《振動噪音科普專欄》處理機器/產品/結構振動噪音問題的心法

 

這個單元要來探討的主題是:處理機器/產品/結構振動噪音問題的心法。

 

為什麼要看這個主題呢?因為過去幾篇專欄,都圍繞著、以心法來處理結構振動噪音的問題。這個單元就綜合性的來看如何引用、應用心法。

 

首先,就從【關鍵詞分析】(keyword analysis)的心法,著手拆解這個主題的關鍵詞(keyword):

 

l   處理:

l   機器/產品/結構:

l   振動噪音問題:

l   心法:

 

由主題的【處理】,可以採用3W心法,如下順序:

 

1.          Why to do? 為什麼?

2.          What goals? 甚麼目標?

3.          How to do? 如何進行?

 

也就是,思考要【處理】一個專案的為什麼?甚麼目標?如何進行?

 

其次,主題的【機器/產品/結構】,可以採用3K心法,也就是SCR心法,如下順序:

 

1.      Know What?瞭解現象Situation。

2.      Know Why?探討原因Cause。

3.      Know How?尋求對策Resolution。

 

也就是,針對要【處理】的【機器/產品/結構】,需要去瞭解其內容與需求。例如,如圖片左下方,圖示的轉子系統,有馬達、聯軸器、轉軸。通常,會在圖示的4個位置,安裝量測的感測器。

 

對這樣的轉子系統,可以採用SPR系統方塊圖(system block diagram)心法,來認知、瞭解一個結構系統的特性。

 

參閱圖片上方,左側的ISO / SPR / FGMBIR「系統方塊圖」(system block diagram),簡要說明如下:

 

1.          ISO「系統方塊圖」(ISO system block diagram):就是「系統方塊圖」的基本定義,包括:輸入Input、系統System、輸出Output。

2.          SPR「系統方塊圖」(SPR system block diagram):在進行振動分析,常會使用的名詞是SPR,本質上,和ISO是相同的。包括:激振源Source、路徑Path、響應Response。傳統上,命名R是收受者Receiver,在此,命名R是響應Response。

3.          FGMBIR物理域「系統方塊圖」(physical domain system block diagram):FGMBIR是很重要的【心法】,包括:外力Force、幾何Geometry / 材料Material / 邊界Boundary / 接觸介面Interface、響應Response。對應於Input、Source,就是外力Force。對應於System、Path,就是GMBI。對應於Output,就是響應Response。而,一般有興趣的響應Response,例如:位移(displacement)、應變(strain)、應力(stress)、速度(velocity)、加速度(acceleration)。

 

再參閱圖片上方,右側的物理域、模態域、頻率域,亦即Physical / Modal / Frequency Domain「系統方塊圖」(system block diagram)。認知:

 

1.      每一個結構,都有振動模態(vibration modes),是一個結構的固有特性。

2.      每一個振動模態,會有三個模態參數(modal parameters),包括:𝒇𝒓=自然頻率(natural frequency)、𝝓𝒓=模態振型(mode shape)、𝝃𝒓=模態阻尼比(modal damping ratio)。

3.      結構系統的GMBI,會影響、改變結構振動模態:𝒇𝒓、𝝓𝒓、𝝃𝒓。

 

接著,主題的【振動噪音問題】,如果,是振動問題,是振動大、還是異常的振動?如果,是噪音問題,是噪音大、還是異常的噪音、異音/異響?

 

這時,可以採用4個What的心法,自我詢問一下,藉以思考規劃後續的工作專案:

 

1.      What to know? 想要知道甚麼?

2.      What to get? 需要得到甚麼?

3.      What to do? 必需做甚麼?

4.      What to show? 應該呈現甚麼?

 

最後,來到主題的【心法】,應用的順序,建議如下:

 

1.          3K = SCR:應用3K心法,來建立專案。

2.          3W:應用3W心法,進行專案規畫的思考。

3.          MADI:應用MADI心法,規劃處理NVH問題的解析步驟。

4.          FSMIVCI – FCAIVCI:應用FSMIVCI – FCAIVCI心法,進行系統化的NVH問題解析流程。

5.          SPR-test & SPR-analysis:以SPR的test以及SPR的analysis心法,進行實驗量測以及理論分析。

 

由先前單元:#495:【如何應用3K心法,建立、執行、驗收【馬達振動試驗失效】改善專案?】,就是採用3K心法,來建立專案,並探討了執行與驗收的改善專案。

 

建立專案的同時,也要以3W心法,進行專案規畫的思考。再次,確認:(1) 為什麼要執行這個專案?(2) 執行這個專案要達到甚麼目標?(3) 如何進行、執行這個專案?

