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《振動噪音科普專欄》工程設計的六個階段,都需要振動噪音技術嗎?

 

 這個單元要來探討的主題是:工程設計(Engineering Design)六個階段(six stages),都需要振動噪音技術嗎?簡單的答案,是的。

 

要來談工程設計(Engineering Design),就舉一部汽車為例。首先,參閱圖片下方圖示,指出:美國的聯邦機動車輛安全標準(Federal Motor Vehicle Safety Standards, FMVSS),是美國聯邦法規,規定了機動車輛的設計(design)、構造(construction)、性能(performance)和耐久性(durability)要求。可以作為討論車輛設計(vehicle design)六個階段(six stages)的一個很好的例子。

 

而,NVH,也就是Noise, Vibration, Harshness,可以說是【振動噪音不平順度】、【聲振粗糙度】,或簡稱【振動噪音】。NVH相關技術對設計的每個階段都是至關重要的考慮因素。

 

接下來,就逐項來看工程設計(Engineering Design)的六個階段(six stages)

 

1.      Functional design 功能設計:之所以稱為一部汽車,當然要有一部汽車的功能(Function)。諸如動力源、加速、減速、煞車、轉向等等。

2.      Safety design 安全設計:因為汽車在陸地上行進,安全(Safety)當然很重要。所以,一般的法規要求,就界定到安全設計的階段。

3.      Performance design 性能設計:有了安全性,其次要看的就是性能(Performance)。例如跑車標榜的,如加速性能,從靜止到時速100公里,最近看到一部跑車,宣稱是2.7秒。或是如ABS煞車性能、轉向防滑性能等等,都是在安全(Safety)之外,額外提供標榜的性能(Performance),也可能是汽車的賣點。

4.      Quality design 品質設計:有了性能(Performance),還要甚麼呢?就是品質(Quality),與NVH振動噪音】直接相關的就是行駛品質(ride quality)、或稱行駛舒適度(ride comfort),是否是振動小、噪音低。

5.      Reliability design 可靠度設計品質(Quality)很好之外,開車最注重的就是不要不預期的故障,不希望車子發不動、零組件損壞等。這就是可靠度(Reliability)的需求。

6.      Brand design 品牌設計:當一部汽車有良好的功能(Function)安全(Safety)性能(Performance)品質(Quality)可靠度(Reliability),這就是品牌(Brand)的口碑,要達到品牌(Brand)的口碑,在在需要系統工程(system engineering)的設計技術。

 

由以上一部汽車的舉例說明,來看工程設計(Engineering Design)六個階段(six stages),都直接或間接的需要NVH振動噪音】相關技術。

 

而且,不只是汽車,不管是一部機器、一項產品、一個結構的工程設計,也都可套用這六個階段(six stages)的設計思考。

 

除了以上六個階段(six stages)設計之外,還有甚麼面向的設計(Design)呢?列舉如下:

 

1.      Design for Manufacturing (DFM) 針對製造的設計:有好的設計(Design),當然也要能夠製造得出來。

2.      Design for Assembly (DFA) 針對組裝的設計:對於機器、產品、結構的組裝,就算是少一顆螺絲,都是可以降低時間、成本。

3.      Design for Reliability (DFR) 針對可靠度的設計:許多產品是會受到衝擊與振動(shock and vibration),在在需要納入可靠度(Reliability)的設計考慮。

4.      Design for Low Noise & Vibration 針對低振動噪音設計:顧名思義,可以知道有許多產品不希望有大的振動噪音,所以需要納入低振動噪音(Low Noise & Vibration)的設計考慮。

 

還有其他的設計考慮嗎?Design for what? 有的,如輕量化設計(Lightweight design),如果能對一部汽車、機器、產品、結構減輕重量,又能達到原有的功能(Function)安全(Safety)性能(Performance)品質(Quality)可靠度(Reliability),就是品牌(Brand)的保證。

 

綜合一下這個單元的討論:工程設計(Engineering Design)六個階段(six stages),都需要振動噪音技術嗎?是的。總結如下:

 

1.      工程設計(Engineering Design)六個階段(six stages),包括:(1)功能(Function)(2)安全(Safety)(3)性能(Performance)(4)品質(Quality)(5)可靠度(Reliability)(6)品牌(Brand)

2.      以一部汽車為例,討論車輛設計(vehicle design)六個階段(six stages)

3.      也列舉一些不同面向的設計(Design),包括:(1) DFM:針對製造的設計(Design for Manufacturing)(2) DFA:針對組裝的設計(Design for Assembly)(3) DFR:針對可靠度的設計(Design for Reliability)(4) DFN&V:針對低振動噪音設計(Design for Low Noise & Vibration)(5) 輕量化設計(Lightweight design)

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2026.08.17

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《振動噪音科普專欄》動力學和振動學有甚麼不同嗎?

