Key Takeaways
- Siemens + Bosch liefert einen vollständig automatisierten Workflow, der blockierte Kraftmodelle in Stunden statt Tagen extrahiert.
- Messzeit für Frequenz-Response-Funktionen (FRFs) sinkt um ≈ 93 % gegenüber herkömmlichen manuellen Tests.
- Die Lösung folgt ISO 20270 für die Blockkraft-Extraktion und speist sich direkt in Simcenter Virtual-Prototyping ein.
- Eine selbstmessende Vorrichtung mit dauerhaft montierten Shakern, Beschleunigungsaufnehmern und einer Steuereinheit eliminiert operatorabhängige Schwankungen.
- Wiederverwendbare, simulationsbereite Bauteilmodelle beschleunigen die NVH-Validierung auf Systemebene und reduzieren den Bedarf an physischen Prototypen.
Introduction
Siemens hat ein End-to-End-Hardware-Software-Paket vorgestellt, das die Erstellung von NVH-Komponentenmodellen (Noise, Vibration, Harshness) automatisiert. Entwickelt zusammen mit Boschs predictiveVIA-Technologie, industrialisiert das System die Blockkraft-Extraktion nach ISO 20270 und ermöglicht Ingenieuren, hochgenaue Modelle für virtuelle Tests in einem Bruchteil der für traditionelle manuelle Verfahren benötigten Zeit zu erzeugen.
Why Traditional Component Characterisation Is a Bottleneck
| Aspect | Conventional Manual Process | Siemens-Bosch Automated Workflow |
|---|---|---|
| Measurement duration | 1 – 3 days per component (≈ 8-24 h of bench time) | 2 – 4 h (≈ 93 % reduction) |
| Operator involvement | Highly skilled technician required for set-up, data acquisition, and post-processing | Operator-independent; fixture self-measures |
| Repeatability | Subject to human error; variability up to ± 5 % in FRF amplitudes | Consistent within ± 0.5 % across runs |
| Data format | Raw data often needs manual conversion before CAE import | Direct export to Simcenter Testlab/SCADAS, simulation-ready |
| Scalability | Limited; each new variant requires full re-test | Fixture accommodates multiple variants with minimal re-calibration |
Der manuelle Weg umfasst typischerweise wiederholtes Montieren von Shakern, manuelles Verkabeln von Verstärkern und mühsame Ausrichtung von virtuellen Punkt-Adapter. Diese Schritte verbrauchen nicht nur Zeit, sondern führen auch zu Inkonsistenzen, die sich durch nachgelagerte Simulationen fortpflanzen und die Unsicherheit in NVH-Vorhersagen auf Systemebene erhöhen.
Architecture of the Automated Solution
1. Self-Measuring Test Fixture
- Rigid virtual-point adapters dienen als wiederholbare Erregungspunkte.
- Integrated shakers (max 5 kN, 0-5 kHz bandwidth) und high-resolution accelerometers (≤ 0.01 g noise floor) sind dauerhaft montiert.
- Die Vorrichtung wird einmal kalibriert und bleibt für alle nachfolgenden Bauteiltests unverändert.
2. Automation Control Unit
- Ein dedizierter PLC-basierter Controller steuert die Shaker über einen high-power amplifier (up to 2 kW per channel).
- Echtzeit-Datenerfassung wird von einem 24-bit ADC übernommen, synchronisiert mit den Shaker-Steuersignalen.
3. Simcenter Software Stack
- Simcenter Testlab steuert Testsequenzen, führt FRF-Extraktion durch und wendet ISO 20270-konforme Blockkraft-Berechnungen an.
- Simcenter SCADAS bietet die Hardware-Schnittstelle und Echtzeit-Monitoring.
- Simcenter for Qsources integriert die erzeugten Bauteilmodelle in NVH-Simulationen auf Systemebene und unterstützt sowohl test-basierte als auch CAE-basierte Darstellungen von Teilen wie Elektromotoren, Getrieben und strukturellen Baugruppen.
4. Data Flow
- Operator wählt Bauteilvariante in der Simcenter-UI.
- Steuerungseinheit führt automatisch den vordefinierten Erregungs-Sweep aus (typisch 20 Hz-5 kHz, 5 dB steps).
- FRFs werden on-the-fly berechnet und in einer simulation-ready database (XML/JSON) gespeichert.
- Ingenieure importieren das Modell in virtuelle Prototyp-Studien ohne weitere Aufbereitung.
Impact on Development Cycles
- Lead-time compression: Digitale Zwillinge können bereits innerhalb eines Arbeitstages validiert werden, was schnelle Design-Iterationen ermöglicht.
- Prototype reduction: Siemens schätzt bis zu 30 % weniger physische Prototypen für NVH-kritische Systeme, was Materialeinsparungen von > 200 kg pro Fahrzeugprogramm bedeutet.
- Cost efficiency: Bei einem durchschnittlichen Stundensatz von US $80 h⁻¹ ergibt die 93 % Zeitersparnis ≈ US $1,200 Ersparnis pro Bauteiltest, zuzüglich Einsparungen in nachgelagerten Simulationen.
Bottom Line
Siemens’ automatisierte Bauteilmodell-Extraktion, aufgebaut auf Boschs predictiveVIA-Plattform, verwandelt die NVH-Charakterisierung von einer arbeitsintensiven, fehleranfälligen Tätigkeit in einen schnellen, wiederholbaren und vollständig nachvollziehbaren Prozess. Durch die Reduktion der FRF-Messzeit um etwa 93 % und die Bereitstellung simulationsbereiter Modelle, die ISO 20270 entsprechen, befähigt die Lösung OEMs und Zulieferer, die virtuelle Validierung zu beschleunigen, die Prototypenzahl zu senken und leisere, hochwertigere Produkte schneller auf den Markt zu bringen.