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06
'26
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Nuova soluzione automatizzata per ridurre i tempi dei test NVH da giorni a ore
La nuova soluzione automatizzata di Siemens per l'estrazione dei modelli dei componenti industrializza l'estrazione delle forze bloccate (blocked forces) e consente previsioni NVH a livello di sistema più accurate tramite la prototipazione virtuale.
www.siemens.com
L'estrazione automatizzata dei modelli dei componenti impiega un banco di misura autonomo in cui rigidi adattatori a punti virtuali alloggiano set di shaker e accelerometri montati permanentemente, un'unità di controllo dell'automazione collegata tramite un amplificatore e un frontend Simcenter SCADAS a un laptop su cui è installato Simcenter Testlab.
L'elettrificazione dei veicoli e l'ingegneria di precisione industriale hanno innalzato i requisiti acustici richiesti ai sottogruppi elettromeccanici ausiliari. Con l'eliminazione del rumore di mascheramento dei motori a combustione interna, ronzii tonali ad alta frequenza, ordini di ingranamento e vibrazioni strutturali provenienti da servosterzi elettrici, pompe di gestione termica, compressori del refrigerante e attuatori meccatronici si propagano direttamente nell'abitacolo e nel telaio del veicolo. Storicamente, prevedere il comportamento di una specifica unità ausiliaria una volta installata nel veicolo richiedeva prototipi fisici in fase avanzata o complesse campagne manuali di analisi dei percorsi di trasferimento (TPA). La caratterizzazione dei componenti è stata tradizionalmente lenta, laboriosa e dipendente dall'operatore: le prove con martello d'impatto o le eccitazioni manuali con shaker introducevano variabilità e dispersione nelle misure. Queste incongruenze impedivano agli ingegneri meccanici di ottenere descrittori di componente affidabili e invarianti, compromettendo infine la precisione dell'assemblaggio virtuale e dei gemelli digitali (Digital Twin). Superare queste criticità richiede banchi di prova hardware-software automatizzati e standardizzati, capaci di eseguire eccitazioni multiasse e inversioni matriciali all'interno di flussi di lavoro controllati e ripetibili.
Industrializzazione dell'estrazione di forze bloccate invarianti con la tecnologia Bosch
Per risolvere le problematiche di produttività e riproducibilità nei test di Noise, Vibration, and Harshness (NVH), Siemens ha presentato una soluzione integrata hardware e software per l'estrazione automatizzata dei modelli dei componenti, standardizzando il flusso di lavoro in stretta conformità con la norma ISO 20270. Sviluppata in collaborazione tecnica con Bosch, la soluzione si basa sulla tecnologia brevettata predictiveVIA di Bosch, con Siemens nel ruolo di unico partner per l'industrializzazione e la commercializzazione.
Il sistema combina banchi di prova automatizzati con software dedicato per snellire la derivazione di modelli di componenti pronti per la simulazione, indipendenti dalle condizioni al contorno della struttura ricevente. Sostituendo l'eccitazione acustica manuale con configurazioni sequenziali automatizzate di shaker e gestione robotizzata del banco, l'architettura esegue misurazioni delle funzioni di risposta in frequenza (FRF) in ore o minuti anziché in giorni o settimane, riducendo i tempi del ciclo di misura del 93% e garantendo una ripetibilità del 100% tra lotti di componenti. Questa costanza automatizzata elimina la varianza sperimentale tra tecnici, consentendo a case automobilistiche (OEM) e fornitori Tier-1 di scambiarsi caratterizzazioni di sorgente invarianti da inserire direttamente nelle pipeline di integrazione dei sistemi virtuali per individuare componenti difettosi o fuori specifica prima dell'integrazione fisica nel veicolo.
Integrazione con Simcenter e assemblaggio di prototipi virtuali
La piattaforma di estrazione automatizzata dei modelli si integra nativamente nel portfolio di collaudo fisico Simcenter di Siemens, combinando il software di acquisizione ed elaborazione dati Simcenter Testlab con l'hardware di misura multicanale Simcenter SCADAS e i trasduttori di eccitazione acustica e strutturale Simcenter Qsources.
