval. Potom bude značke veriť a kúpi si aj ďalšiu generáciu našich spotrebičov,“ uzatvára O. Petraška.

Foto: Ivan Fleischer