Zipline International Inc.
Aerospace & Defense NX
Zipline International Inc.

NX 设计的无人机准确可靠地将重要医疗物资运至卢旺达偏远地区

加利福利亚半月湾, United States

Aerospace & Defense NX

NX 设计的无人机准确可靠地将重要医疗物资运至卢旺达偏远地区

加利福利亚半月湾, United States
quotation marks NX 通过 Wave 链接允许运行功能非常强大的主方案,让我们可以掌控顶层主方案,通过多重子系统推动变更。 Paul Perry, 机械工程师 Zipline International Inc.
挑战
  • 按时交付性命攸关的产品
  • 应对恶劣天气情况
  • 为偏远地区运送物资
成功的关键
  • 使用 NX 设计里程和精度可靠的无人机
  • 使用自动驾驶无人机和数字化技术运送救死扶伤的医疗物资
  • 实施模块化无人机设计以便于维护并缩短停机时间
结果
  • 自从开展无人机服务以来,在卢旺达完成了成千上万次飞行任务
  • 为偏远地区运送救死扶伤的医疗物资
  • 在卢旺达全国范围内实现数以千计的单位血液运送 99.9% 的成功率

Zipline International Inc.

Zipline 国际公司是总部位于硅谷的一家物流公司,设计、制造并操控小型无人驾驶飞机运送重要医疗物资。得益于 Zipline 的工作成果,那些难以到达的地区可以克服地形和道路设施的障碍,迅速、可靠而实惠地获得救生医疗物资。

www.flyzipline.com

quotation marks NX 通过 Wave 链接允许运行功能非常强大的主方案,让我们可以掌控顶层主方案,通过多重子系统推动变更。 Paul Perry, 机械工程师 Zipline International Inc.

随时随地运送医疗物资

由于地形复杂或基础设施不足,超过二十亿的人缺乏基础医疗物资,例如血液和疫苗。卢旺达是东非的一个内陆国家,拥有“千山之国”的美誉,也许比世界上任何地方都更适合“地形复杂”这样的描述。Zipline 国际公司意识到了这一点,于 2016 年开创了世界上第一个无人机医疗物资运送系统,在卢旺达全国范围内一周七天、无论天气状况如何,都会向那些需要紧急医疗物资的人进行投送。

初创阶段

Zipline 是新创办的公司,公司位于加利福尼亚州半月湾,太平洋上的一个沿海小镇。公司发展迅猛,很快就成为颠覆医疗物资运送行业的公司。Zipline 如今已因卢旺达的服务工作而负有盛名,不过公司的起源却是 Zipline 联合创始人兼产品和工程负责人基南·维罗贝克 (Keenan Wyrobek) 对东非沿海一家研究机构的拜访之旅。

在拜访坦桑尼亚的依法卡拉卫生研究所时,维罗贝克遇到了当地一名研究员;这位研究员说服坦桑尼亚农村的医生,让他们每次亟需治疗病人物资的时候给他发消息。这位研究员保存了大量数据,根据病人的症状、病人需要的治疗方法以及最终结果记录了成千上万个条目。从中,维罗贝克了解到,坦桑尼亚的医疗物资并不像美国那样容易获取;由于输血不足,有些病人因此死亡。他发现,有些看似非常普通的物资,譬如处理创伤的外用抗生素都供应不足。

实际上,维罗贝克也非常惊讶于他听到的一个故事:坦桑尼亚的一名青少年,由于未能及时使用抗感染药物,左臂的一个小伤口几天后出现感染。年轻人没有立即处理,而是以为伤口会自己愈合,但结果却是,感染非常严重,年青人不得不截肢。

就这样,让无人机向那些物资匮乏的国家和地区投送医疗物资包裹的想法应运而生。

“正是这类事情刺激了我们,”维罗贝克说道。“我们之前就一直在研究一些棘手的问题,在泥泞的道路和雨季进行物流运送几十年来一直是个头疼的问题,解决方法也不够实际。这一点我们非常清楚。最终我们确实飞越了这些艰难的路面,成功投送物资,并产生了巨大的医疗影响。”

性命攸关的使命

Zipline 公司使用无人机,飞越了无法通行的山脉和洪水冲蚀的道路,将重要医疗物资直接投送到偏远的诊所,改善了这些地方的物资状况。公司以供货为核心,提供按需运送,极大地减少了浪费和库存。Zipline 负责卢旺达西部一半地区的血液供应,完成了超过 7,000 次医疗物资运送,向缺血的医院提供了超过 13,000 单位的血液。

“负责卢旺达配送中心的运营人员无需担心无人机技术或天气状况,”维罗贝克说道。“他们只要关注哪些人需要哪些医疗物资,无人机会按时准确地投送。他们要关注的仅此而已。”