La piattaforma supporta sia la caratterizzazione sperimentale basata su test sia le rappresentazioni ibride CAE (Computer-Aided Engineering) per componenti come motori di trazione, cremagliere di servosterzo elettrico, attuatori frenanti, pompe per fluidi e compressori per aria condizionata. Una volta estratti, i modelli di forze bloccate invarianti confluiscono direttamente nei flussi di lavoro di Simcenter Testlab Virtual Prototype Assembly, dove gli ingegneri possono accoppiare i modelli dei componenti con le funzioni di trasferimento strutturale dei telaietti ausiliari e delle scocche nude (body-in-white). Ciò consente una previsione accurata dei KPI e l'auralizzazione NVH multi-attributo nel simulatore NVH di Simcenter Testlab, permettendo ai team di sviluppo di valutare modifiche strutturali (come il confronto della rigidezza dei supporti elastomerici o l'analisi di nervature) senza ricorrere a prototipi fisici marcianti.
Poiché tutta la strumentazione è alloggiata sul banco, nessun sensore deve essere fissato al componente in prova. Per cambiare pezzo è sufficiente svitare l'unità precedente e avvitare la successiva, rendendo possibile una reale produttività per lotti.
Contesto aggiuntivo
Questa sezione illustra specifiche tecniche e analisi comparative non incluse nell'annuncio originale del prodotto.
Nel sottostrutturato dinamico e nella TPA basata sui componenti, la caratterizzazione di una sorgente vibrante attiva in modo indipendente dalla struttura ricevente è regolata dalla norma ISO 20270, che definisce la determinazione di forze bloccate invarianti e descrittori di sorgente. Storicamente, le forze di contatto all'interfaccia tra sorgente e ricevitore variavano a seconda della cedevolezza locale e dell'impedenza del banco o della scocca del veicolo. Le forze bloccate aggirano questa limitazione rappresentando le forze teoriche che un componente attivo eserciterebbe se fissato a una base infinitamente rigida, costituendo così una proprietà intrinseca del componente stesso. Tuttavia, misurare le forze bloccate su banchi realmente rigidi è quasi impossibile alle frequenze acustiche più elevate a causa delle risonanze interne del banco. Il metodo in-situ formalizzato dalla ISO 20270 risolve il problema misurando le risposte di indicatori operativi su un ricevitore montato elasticamente, procedendo poi all'inversione della matrice passiva delle risposte in frequenza tra i punti virtuali di interfaccia e i sensori indicatori. La trasformazione matematica si basa sulla Virtual Point Transformation (VPT), che condensa molteplici canali di sensori multiasse attorno a ciascun bullone di montaggio in sei gradi di libertà (tre coordinate traslazionali e tre rotazionali). Poiché l'inversione matriciale è particolarmente sensibile al rumore sperimentale, al rango incompleto e al disallineamento dei sensori, l'eccitazione robotizzata automatizzata garantisce un'elevata coerenza su tutti i gradi di libertà dell'interfaccia, eliminando la necessità di regolarizzazioni mal condizionate o filtraggi soggettivi.
Nel panorama dell'ingegneria digitale, del testing e dell'acustica strutturale, la piattaforma di Siemens si confronta con le soluzioni specializzate di HBK (Hottinger Brüel & Kjær, con la piattaforma BK Connect e i sistemi PULSE), Dewesoft e HEAD acoustics (in particolare i moduli TPA di ArtemiS SUITE), oltre ai pacchetti CAE di sottostrutturazione di Altair (OptiStruct) e Ansys (Sound e Mechanical). Sebbene fornitori come HBK ed HEAD acoustics offrano avanzati sistemi di acquisizione multicanale e moduli software per TPA in-situ manuale, le loro implementazioni rimangono fortemente incentrate sull'operatore, richiedendo personale specializzato per posizionare manualmente i martelli strumentati o ricollocare shaker elettrodinamici su decine di punti di eccitazione. Questo collo di bottiglia manuale ha storicamente impedito ai fornitori Tier-1 di adottare le forze bloccate come parametri di routine nei controlli di qualità sulla produzione in serie. Integrando il flusso di lavoro brevettato predictiveVIA di Bosch in banchi automatizzati dedicati con hardware Simcenter Testlab e SCADAS, Siemens definisce un ambiente di collaudo industriale e chiavi in mano. Questo colma il divario tra i test acustici fisici di fine linea e la simulazione virtuale anticipata (front-loaded), permettendo alle organizzazioni di ingegneria di imporre specifiche vincolanti di forze bloccate lungo tutta la catena digitale dei fornitori.
