Drager Medical——利用SOLIDWORKS 令重病护理设备的设计时间减半

寂静天花板

Dräger 是麻醉与重病护理设备的世界领先厂商。在设计和制造如此至关重要的产品时，设计工程师始终都要面临的挑战是他们的产品必须满足热力、强度和流体等各方面的 严格规范。这在 Dräger 显得尤为重要，因为此类失误可能会对患者的安全和护理带来负面影响。通过实际原型对新产品设计进行试验和测试的方法尽管有效，却成本不菲，而且很耗时间。 为了实现将产品开发周期缩短 50% 的目标，Dräger Medical 使用SOLIDWORKS® Simulation 和 SOLIDWORKS Flow Simulation 分析其设计并减少需要建立的实际原型数量。
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“当我们发现 SOLIDWORKS Simulation 可以大大节省时间和成本后，很快便决定在 Dräger部署 SOLIDWORKS Simulation。”开发工程师 Karsten Hoffman 说。这一转变发生在设计用于麻醉设备的新型输氧系统（以便为神智不清的患者供应氧气和麻醉剂）的过程中。该系统将呼出的二氧化碳吸入石灰中并重新生成富含 氧气的气体回流给患者。出于成本和质量的考虑，公司决定不再使用铝来制造输氧系统，而是改用塑料。然而，由于采用新型塑料材料和肘板式闭锁器（用于将封盖 压在密封唇上），顶盖的弯曲程度会比铝设计中的更大，可能导致密封口断裂。Hoffman 雇用了外包公司执行有关此问题的 FEM（有限元方法）计算，结果表明确实需要修改该设计。几次迭代下来，整个计算任务（包括重新设计）耗时三个月，耗资26000 美元。在进行下一个项目时，Hoffmann 和他的团队使用 SOLIDWORKS Simulation进行了相同的计算。这次，只用了两个下午就算出正确的结果。

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SOLIDWORKS Simulation 的温度分析功能意味着它是帮助解决新设计中其他问题的理想工具。患者呼出的水蒸气会在输氧系统的壁上冷凝，这会导致医师无法看到阀片，甚至会限制设备的正 常运行。要防止这种冷凝，Dräger 设计师需要为输氧系统提供加热装置。以前的铝制系统外面有一个热接触片，但新设备中，在阀片的另一端无法保持40 度的理想温度。
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' Z# w1 o  o5 I! }利用 SOLIDWORKS，Dräger 对重新设计的新产品的测试时间平均缩短了 50%。在使用 SOLIDWORKS之前，为验证设计参数，典型的设计过程都需要开发 8 个实际原型并将数十个有限元分析 (FEA) 计算任务外包出去。现在，Dräger 每个项目平均只需两个原型。虽然时间是 Dräger 关注的主要因素，但 SOLIDWORKS 不仅可以节省时间，还可压缩测试成本。事实上，利用 SOLIDWORKS 产品，该公司自行完成了对麻醉设备的第一轮主要测试和重新设计。在设计过程的早期，SOLIDWORKS Flow Simulation 发现了一个工程师在昂贵的实际原型出来之前难以发现的瑕疵，每个原型节省了 1600 美元。
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/ C$ I) l9 P' U流体捉摸不定甚至让最有经验的设计工程师也感到困惑不解，因此，对 Dräger 来说，对该设计过程此类特性的模拟能力非常重要。据 Hoffman 说：“我们曾经尝试分析改变输氧系统流入气流的位置所产生的影响。获得上述分析的正确结果非常重要，因为它决定了能否确保患者吸入足够的气体。当我们在新 设计中对气流进行分析时，SOLIDWORKS Flow Simulation 计算出的结果是 60 升气体仅造成 0.2 毫巴的压降，我曾打赌说这个结果不可能正确，因为这个气压作用于圆锥形电阻器上。我认为应该有 2 毫巴的压降，但当我们构建了一套原型之后，却印证了软件的计算结果是正确的。”SOLIDWORKS 软件、SOLIDWORKS Simulation 和 SOLIDWORKS Flow Simulation 之间的单窗口集成还可以使工程师快速演算突破常规的思路。此外，集成的方法也避免了互操作问题，因为不再需要进行任何转换。最后，独立的专家系统（例如传 统的计算流体动力学系统 (CFD)）的操作和使用则需要花费更多的时间。利用 SOLIDWORKS Simulation 和 SOLIDWORKS Flow Simulation 同样可以帮助 Hoffman 和他的团队满足新产品的开发目标；毫无疑问，它们也可为公司节省大量的资金。更重要的或许是这些系统对 Dräger Medical 的质量和高度安全性贡献很大。