馬歇爾的工程師使用MSC Apex仿真呼吸機(jī)幫助度過(guò)新冠肺炎危機(jī)
上圖：19世紀(jì)50年代小兒麻痹癥疫情期間的負(fù)壓呼吸機(jī)，
通常稱為“鐵肺”
由于時(shí)間緊迫，需要快速開(kāi)發(fā)，為了盡快地交付樣機(jī)，馬歇爾的工程師需要平行地進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和制造。
從19世紀(jì)初期到中期，小兒麻痹癥席卷全球，急需一種人工呼吸器來(lái)幫助無(wú)法靠自己呼吸的患者。
當(dāng)時(shí)的工程師通過(guò)開(kāi)發(fā)一款機(jī)械呼吸機(jī)來(lái)幫助他們，這款呼吸機(jī)被稱為“鐵肺”。
和那時(shí)相比，現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展了很多，但是呼吸系統(tǒng)疾病仍然存在。
新冠肺炎疫情的大爆發(fā)將這種情況更加凸顯了出來(lái)，并引發(fā)了此類的需求，因?yàn)橐恍﹪?yán)重的病患在病情惡化時(shí)需要呼吸機(jī)來(lái)幫助呼吸。
圖2：“ Exovent”負(fù)壓呼吸機(jī)的早期效果圖，與19世紀(jì)50年代相比，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和成本
英國(guó)政府給了航空航天與國(guó)防行業(yè)一個(gè)挑戰(zhàn)，要求快速開(kāi)發(fā)出現(xiàn)代版的“鐵肺”，并研發(fā)可幫助挽救全球生命的呼吸機(jī)。 位于英國(guó)劍橋的馬歇爾航空航天與國(guó)防集團(tuán)對(duì)這一挑戰(zhàn)做出了回應(yīng)，并組織了一個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
由于時(shí)間緊迫，需要快速開(kāi)發(fā)出來(lái)。
為了盡快地交付樣機(jī)，馬歇爾的工程師需要平行地進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和制造。
因此，設(shè)計(jì)方案幾乎每天都在更迭，工程仿真團(tuán)隊(duì)需要跟上這樣的快節(jié)奏。
MSC Apex能夠應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)并為馬歇爾的工程師提供快速的分析結(jié)果，幫助他們開(kāi)發(fā)可靠的、安全的呼吸機(jī)并迅速交付來(lái)挽救生命。
馬歇爾的工程師首先關(guān)注到的是MSC Apex的網(wǎng)格劃分功能以及網(wǎng)格再劃分和幾何清理的速度。 這可以幫助應(yīng)力分析團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)方案快速更迭的環(huán)境中完成所需的仿真任務(wù)。
“我們已經(jīng)設(shè)置好了一個(gè)仿真，并且可以在4個(gè)小時(shí)內(nèi)運(yùn)行完成，這在以前通常都需要花費(fèi)一周的時(shí)間。這個(gè)模型簡(jiǎn)化了加載和約束，節(jié)省了幾何清理和網(wǎng)格劃分的時(shí)間。”馬歇爾航空航天與國(guó)防集團(tuán)首席應(yīng)力工程師Ian Debenham說(shuō)。
在進(jìn)一步了解產(chǎn)品之后，他們發(fā)現(xiàn)，Apex在CAD模型和網(wǎng)格之間架起橋梁，其劃分的網(wǎng)格可以在修改模型后實(shí)現(xiàn)更迭，并且Apex提供的模型通過(guò)MSC Nastran求解器運(yùn)行后成功得到驗(yàn)證， Apex可以快速對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，無(wú)需從頭重建仿真模型。
“我們?cè)跇?gòu)建好了呼吸機(jī)的樣機(jī)后，能夠在設(shè)計(jì)和制造的同時(shí)進(jìn)行仿真的修正，幫助在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)驗(yàn)收時(shí)提供實(shí)時(shí)的響應(yīng)。” -馬歇爾航空航天與國(guó)防集團(tuán)首席應(yīng)力工程師Ian Debenham
因此，鐵肺被重新開(kāi)發(fā)出來(lái)，并被稱為“ The Exovent”，其樣機(jī)在極短的時(shí)間內(nèi)交付給了國(guó)家衛(wèi)生局（NHS）。
在研發(fā)此項(xiàng)目之前，通常使用常規(guī)的間歇性正壓通氣機(jī)（IPPV），該機(jī)需要對(duì)患者氣管進(jìn)行插管（這意味著必須注射鎮(zhèn)靜劑，有時(shí)甚至要麻醉），同時(shí)擠壓他們的胸部來(lái)使空氣吸進(jìn)和呼出。由馬歇爾航空航天與國(guó)防集團(tuán)開(kāi)發(fā)的負(fù)壓呼吸機(jī)（NPV）不需要這種侵入性的操作，患者可以保持意識(shí)，口服藥物和食物（而不是輸液），并且使用呼吸機(jī)后還能夠說(shuō)話。
MADG通過(guò)這些經(jīng)驗(yàn)增加對(duì)醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量程序的了解，未來(lái)也可支持與陸軍和空軍（Medevac，CT掃描儀和野戰(zhàn)醫(yī)院）有關(guān)的醫(yī)療系統(tǒng)工作 。
我們已經(jīng)安排好了一個(gè)仿真，并且可以在4個(gè)小時(shí)內(nèi)運(yùn)行完成，這在以前通常都需要花費(fèi)一周的時(shí)間。這個(gè)模型簡(jiǎn)化了加載和約束，節(jié)省了幾何清理和網(wǎng)格劃分的時(shí)間。
-馬歇爾航空航天與國(guó)防集團(tuán)首席應(yīng)力工程師Ian Debenham
圖 3: 馬歇爾航天與國(guó)防集團(tuán)建造的工程樣機(jī)
圖 4: Exovent樣機(jī)的MSC Apex結(jié)構(gòu)分析模型
