Simcenter Testlab NVH測定/解析ソフトウェア 〜Simcenter Testlab 完全ガイド：騒音・振動・耐久性試験の統合プラットフォーム〜 ｜ Siemens

Simcenter Testlab（旧称LMS Test.Lab）は、騒音・振動・耐久性試験向けのデータ収集および解析ソフトウェアです（図1）。 本ページではSiemensが提供するNVH測定/解析ソフトウェアTestlabをご紹介します。

Simcenter Testlabは、音響、回転機械、構造力学、振動制御、耐久性、そして高速スループットデータの解析といった多岐にわたる分野のモジュールを備えた統合ソフトウェアです。本ソフトウェアは、試験チャネルの最適化された設定から、文書化、測定結果の検証、レポート作成、さらにはチーム内での結果共有まで、試験プロセス全体を一貫してサポートします。

製品構成としては、従来の「Simcenter Testlab」と、次世代版「Simcenter Testlab Neo」の2つのバリエーションがあり、これらはセットで提供されます。実際のデータ取得においては専用の「Simcenter SCADAS」ハードウェアと密接に連携し、Windows PCベースの環境で動作します。また、運用環境に合わせて、ノードロック、フローティング、固定ライセンス、さらには柔軟性の高いトークンライセンスなど、多様なライセンスオプションから選択することが可能です。

図1：Simcenter Testlabソフトウェアモジュールには、音響解析、モード解析、伝達経路解析、閉ループ振動制御など様々な機能が含まれます。

1. Simcenter Testlabで実施可能な試験の種類

1.1 構造動特性試験

Simcenter Testlabは構造物の動的挙動を特定するために使用できます（図2）。

図2: 構造力学試験用 Simcenter Testlab

Simcenter Testlabの構造力学機能には以下が含まれます：

• 周波数応答関数を収集するための衝撃試験。
• 複数入力・複数出力（MIMO）シェーカー試験（スイープおよびステップ正弦波、ノーマルモード試験を含む）
• モーダル解析、動作たわみ形状、オーダーベースモーダル解析、動作データベースモーダル解析、および地上振動試験
• Simcenter Testlab 変更予測による、実験的モーダルモデルに対する質量、剛性、減衰の追加または除去の影響の計算
• 実験モード解析結果はシミュレーション結果と比較可能。例：NASTRANのFRFおよびモードをSimcenter Testlabで計測結果と比較可能

1.2 音響試験

Simcenter Testlabの音響試験は、マイクロホン録音、材料試験、音響指標評価から音源定位まで多岐にわたります（図3）。

図3：Simcenter Testlabの音響機能は、バイノーラル録音から音圧レベル測定、材料試験、音源定位に至るまで多岐にわたる。

音響機能には以下が含まれます：

• マイクロホンおよびバイノーラル録音
• 音質指標（ラウドネス、ラフネス、プロミネンス比など）およびジュリーテスト
• 材料・部品試験（例：透過損失および吸音率）
• 音響パワー試験および音圧レベルソフトウェアモジュール
• アレイベースのホログラフィーと焦点化、音源定位
• 通過騒音試験（外部・内部両方を含む）

1.3 伝達経路解析

Siemensは、振動音響問題に対してソース-パス-レシーバー（またはソース-トランスミッター-レシーバー）アプローチを活用しています。騒音と振動は構造伝播、空気伝播、またはそれらの組み合わせであり、複数の発生源、伝播経路、および受容体を持つ可能性があります（図4）。

図4: Simcenter Testlabの伝達経路解析で、不要な騒音や振動の最大の要因を明らかにします。

Simcenter Testlab 伝達経路解析 は以下の課題に対するソリューションを提供します：

• 単一または複数参照（例：ロードノイズ）伝達経路解析（TPA）
• Qsource加振器による迅速な相互FRF測定
• 経路のインタラクティブリスニングのための時間領域TPA
• 動作経路解析
• ブロックドフォースおよび成分伝達経路解析
• 仮想プロトタイプアセンブリ（VPA）

1.4 回転機械

オーダ、ねじり振動、バランス問題について、Simcenter Testlab Signature Testingモジュールは、回転機械の動的問題を解析するために使用できます（図5）。

図5：Simcenter Testlab Signatureで、実験室と現場の両方における回転機械の動的特性に関する知見を得ます。

回転機械の動的問題を解析するために、以下のオプションが利用可能です：

• オーダートラッキング：ウォーターフォール、カラーマップ、オーダー、周波数セクション、オクターブマップなどを含む
• 単一および二重平面バランス調整：不均衡問題への対応
• ねじり振動解析：アニメーション、ゼブラテープ補正などを含む
• 角度ドメイン処理：データを時間ではなくサイクル/回転領域で表示
• 燃焼解析：効率と騒音のトレードオフ研究

