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国内首台4工位人工重力短臂离心机在北钢联研制成功—研制篇

北钢联工业智能装备定制专家2018-12-05 16:28:53

科学制定解决方案、集成攻关破解难题


为解决上篇所述的6项子课题,北钢联攻关团队针对整台设备及设备的每一子系统制定了全面系统性的解决方案。在研制过程中,北钢联始终强调“人员安全必须第一,技术参数必须满足”的实施方针。北钢联对所有事关人员安全的设备部件(如驱动系统、悬臂、安全躺椅等)进行了反复的力学计算和应力校核,对信息采集系统所有部件(包括生理监护仪、导电滑环、压力检测模块、视频监控、语音通话等)进行了反复的实验验证。最终,由公司统一组织调度,项目组积极配合,成功的破解了6大难题,将设备研制成功。
1 躺椅开发工作

北钢联人体工程学专家全程参与躺椅研发,通过躺椅方案探讨、结构论证、材料分析、力学校核,共进行5次样机试制。不但强调躺椅的技术功能、舒适性,更重视其安全性。通过对载人离心机的人体保护装置进行深入论证,参考国内外长臂离心机高G值、大动量特性的保护装置,以及F1赛车座椅使用的安全带模式,确定选用全新设计的五点式安全带,确保能量降低过程可控、保护装置可靠,使躺椅和设备完美融合,既美观又可靠。

图1 符合人体工程学要求的躺椅

2 科氏力消除方案

北钢联医疗设备研发工程师和结构力学工程师共同研讨、查证,研究科里奥利力(简称科氏力)的原理和影响,分析其消除原则和方式,累计提出3项消除方案。根据设备模型进行的力学分析验证,采用了定制的弹力绳和绑带结构来抵消科氏力,设计结构新颖、使用舒适。

图2 离心机设备侧视图

3 背部、足底压力的检测

压力检测数据是重要的训练参数,这也是设备研制的战略意义所在,为确保能稳定检测人体生物指标的相关参数,项目组着重安排了2名从事医疗装备领域研究的工程师,进行了深入细致的研究。根据研究结果,决定采用“多点检测、有线传输”的检测方案。通过人体模型和真人多次测量比对,确定传感器的最合理点位,背部、脚部,共用8个压力检测点实时监测压力变化。数据通过二次仪表的处理,传输到控制室电脑上显示,为科研人员决策提供理论依据。


4 蹬踏装置的集成

蹬踏训练设施实现了在人工重力环境下,受测者自主蹬踏,提高下肢对高G值的耐受力,并可有效减小长时间失重对人体的影响。为了在短臂离心机狭小的空间内安装一款既可以调节阻尼又可以远程控制的蹬踏设备,项目组进行了长时间的调查和研究,自主设计了多种方案进行实验。实验表明,自主开发阻尼设备成本过高,结构复杂,在稳定性上略差。经过与业主沟通,决定采用多功能功率车和踏步机的方式满足蹬踏训练需求。设备采取模块化处理,方便组装和拆卸,为以后的升级优化预留接口,以此保证了设备整体性,也在一定程度上提高了设备的稳定性。

图3 短臂离心机同时集成了两种锻炼设备

5 网络控制系统开发

短臂离心机控制系统是整个设备的“神经中枢”,它既要保障设备的安全运行,又要管理设备运行过程的所有数据。为了确保系统的先进性,北钢联放弃了传统工控机控制系统,和全球一流IT供应商合作,投入大量资金和精力,开发了一套全新的软件操作系统,并将其智能化。该系统可以同时管理电控、视频监控和生理监护三个系统。界面UI经过美工优化,操作程序根据用户的操作习惯进行了定制化设计,显示的参数可自动存储,还有智能提示和故障提醒功能,实现了用户的预期目标。

图4 基于windows开发的中控系统

6 离心机的外观工业设计

短臂离心机是一个系统,也是一个单体设备,它既要能反映中国载人航天的特色,还要匹配宇航员中心人工重力实验室科技感的现场环境,设备看起来要先进、时尚。同时出于保密考虑,需要将设备做局部屏蔽处理。所以,短臂离心机的外观显得尤为重要。

图5 北钢联提供了多款外观及场景设计方案


“好看” 、 “美”是无法准确界定的,如何让短臂离心机看起来有科技感、美观,一贯以技术攻关见长的项目组,在看似简单的事上犯了难。为了和业主内心的感觉和想法衔接,项目组做了多种方案思路,并和世界知名的工业设计单位合作,对每一个结构要求至少十余种外观设计方案。经过层层筛选和内部评审,最终提交给业主3种整体感强,轮廓层次鲜明,颜色搭配合理的外观设计方案,业主从中挑选了最满意的方案。


       高端定制装备的研制是一个系统工程,其背后往往存在多学科、多领域交叉。如果没有雄厚的技术积累、人才储备和众多行业项目经验,是很难顺利完成高端复杂定制装备研制任务的。展望未来,北钢联将一如既往秉承“创造无限可能”的企业愿景,对设计难度大、技术状态变换频繁、多专业交叉领域的高端复杂装备研制贡献企业智慧成果,并将集成化产品创新设计技术融入其中,助力我国高端装备研制产业的战略升级。


至此,短臂离心机已经顺利的完成了设备总体设计与制造,距离课题交付更近了一步,此时,项目结题时间仅剩10天,项目组能否如期交付设备呢?他们在交付过程中又遇到了什么难题呢?敬请期待:《国内首台4工位人工重力短臂离心机在北钢联研制成功—交付篇》。


北钢联—工业智能装备定制专家


北钢联的发展起始于2007年。作为全国智能制造装备研制产业的领军企业,北钢联在中国智能制造业发展中以创新的技术研发、专业的制造交付和诚信的服务支持显著地促进了中国工业企业的自动化与智能化。主要业务涵盖智能装配与检测、自动化设备与生产线研制、智能装备与系统集成等领域,是目前国内仅有的可提供规划、设计、制造、安装、集成、调试和运维于一体的整体解决方案提供商。


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