动荡时代的数字化转型

大流行促使人们越来越多地使用设计和仿真技术来为不确定的未来做准备。

大流行促使人们越来越多地使用设计和仿真技术来为不确定的未来做准备。

比较某人咳嗽3英尺(左)和6英尺(右)时散布的颗粒。图片由Ansys提供。


动荡的时代也许是技术变革和增长的最大催化剂。在大流行期间,设计仿真已成为中心舞台,以帮助工程师,工人和公共卫生官员解决问题,并努力为对抗COVID-19的传播做好最佳准备。 

设计和仿真软件比以往任何时候都备受关注’这是创建解决方案并帮助许多人克服由于冠状病毒及其伴随的一切而产生的障碍,问题和挑战的一种有效方式。 

“工程仿真软件技术已经能够解决个人,社会和业务层面的关键问题。工程仿真软件已作为流行病的一部分以多种方式被使用,用于模拟对公众的保护以及对患者的治疗,”卫生保健高级总工程师马克·霍纳(Marc Horner)说, 安思

工程软件和建模工具在大流行期间发挥了最大的作用,以前所未有的方式向公共卫生官员提供数据和信息。仿真技术适用于健康问题,并影响更好的决策以及通往最佳实践和行为的途径。

霍纳说,从公共卫生的角度来看,工程仿真软件已经帮助建立了遵循建议的最佳实践的根本原因,这些最佳实践是为了与社会保持距离并穿着个人防护装备 equipment (PPEs). 

使用Ansys Fluent进行的CFD模拟突出显示了在不使用鼻夹时在面罩上边缘周围发生的粒子逸出(左),并且在正确使用鼻夹时(右)显着减少了粒子逸出。 图片由Ansys提供。

“呼吸,打喷嚏和咳嗽的计算流体动力学模拟清楚地说明了离开我们嘴巴的水滴在掉落到地面之前如何能够长距离传播,” notes Horner. “我们不能用肉眼看到气溶胶颗粒。因此,当确定需要遵守WHO(和其他卫生机构)建议时,这些模拟非常有价值。”

霍纳(Horner)提出的另一个公共安全问题是,病毒是通过飞机或医院等公共场所受污染的表面传播的。 

“需要适当的清洁和消毒,因为该病毒可以在表面上长时间生存,” he adds. “这引起了人们对设计自动化UV-C照明系统的极大兴趣,该系统可以快速有效地净化暴露的表面,使飞机,火车或病房尽快恢复使用。在这种情况下,使用Ansys SPEOS进行光仿真建模有助于确保提供足够剂量的UV光,以使表面上的病毒颗粒失活。”

发射UV-C光(插图)的自动化机器人被用来净化公共空间中暴露的表面。此图显示了Ansys SPEOS模拟的结果,该结果预测了去污的效率。 图片由Ansys提供。

关于大流行的危险,模拟正在提供一个新的场所,以减轻,控制和援助易受其危险影响的人们。 

帕威łChadzynski,产品营销高级总监 阿拉斯,模拟说使我们能够探索和探索各种医学和行为方法,以减轻,控制和帮助解决这一大流行病。 

“使用经过验证的科学数值方法和基于物理的模拟,可以安全地进行有关病毒的性质和传播的大部分调查和预测,”给查申斯基建议。“尽管开发疫苗的过程需要在最后进行人类临床试验,但试验的路径却不需要。这是模拟技术的作用,大流行只是突出了它的重要性。”

Chadzynski说,尽管模拟逼近现实,但它们也提供了方向感。 

“近似方面为质疑预测打开了大门,” he says. “方向方面为克服潜在风险打开了大门。这些通常会在科学家和政客之间造成紧张局势,而使用模拟来缓解,控制和帮助解决这一大流行病正是这种情况。与当前情况一样,当该过程用于支持相互矛盾的目标时,会使所有人感到困惑。这不是技术问题,而是技术在做出基本的生死决定中应该扮演什么角色的问题。”

从仿真到成品

技术在此类决策中的作用已渗透到许多有助于确保人员安全的产品,设备和物体中。安全是世界各地组织和社区的主要目标。仿真和设计通过制造迅速转变为有用的形式和对象,这是它们提供的主要优势。

“Employees’健康和安全是大多数组织的首要目标,”Gurvinder Singh说: 原型实验室. “工程师被迫寻找一种协作,设计和将产品推向市场的方式,同时又能与社交保持距离,并且在大多数情况下可以在家里远程工作。”

辛格补充说,更为复杂的是供应链被完全破坏,从而影响了采购和分销物流。工程师必须弄清楚在那些不确定的时期内哪些供应商是敏捷且可靠的。

“大流行病正以指数级的速度增长,因此上市速度是工程师和管理人员加紧应对病毒的首要目标,” says Singh. “Engineers didn’没有时间进行迭代。他们需要在第一时间获得正确的设计,并需要能够帮助他们实现目标的合作伙伴。”

辛格解释说,Protolabs的推动力在于速度,敏捷性和灵活性。通过使用按需工具,工程师可以订购一系列与COVID相关的组件,例如测试套件,PPE,通风机和清洁/消毒解决方案。由于国外供应商的不确定性,供应商必须在岸上。此外,它们必须垂直集成以确保透明度和适合Protolabs’ requirements. 