1.5 耐久性試験

製品の寿命はどのくらいですか？Simcenter Testlab Durabilityは負荷の取得と解析に使用できます（図6）。

図6：Simcenter SCADAS Mobile計測ハードウェアを用いた実験室および現場でのロードロード耐久性試験。

Simcenter Testlabの耐久性試験は、取得から解析までを網羅します：

• ひずみゲージの測定や、力、速度、変位などのその他の重要パラメータの測定
• フィルタリングによる高周波ノイズや低周波ドリフトの除去、スパイクの除去など
• レインフローカウントによる負荷のサイクル分解
• 応力寿命、ひずみ寿命、または無限寿命を用いた製品の疲労寿命の理解
• 実使用条件とかけ離れた破壊モードを発生させることなく、耐久性試験を加速する
• 試験設計のための疲労損傷スペクトル

1.6 振動制御と環境試験技術

振動制御試験は、製品および部品の認定に使用され、過酷な環境下での生存性と動作を保証します（図7）。

図7：Simcenter Testlabで利用可能な振動制御モードには、ショック、ランダム、正弦波、ランダム上の正弦波、正弦波滞留、音響制御などがあります。

Simcenter Testlabの振動制御モジュールには以下が含まれます：

• 事前テストセルフチェックにより、振動発生装置や試験対象物への不要な損傷を防止
• 閉ループランダム制御および正弦波制御試験
• ランダム波形とランダム波形の同時試験、正弦波とランダム波形の同時試験などを含む複合モード試験
• 正弦波ノッチングおよびランダム応答制限
• トラッキング正弦波滞留による共振点試験
• 単一軸波形複製による正確な時間履歴再現
• 複数方向への複数加振器適用による多軸試験で認定試験時間を短縮
• 過渡振動事象を再現する衝撃応答試験
• 直接場音響騒音試験（DFAN）

1.7 大容量データの高速スループット試験

高速スループット試験は、通常は高チャネル数計測システムを用いて大量の時間データを取得するために用いられる。代表的な例として、タービン試験、ジェットエンジン試験、風洞試験が挙げられます（図8）。

図8：高速スループットシステムは、ジェットエンジン、タービン、風洞試験などの要求の厳しい用途で使用されています。

高速スループット試験システムの構成要素には以下が含まれます：

• 高チャネル数Simcenter SCADASシステム
• 分散型またはマルチマスター構成
• 独立同期型データ収集ノードとデータサーバーバックアップ
• 監視および警報ステーション

2. Simcenter Testlabの主な機能

2.1 Simcenter Testlab Neo: 表示とガイドミー

Simcenter Testlab Neoの最近のリリースにより、ユーザータスクフローと効率性が向上しました。このプラットフォームは、即時データアクセスと自動表示を通じてユーザーエクスペリエンスとインターフェースをさらに改善することを目的として開発されました（図9）。

図9: Simcenter Testlab Neoでデータを選択すると、即座に表示されます。

Simcenter Testlab Neoには、テスト作業の自動支援を行う「ガイドミー」ボタンも搭載されています（図10）。右下の「ガイド」ボタンをクリックすると、指定されたタスクの各ステップが1つずつ順に実行されます。

図10: ガイドミーボタン（右下）をクリックすると、Simcenter Neoのユーザーはタスクを自動的に案内されます。

2.2 Simcenter Testlab: ワークフロー

過去20年にわたり開発されてきたSimcenter Testlabは、シンプルな直線的なワークフローと使い慣れたレイアウトを提供します。データ収集の全ステップをユーザーに案内し、データのプロット、テストキャンペーン間の結果比較、結果分析を容易にします。

各ワークフローのタスクバーには通常、「ドキュメンテーション」と「ナビゲーター」が含まれます。ドキュメンテーションでは、一般的なテスト設定や技術メモなどのレポートのアップロード、テスト技術者の割り当て、文書・画像・レポートのMicrosoft Officeへのインポート/エクスポートが可能です（図11）。

図11：Simcenter Testlabドキュメンテーションワークシートには、写真、コメント、その他の属性を追加できます。

Simcenter TestLabのオリジナルバージョンでは、アドインアプリケーションモジュールまたは希望するテストの種類に応じて、カスタマイズ可能なワークフロータスクバーを通じてユーザーをガイドします（図12）。これらのカスタムワークフローはタスクファイルとして保存できます。タスクファイルをクリックすると、テストオペレーター向けにテスト設定と手順が既に設定されています。

図12：音響診断のワークフロータスクバーの例。

2.3 取得中の処理

Simcenter Testlabは、データをリアルタイムで計測・処理することで試験プロセスを最適化します（図13）。

図13：Simcenter Testlabでは、スループット時間データを記録しながらリアルタイムでデータを処理できます。

オンライン処理を利用することで、ユーザーは以下のことが可能です：

• データの取得と監視を同時に行いながら検証する
• 生の時間データを取得しながらデータを処理する
• リアルタイム表示を使用して、入力されるデータの最新情報を把握する
• 参照データや過去に保存された実行結果と新規データを比較して表示する

Simcenter Testlabは、これらすべてを単一の実行で同時に実行するよう設定でき、テスト全体の時間を短縮します。テストエンジニアは、追加の処理や分析のために数週間待つ代わりに、結果を即座に得ることができます。

