聚焦 | 抗击新冠肺炎中的CAE技术

作者：Dr. Kaustubh (Keb) Nande

过去的这几个月，新型冠状病毒在全球范围的爆发激发了我们的集体意识，迫使我们重新思考职业和生活的各个方面。海克斯康同样也采取了措施来保护员工，保持供应线畅通，并继续为客户提供服务。例如，我们设置了一套居家办公体系，员工可以在家使用智能制造软件包，也为制造专业人员提供了在线培训的选择。

与此同时，当前的危机也催生了一些智能和创新的应用，发挥了CAE的功能。这些不同的用例很好地说明了如何有效地使用CAE知识来解决当代的一些重大问题。

我们的团队在比利时进行了一个有趣的项目，利用内部知识以及可用的材料和工具来解决新冠疫情带来的某些特定问题：报道称，在全球范围内，由于需求量过大，医护人员缺少个人防护设备（PPE）。

比利时的Hexagon | e-Xstream团队听说附近一家医院有对PPE的需求，特别是防护面罩支架。这个团队决定使用办公室内的3D打印机和合适的材料，通过概念化增材制造解决方案来介入，以尽自己的一份力量。该团队首先找到了一个在线开放的CAD模型，并将其输入3D打印机中，然后使用该设计在海克斯康办公室对3个防护面罩支架进行3D打印。

由于对增材制造技术有着透彻的理解，并具有Digimat在塑料打印中的知识支持，该团队的成品能够满足医生的需求，并且在接下来的几周内，还增加了生产数量。就这样，成品不仅满足了保护医院工作人员的设备需求，更关键的是这些塑料PPE衬里可以快速消毒并重复使用，而且根据可用的材料，可以打印各种颜色，便于识别。

我们比利时团队的这一举动就是一个很好的例子，说明正确的硬件和软件工具以及知识可以带来快速、实用的解决方案，有效地解决现实生活中的问题。

自冠状病毒爆发以来，我们一直将工作重点放在确保员工安全，将产品供应的风险降至最低，并确保能为客户提供服务。

关于预防新冠肺炎的讨论都围绕着要与人群保持适当距离。主要是在咳嗽或打喷嚏时要掩盖口鼻，减少病毒的传播。医疗人员、媒体和世界各国领导人正在努力宣传佩戴口罩的重要性。俗话说，一张图片抵得过千言万语，也可以说，一段视频抵得过一千张图片。

为了了解这些安全预防措施的重要性和有效性，Hexagon | MSC Software的Cradle团队进行了仿真，演示人咳嗽时没有防护措施与有防护措施时空中飞沫的情况。可以看到飞沫液滴在各种情况下的准确预测并进行比较。

我们对三种情况进行了仿真研究：第一种是当人没有遮住口鼻时，第二种是当他们用肘部遮盖时，第三种是当他们使用普通口罩时。对于普通人来说，这种视觉参考可以加深他们的理解，使他们立即领会到专业人士试图传达的内容。

考虑到人们经常用视觉的方式思考，通过视觉方式看到的效果要比口头解释更为有效。因此，我们认为一般的仿真和计算流体力学（CFD）特别是在这个情况，有助于我们理解现实生活中液滴与流体流动的复杂相互作用。从技术的角度来看，在上述分析中，人与人之间的距离为2米，口罩的厚度为1mm，由无纺布制成，和市场上的口罩一样就可以达到有效阻止传播效果。

新冠疫情引起的最大挑战之一是口罩和呼吸机的严重短缺。

这里有一些统计数据表明了问题的严重性：2019年，全球市场总需求为77,000台新呼吸机。相比之下，2020年，仅纽约市一家就需要在4月之前再增加30,000台机器。尽管呼吸机制造商都在争先恐后地提高产量，但是当面对产量增长500％或1000％的需求时，仍然不能满足。

特殊问题需要特殊的解决方案，西班牙MSC团队希望了解是否可以对呼吸机模型进行一些初级的仿真和分析。他们选择了一个公开可用的呼吸机模型，并进行了多体分析（MBD）。借助MBD分析软件，优化和验证机械设计。大多数呼吸机使用两个控制臂或双叉骨结构以及一个执行电机或其他同步电机，可以使用CAE技术来建模和设计各种型号的呼吸机模型，打造简单的机型，这样就可以将其快速投放市场，满足当前全球的需求。

多年来，计算机辅助工程（CAE）的应用急剧增加。CAE行业一直在规划未来之路，将我们从未想过的产品带入生活。新冠疫情给世界带来了一些特殊的挑战，我们可以看到一些智士已经在幕后开展工作。“ MSC Software的仿真解决方案以及海克斯康技术部门正在起着关键的推动作用，并且我们将继续这样做。”