“我们有一些工具可以虚拟制造零件,以在报价过程中创建数字孪生,” notes Singh. “这可以确保我们清楚地传达客户订购时将收到的确切信息。这种数字处理节省了时间和生产成本,并在实际生产开始之前提高了零件质量。这些工具帮助工程师在第一时间就发挥了应有的作用。”

如今,提供短缺或大量供应的产品是通过3D打印进行生产的主要好处。现在,实验室可以用本地采购的材料在创纪录的时间内完成生产,’有所作为。 

“迫切需要低成本硬件来处理全球范围内的COVID-19,”美国材料科学与工程学教授约书亚·皮尔斯(Joshua Pearce)说 密西根理工大学

消防人员使用电动空气净化颗粒呼吸器(PAPR); 3D打印版本可帮助急救人员无需一次性面具就可消毒设备。 图片由密歇根理工大学提供。

“如今,随着3D打印机和电路铣削系统等数字制造技术的发展,人类可以与其他人共享设计,然后他们可以以当地采购的材料成本复制医疗级设备,” Pearce says.

皮尔斯补充说大流行“告诉我们,通过共享开源设计,可以进行大规模的分布式制造。 PPE制造的成功最明显。下次,我们将准备好更复杂的数字设计。”

使用模拟 to Create Reality 

在设计方面之外,使用虚拟现实和环境仿真来训练人类是仿真的另一个有用应用。与大流行环境有关,它的主要优点是可以有效使用它,而大多数情况下无需与人接触或与他人接近。 

“大流行已使大多数公司的安全放在首位,”Interplay Learning的首席执行官兼联合创始人道格·多诺万(Doug Donovan)说。“As such, our firm, 互动学习在大流行期间,通过我们的数字体验式学习平台为技术人员实施在线培训的过程激增。这意味着我们在线创建了一个身临其境的学习环境,可以利用3D模拟和虚拟现实来模拟面对面的学习,同时使我们的用户更加安全,与社会保持距离。”

在Interplay Learning中,客户可以利用我们的平台来培训新技术,更新经验丰富的技术和/或评估任何技术技能以将其投入工作—所有这些都是在线上虚拟完成的。

图片由Interplay Learning提供。

Donovan补充说,他们的客户利用虚拟平台来培训新技术,更新经验丰富的技术或评估技术技能以雇用个人。这些都是在线完成的,几乎是虚拟的。 Donovan指出,使用3D模拟和虚拟现实的技术不再需要面对面的课堂学习。 

“我们希望这将使我们的客户更安全,同时仍然使他们能够接受培训以准备工作,” he says.

平衡仿真和数字设计

但是,在模拟和数字设计的引入和接受中,必须与我们的方式保持谨慎的平衡’我一直做生意,现在我们能做些什么。设计和仿真提供的结果必须适合并在需要的地方和时间使用。 

“数字技术的采用因行业和公司规模而异,”辛格说。他认为,传统组织一直在努力在现有运营和整个价值链的数字化转型之间寻求平衡。

借助数字设计和仿真,更多的工具可以使组织创建产品和构建实践,以表示满足恐惧世界所要求的敏捷性。 

基础产品’设计和仿真,甚至是实践,都是解决问题的灵活,快速的手段。这些方法可帮助组织执行诸如降低供应链风险,加快商品和解决方案满足市场需求的速度和时机并降低产品成本,从而使产品更容易到达需要它们的用户的事情。  

“我们认为技术将在帮助我们重新思考美国的制造业以降低供应链风险和成本,同时提高敏捷性,加快上市速度和提高透明度方面发挥关键作用,” says Singh. “我们正处于一个转折点,这要感谢摩尔’根据法律,可以以最低的成本访问计算和存储。此外,我们将继续在自动化和人工智能方面取得飞跃,这将有助于我们控制该地区的成本。”

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吉姆·罗密欧

吉姆·罗密欧是弗吉尼亚州切萨皮克的自由作家。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

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