2.4 データ解析

測定が完了すると、Simcenter Testlabは様々な解析と処理を提供します（図14）。

図14: Simcenter Testlabの処理には、耐久性解析、モード解析、スペクトル解析、ウォーターフォール解析、オーダー解析などが含まれます。

オフライン処理と分析には以下が含まれます：

• オフラインCANBUS または RPM抽出ツール
• 音響診断ツールにより、測定後の追加フィルタリングと音響指標の評価が可能
• タイムシグナル計算ツールは、パルス幅変調制御信号のデューティサイクルや搬送周波数の定量化など、測定後の時間ファイルデータの計算に使用できます
• 測定されたFRFデータのモーダルカーブフィッティング
• 実稼働変形アニメーション
• 疲労損傷計算

2.5 アクティブピクチャ

レポートは、Active Pictures を Microsoft Office 文書にエクスポートし、埋め込まれたデータと共に非 Testlab ユーザーと簡単に共有できます。これにより、Testlab 外でさらなる基本分析を実行できます（図 15）。

図15: Simcenter Testlab Active Pictureを使用すれば、ライセンスなしでWordやPowerPointなどでグラフをアクティブ化できます。

レポート内のアクティブピクチャをダブルクリックすると、ユーザーはTestlab表示の全機能（カーソル操作、ズーム、積分、平滑化など）を利用できます。アクティブピクチャの使用にはライセンスは不要です。TestlabがインストールされていないPCには、無料のプラグインをダウンロードしてインストールできます。

2.6 シミュレーションとテストの統合

Simcenter Testlabは、Simcenter 1D Amesim、Simcenter Nastran、Simcenter 3Dを含むシミュレーションコードと連携します：

• テスト結果をシミュレーション結果と比較できます。例えば、NASTRANのFRF（周波数応答関数）とモード形状を、測定されたFRFとモード形状と比較できます
• シミュレーションデータはTestlabアルゴリズムで処理可能です。例えば、Simcenter Amesimシミュレーションモデルの時間履歴をTestlabで直接処理できます
• モデルはテストデータ処理時に仮想チャネルとして利用可能です。例えば、ファンクショナル・モックアップ・インターフェース（FMI）をSimcenter Testlab Neoプロセスデザイナーで使用できます

3. Simcenter Testlabへの信号入力方法

センサはSimcenter SCADASフロントエンドによって調整され、データが取得されます。SCADASハードウェアはアナログ変換器をデジタル信号に変換でき、サンプリング周波数は最大204.8 kHzまで対応します（図16）。 SCADASハードウェアは、マイクロホン、加速度計、ひずみゲージ、ストリングポット、タコメーター、CANバス、カメラ、GPS、熱電対など、多種多様な変換器を読み取るように装備できます（図17）。

図16: Simcenter SCADASハードウェアはモジュール式であり、あらゆるアプリケーション向けに構成可能です。

図17：代表的なセンサーには、加速度計、マイクロホンおよびアレイ、ひずみゲージ、変位、力、トルク、流量、圧力、熱電対、電圧、電流、タコメーター、アナログ出力、DAC、デジタル（CANバス、FlexRay）、S/PDIF、速度、カメラ、車輪力トランスデューサ、バイノーラルヘッドセットまたは人工頭部、GPSなどがあります。

4. Simcenter Testlabがサポートするファイル形式

最後に、Simcenter Testlabはオープンなソフトウェアプラットフォームであり、多種多様なファイル形式のエクスポート/インポートおよび読み込みが可能です（図18）。

図18: Simcenter Testlabで、エクスポートファイル形式のデータ上で右クリックします

ファイル形式には以下が含まれます:

• Simcenter タイムファイル (*.ldsf)
• Simcenter Testlab プロジェクト (*.lms)
• CADA-X データベース (*.idx)
• Excel、ASCII、CSV (*.xlsx、*.xls、*.csv)
• WAV (*.wav)
• ユニバーサルファイル (*.unv、*.uff)
• RPC3 (*.rsp)
• 標準データファイル (*.sdf および *.dat)
• Matlab (*.mat)
• TEAC TAFFmat (*.hdr)
• NASTRAN (*.pch、*.bdf、*.op2)
• ANSYS (*.rst)
• ABAQUS (*odb)
• Simcenter3D モーション結果ファイル (*.mres)
• Simcenter Amesim (*.ame)
• I-DEAS (*.ati、*.afu、*.ash)
• ASAM-ODS (*.atfx)
• MDF 3.0 以上 (*.mdf、*.dat)
• GPS (*.nmea および *.kml)
• IST RigSys (*.dmd、*.drv、*.acq、*.tgt)
• その他…

5. Simcenter Testlabのライセンス

Simcenter Testlabを実行するにはライセンスが必要です。ライセンスオプションには以下が含まれます：

• ノードロック、USBキーロック、フローティング – ライセンスは特定のPCに割り当て（ノードロック）、PC間で移動可能なUSBキーに割り当て（USBキーロック）、または中央PCから提供（フローティング）できます。
• 固定ライセンスとトークンベース – Simcenter Testlabソフトウェアはモジュール式です。個々の固定ライセンスモジュールを個別に購入するか、ライセンスをトークンとして購入できます。

図19: Simcenter Testlabのライセンスは、PCにノードロック、USBキーに紐付け、または中央サーバーからフローティングライセンスとして提供できます。