马歇尔航空航天与国防集团借助MSC Apex仿真“铁肺”
来源: | 作者:荟奇安科技 | 发布时间: 2020-11-27 | 1911 次浏览 | 分享到:

上图:19世纪50年代小儿麻痹症疫情期间的负压呼吸机,

通常称为“铁肺”


由于时间紧迫,需要快速开发,为了尽快地交付样机,马歇尔的工程师需要平行地进行设计、分析和制造。

从19世纪初期到中期,小儿麻痹症席卷全球,急需一种人工呼吸器来帮助无法靠自己呼吸的患者。当时的工程师通过开发一款机械呼吸机来帮助他们,这款呼吸机被称为“铁肺”。

和那时相比,现在的技术发展了很多,但是呼吸系统疾病仍然存在。新冠肺炎疫情的大爆发将这种情况更加凸显了出来,并引发了此类的需求,因为一些严重的病患在病情恶化时需要呼吸机来帮助呼吸。


图2:“ Exovent”负压呼吸机的早期效果图,与19世纪50年代相比,极大地简化了设计和成本

挑战

英国政府给了航空航天与国防行业一个挑战,要求快速开发出现代版的“铁肺”,并研发可帮助挽救全球生命的呼吸机。 位于英国剑桥的马歇尔航空航天与国防集团对这一挑战做出了回应,并组织了一个团队来进行开发。

由于时间紧迫,需要快速开发出来。为了尽快地交付样机,马歇尔的工程师需要平行地进行设计、分析和制造。因此,设计方案几乎每天都在更迭,工程仿真团队需要跟上这样的快节奏。MSC Apex能够应对这个挑战并为马歇尔的工程师提供快速的分析结果,帮助他们开发可靠的、安全的呼吸机并迅速交付来挽救生命。

解决方案/验证

马歇尔的工程师首先关注到的是MSC Apex的网格划分功能以及网格再划分和几何清理的速度。 这可以帮助应力分析团队在设计方案快速更迭的环境中完成所需的仿真任务。

“我们已经设置好了一个仿真,并且可以在4个小时内运行完成,这在以前通常都需要花费一周的时间。这个模型简化了加载和约束,节省了几何清理和网格划分的时间。”马歇尔航空航天与国防集团首席应力工程师Ian Debenham说。

在进一步了解产品之后,他们发现,Apex在CAD模型和网格之间架起桥梁,其划分的网格可以在修改模型后实现更迭,并且Apex提供的模型通过MSC Nastran求解器运行后成功得到验证, Apex可以快速对设计进行修改,无需从头重建仿真模型。

“我们在构建好了呼吸机的样机后,能够在设计和制造的同时进行仿真的修正,帮助在产品结构验收时提供实时的响应。” -马歇尔航空航天与国防集团首席应力工程师Ian Debenham

因此,铁肺被重新开发出来,并被称为“ The Exovent”,其样机在极短的时间内交付给了国家卫生局(NHS)。



结果

在研发此项目之前,通常使用常规的间歇性正压通气机(IPPV),该机需要对患者气管进行插管(这意味着必须注射镇静剂,有时甚至要麻醉),同时挤压他们的胸部来使空气吸进和呼出。由马歇尔航空航天与国防集团开发的负压呼吸机(NPV)不需要这种侵入性的操作,患者可以保持意识,口服药物和食物(而不是输液),并且使用呼吸机后还能够说话。



MADG通过这些经验增加对医疗设备质量程序的了解,未来也可支持与陆军和空军(Medevac,CT扫描仪和野战医院)有关的医疗系统工作 。

我们已经安排好了一个仿真,并且可以在4个小时内运行完成,这在以前通常都需要花费一周的时间。这个模型简化了加载和约束,节省了几何清理和网格划分的时间。


-马歇尔航空航天与国防集团首席应力工程师Ian Debenham




图 3: 马歇尔航天与国防集团建造的工程样机


图 4: Exovent样机的MSC Apex结构分析模型