 

那麼,如何進行、執行這個專案呢?就可以應用MADI心法,規劃處理NVH問題的解析步驟。其中,MADI是:

 

(1) Measurement量測

(2) Analysis分析

(3) Diagnosis診斷

(4) Improvement對策

 

要處理結構NVH問題,MADI也是重要的心法。分成4個階段,缺一不可,是有邏輯性的思維、考慮。讀者可參考先前單元,#164:【產品振動噪音之量測、分析、診斷與對策 MADI for Product Noise and Vibration】。

 

其中,MADI心法和3K心法的關聯性,可以對應如下:

 

l   (1) Measurement量測,(2) Analysis分析,相當於是3K心法:(i) Know What?瞭解現象。

l   (3) Diagnosis診斷,相當於是3K心法:(ii) Know Why?探討原因。

l   (4) Improvement對策,相當於是3K心法:(iii) Know How?尋求對策。

 

其中,(ii) Know Why?探討原因,比(iii) Know How?尋求對策,更重要!因為,必須真正的 Know Why,才能找到有效的Know How!

 

接著,#493:【如何應用FSMIVCI及FCAIVCI心法於【馬達振動試驗失效】的現象、原因探討與改善對策?】,就是採用FSMIVCI – FCAIVCI心法,進行系統化的NVH問題解析流程。參閱圖片右下方,為對應的流程圖,一是實驗方法的【F-S-M-I-V-C-I】,一是分析方法的【F-C-A-I-V-C-I】,簡單的定義說明如下:

 

1.          Function:功能/目的。

2.          Analytical approach分析方法:

(1)       CAE(FEA):電腦輔助工程分析(computer aided engineering, CAE),有限元素分析(finite element analysis, FEA)。

(2)       Analysis:分析。

2.          Experimental approach實驗方法:

(1)       Sensor:感測器。

(2)       Measurement:量測。

3.          Index:指標、評估指標、性能指標。

4.          Value:指標對應的數值。

5.          Criterion:指標對應的允收標準。

6.          Improvement:因應對策及改善作業。

(1)       分析手法:進行虛擬測試(virtual testing, VT)。

(2)       實驗手法:進行試誤法(trial-and-error method)。

 

其中,重要的就是Index指標。簡單來說,如果是振動,Index指標,可採用ISO 10816-3的Vrms,即速度平方平均根。如果是噪音,Index指標 就是Lp (dBA),即聲音壓力位準(sound pressure level, SPL),取A-加權的分貝值,即dBA。

 

當【機器/產品/結構】的Index指標,其Value數值,超過了Criterion允收標準,當然就是NG,需要啟動Improvement因應對策及改善作業,達到Criterion允收標準的要求。

 

在採用實驗量測或理論解析,參閱圖片中間下方圖示,就會採用SPR的test以及SPR的analysis心法,如先前單元:#492:【如何應用SPR心法於【馬達振動試驗失效】的現象、原因探討與改善對策?】。這是有順序、步驟的、結合實驗與分析的手法,進行處理NVH問題。

 

綜合這個單元的討論:處理機器/產品/結構振動噪音問題的心法。本單元中提到的心法,彙整摘錄如下:

 

1.      【關鍵詞分析】(keyword analysis)的心法。

2.      3W心法。

3.      3K心法,也就是SCR心法。

4.      MADI心法。

5.      FSMIVCI – FCAIVCI心法。

6.      4個What心法。

7.      SPR系統方塊圖(system block diagram)心法。

8.      SPR-test & SPR-analysis心法。

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2026.09.24


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