 

這個單元要來探討的主題是:動力學振動學有甚麼不同嗎?What’s the difference between Dynamics vs. Vibration?

 

動力學,就是Dynamics,以及振動學就是Vibration。本質上,可以說是相同的!主要的理論基礎,都是牛頓第二定律(Newton’s second law)𝒇=𝒎𝒂外力 = 質量 X 加速度

 

如果,動力學Dynamics振動學Vibration,本質上是相同,那為什麼要區別出這兩個名詞呢?兩者之間有甚麼差異呢?

 

首先,參閱圖片左邊下方圖示,Vehicle Dynamics車輛動力學。一部汽車的行進,如加速(accelerating) 煞車(braking)、或轉向(handling)性能等,這是巨觀的(macroscopic)車子響應,在看車子行進狀態的運動行為。

 

例如:車子由靜止到時速100公里,需要幾秒的加速性能?高速行駛,煞車性能需要多長距離?車子直行的左右轉、彎道的操控性能如何?這就是動力學Dynamics,看車子巨觀的(macroscopic)動態響應、動態行為。

 

另一方面來看,參閱圖片左邊最下方圖示,一部汽車會有所謂的NVH,也就是Noise, Vibration, Harshness,可以說是【振動噪音不平順度】、【聲振粗糙度】,或簡稱【振動噪音】。例如:車子的引擎(engine)就是車子的振動源、噪音源,就是Source。透過結構路徑(Path),從車架、座椅、人體傳遞振動,甚至引發噪音。因此,振動Vibration呢,可以說是微觀的(microscopic)動態響應。

 

所以,以汽車為例,要探討行駛品質(ride quality)或是行駛舒適度(ride comfort),就是振動Vibration的議題。又甚至振動引發的結構疲勞破壞(fatigue failure)問題,都是需要透過振動學Vibration的分析探討。

 

以汽車為例,可以歸納來說,動力學Dynamics是觀察探討巨觀的(macroscopic)動態響應,如加速、煞車、轉向等等的動態行為。而,振動學Vibration是觀察探討微觀的(microscopic)動態響應,如車架、車身、座椅等等的結構振動。

 

再參閱圖片右邊下方圖示,來看一個飛彈的動力學Dynamics振動學Vibration。如果,看的是飛彈的飛行路徑、彈道控制等飛行過程的動態行為,這就是動力學Dynamics

 

甚麼是飛彈的振動Vibration呢?我們知道,飛彈是透過燃料的燃燒爆炸產生推動力,產生的震波是會使得飛彈結構產生振動Vibration,飛彈中的晶片、電子零件、彈體結構,都需要振動學Vibration的分析探討。

 

從以上汽車、飛彈的舉例說明,可以瞭解到:動力學Dynamics是看汽車、飛彈的巨觀的(macroscopic)動態響應、動態行為。而,振動學Vibration呢,可以說是看汽車、飛彈結構的微觀的(microscopic)動態響應以及結構設計。

 

綜合一下這個單元的討論:動力學振動學有甚麼不同嗎?What’s the difference between Dynamics vs. Vibration? 總結如下:

 

1.      動力學Dynamics振動學Vibration,本質上是相同。主要的理論基礎,都是牛頓第二定律(Newton’s second law)𝒇=𝒎𝒂外力 = 質量 X 加速度

2.      動力學振動學有甚麼不同?(1) 動力學Dynamics是看汽車、飛彈的巨觀的(macroscopic)動態響應、動態行為。(2) 振動學Vibration,可以說是看汽車、飛彈結構的微觀的(microscopic)動態響應以及結構設計。

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2026.08.11

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