A cura di Romila DSilva, redattrice di Induportals, con assistenza dell'IA.
L'elettrificazione dei veicoli e l'ingegneria di precisione industriale hanno innalzato i requisiti acustici richiesti ai sottogruppi elettromeccanici ausiliari. Con l'eliminazione del rumore di mascheramento dei motori a combustione interna, ronzii tonali ad alta frequenza, ordini di ingranamento e vibrazioni strutturali provenienti da servosterzi elettrici, pompe di gestione termica, compressori del refrigerante e attuatori meccatronici si propagano direttamente nell'abitacolo e nel telaio del veicolo. Storicamente, prevedere il comportamento di una specifica unità ausiliaria una volta installata nel veicolo richiedeva prototipi fisici in fase avanzata o complesse campagne manuali di analisi dei percorsi di trasferimento (TPA). La caratterizzazione dei componenti è stata tradizionalmente lenta, laboriosa e dipendente dall'operatore: le prove con martello d'impatto o le eccitazioni manuali con shaker introducevano variabilità e dispersione nelle misure. Queste incongruenze impedivano agli ingegneri meccanici di ottenere descrittori di componente affidabili e invarianti, compromettendo infine la precisione dell'assemblaggio virtuale e dei gemelli digitali (Digital Twin). Superare queste criticità richiede banchi di prova hardware-software automatizzati e standardizzati, capaci di eseguire eccitazioni multiasse e inversioni matriciali all'interno di flussi di lavoro controllati e ripetibili.
Industrializzazione dell'estrazione di forze bloccate invarianti con la tecnologia Bosch
Per risolvere le problematiche di produttività e riproducibilità nei test di Noise, Vibration, and Harshness (NVH), Siemens ha presentato una soluzione integrata hardware e software per l'estrazione automatizzata dei modelli dei componenti, standardizzando il flusso di lavoro in stretta conformità con la norma ISO 20270. Sviluppata in collaborazione tecnica con Bosch, la soluzione si basa sulla tecnologia brevettata predictiveVIA di Bosch, con Siemens nel ruolo di unico partner per l'industrializzazione e la commercializzazione.
Il sistema combina banchi di prova automatizzati con software dedicato per snellire la derivazione di modelli di componenti pronti per la simulazione, indipendenti dalle condizioni al contorno della struttura ricevente. Sostituendo l'eccitazione acustica manuale con configurazioni sequenziali automatizzate di shaker e gestione robotizzata del banco, l'architettura esegue misurazioni delle funzioni di risposta in frequenza (FRF) in ore o minuti anziché in giorni o settimane, riducendo i tempi del ciclo di misura del 93% e garantendo una ripetibilità del 100% tra lotti di componenti. Questa costanza automatizzata elimina la varianza sperimentale tra tecnici, consentendo a case automobilistiche (OEM) e fornitori Tier-1 di scambiarsi caratterizzazioni di sorgente invarianti da inserire direttamente nelle pipeline di integrazione dei sistemi virtuali per individuare componenti difettosi o fuori specifica prima dell'integrazione fisica nel veicolo.
Integrazione con Simcenter e assemblaggio di prototipi virtuali
La piattaforma di estrazione automatizzata dei modelli si integra nativamente nel portfolio di collaudo fisico Simcenter di Siemens, combinando il software di acquisizione ed elaborazione dati Simcenter Testlab con l'hardware di misura multicanale Simcenter SCADAS e i trasduttori di eccitazione acustica e strutturale Simcenter Qsources.
La piattaforma supporta sia la caratterizzazione sperimentale basata su test sia le rappresentazioni ibride CAE (Computer-Aided Engineering) per componenti come motori di trazione, cremagliere di servosterzo elettrico, attuatori frenanti, pompe per fluidi e compressori per aria condizionata. Una volta estratti, i modelli di forze bloccate invarianti confluiscono direttamente nei flussi di lavoro di Simcenter Testlab Virtual Prototype Assembly, dove gli ingegneri possono accoppiare i modelli dei componenti con le funzioni di trasferimento strutturale dei telaietti ausiliari e delle scocche nude (body-in-white). Ciò consente una previsione accurata dei KPI e l'auralizzazione NVH multi-attributo nel simulatore NVH di Simcenter Testlab, permettendo ai team di sviluppo di valutare modifiche strutturali (come il confronto della rigidezza dei supporti elastomerici o l'analisi di nervature) senza ricorrere a prototipi fisici marcianti.
Poiché tutta la strumentazione è alloggiata sul banco, nessun sensore deve essere fissato al componente in prova. Per cambiare pezzo è sufficiente svitare l'unità precedente e avvitare la successiva, rendendo possibile una reale produttività per lotti.
Contesto aggiuntivo
Questa sezione illustra specifiche tecniche e analisi comparative non incluse nell'annuncio originale del prodotto.
Nel sottostrutturato dinamico e nella TPA basata sui componenti, la caratterizzazione di una sorgente vibrante attiva in modo indipendente dalla struttura ricevente è regolata dalla norma ISO 20270, che definisce la determinazione di forze bloccate invarianti e descrittori di sorgente. Storicamente, le forze di contatto all'interfaccia tra sorgente e ricevitore variavano a seconda della cedevolezza locale e dell'impedenza del banco o della scocca del veicolo. Le forze bloccate aggirano questa limitazione rappresentando le forze teoriche che un componente attivo eserciterebbe se fissato a una base infinitamente rigida, costituendo così una proprietà intrinseca del componente stesso. Tuttavia, misurare le forze bloccate su banchi realmente rigidi è quasi impossibile alle frequenze acustiche più elevate a causa delle risonanze interne del banco. Il metodo in-situ formalizzato dalla ISO 20270 risolve il problema misurando le risposte di indicatori operativi su un ricevitore montato elasticamente, procedendo poi all'inversione della matrice passiva delle risposte in frequenza tra i punti virtuali di interfaccia e i sensori indicatori. La trasformazione matematica si basa sulla Virtual Point Transformation (VPT), che condensa molteplici canali di sensori multiasse attorno a ciascun bullone di montaggio in sei gradi di libertà (tre coordinate traslazionali e tre rotazionali). Poiché l'inversione matriciale è particolarmente sensibile al rumore sperimentale, al rango incompleto e al disallineamento dei sensori, l'eccitazione robotizzata automatizzata garantisce un'elevata coerenza su tutti i gradi di libertà dell'interfaccia, eliminando la necessità di regolarizzazioni mal condizionate o filtraggi soggettivi.
Nel panorama dell'ingegneria digitale, del testing e dell'acustica strutturale, la piattaforma di Siemens si confronta con le soluzioni specializzate di HBK (Hottinger Brüel & Kjær, con la piattaforma BK Connect e i sistemi PULSE), Dewesoft e HEAD acoustics (in particolare i moduli TPA di ArtemiS SUITE), oltre ai pacchetti CAE di sottostrutturazione di Altair (OptiStruct) e Ansys (Sound e Mechanical). Sebbene fornitori come HBK ed HEAD acoustics offrano avanzati sistemi di acquisizione multicanale e moduli software per TPA in-situ manuale, le loro implementazioni rimangono fortemente incentrate sull'operatore, richiedendo personale specializzato per posizionare manualmente i martelli strumentati o ricollocare shaker elettrodinamici su decine di punti di eccitazione. Questo collo di bottiglia manuale ha storicamente impedito ai fornitori Tier-1 di adottare le forze bloccate come parametri di routine nei controlli di qualità sulla produzione in serie. Integrando il flusso di lavoro brevettato predictiveVIA di Bosch in banchi automatizzati dedicati con hardware Simcenter Testlab e SCADAS, Siemens definisce un ambiente di collaudo industriale e chiavi in mano. Questo colma il divario tra i test acustici fisici di fine linea e la simulazione virtuale anticipata (front-loaded), permettendo alle organizzazioni di ingegneria di imporre specifiche vincolanti di forze bloccate lungo tutta la catena digitale dei fornitori.
A cura di Romila DSilva, redattrice di Induportals, con assistenza dell'IA.
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