“真正负责为他们提供支持的是我们的设计工程团队。我们必须设计制造飞机,送货无人机能够在任何天气情况下胜任运送工作。因此,无论发生什么情况,无人机都能正确应对、完成运送。”

为了接收所需的医疗物资,偏远诊所和医院的医护人员需要将他们的订单通过短信形式发送给 Zipline。这些物资集中存储在 Zipline 配送中心,即使是最敏感或稀缺的物资,也能立即运送。这些物资在配送中心已经打包完毕,随时可以准备飞行投送,同时可以确保供应链温度可控且物资完好。在发送短信之后短短几分钟时间内,医护人员就会收到确认:他们的订单已经开始配送。无人机以超过每小时 100 公里(每小时超过 62 英里)的速度在 80 公里的服务半径(约 50 英里)内飞行,其运送物资的速度比其他任何交通工具都快,并且无需飞行员。不到 30 分钟的时间,医疗物资就会在只有几个停车位那么大的指定区域缓慢空投下来。医护人员会收到物资运达的短信通知。

Zipline 选择 NX

Zipline 公司早期使用相对廉价而基础的计算机辅助设计 (CAD) 软件,但很快就意识到这种软件在实际应用时的局限性。工程师们发现这种软件难以处理大量内存文件,必须使用成本更高的计算机。Zipline 需要具备更多功能的解决方案来使某些任务自动化、允许工程师们与 CAD 数据库交互,同时还支持插件模块。

Zipline 发现 Siemens Digital Industries Software 公司的 NX™ 软件是能够满足他们无人机设计所有需求的理想解决方案。采用 NX,Zipline 工程师们能够将整个飞机加载到 CAD 模型中,并根据飞机其他部分检查每个零件的配合情况。例如,如果某位工程师正在对机翼进行工作但需要确保它能够正确配合机身而不会产生干涉问题,他无需顾虑要花费多久时间才能加载整个飞机装配。Zipline 之前使用的 CAD 软件在完成这一过程所需的时长方面令人沮丧。NX 消除了这些顾虑,让 Zipline 的多名工程师可以实时对同一零件进行工作,同时还可以查看在零件完工时他们之间的配合和工作情况。

“NX 让我们可以创建整个飞机的壳体,然后从内到外或是从外到内快速开发模型,”Zipline 机械工程师保罗·佩里 (Paul Perry) 说道。“我们的设计团队从三名工程师扩展到九名工程师。这一点很重要,因为我们需要多名工程师能够同时处理飞机模型。NX 通过 Wave 链接允许运行功能非常强大的主方案,让我们可以掌控顶层主方案,通过多重子系统推动变更。

”NX 还让 Zipline 可以确定那些需要使用高等级航空材料的关键区域,以及其他哪些地方可以使用塑料或泡沫,从而以更低的成本和更轻的质量实现同样的结构完整性和机械功能。

鉴于 Zipline 无人机要运载的医疗物资数量庞大,重量方面的测试至关重要。迅速执行厚度分析或应力分析以减轻重量的能力,让 Zipline 可以免去太多迭代和测试时间,真正做到有的放矢。

“我们对于飞机所做的大部分优化集中于两个方面:结构和热能,”佩里说道。“显然,质量通常是我们进行优化最重要的一个变量,因此结构优化可以减轻质量并保持硬度和强度目标。

”Zipline 制造工程师萨姆·查克诺瓦 (Sam Chaknova) 构建了无人机组件并设计了制造车间以及一些便于组装的固定装置。他负责构建 Zipline 用来对一些新型飞机组件加快使用期试验的往复测试机。

“我使用 NX 从设计工程师那里获取 CAD 模型,然后创建往复测试机和周围的零件以构建这些固定装置,以及用于装配无人机的实际制造固定装置,”查克诺瓦说道。“我使用 NX 还从设计工程师那里获取 CAD 模型以进行 3D 打印,这样可以简化技师的装配工作。”

NX 也是 Zipline 用于无人机电路板设计的宝贵工具。类似 Zipline 这样的无人机 (UAV) 并不使用线束,而是需要复杂的电路板来替换线束并发挥所有必要的航空电子功能。

在设计和构建无人机的过程中,电气和机械工程汇集,例如飞机平衡和飞机从前到后的重量分布,这些细微区别都必须完美无缺。NX 将这些学科汇总到一起,让 Zipline 工程师们可以在迭代设计过程中无缝导航,毫无延迟地了解其他人对无人机零件所作的任何修改。

数字化是 Zipline 无人机设计过程中的一个关键因素。佩里认为 NX 工具特有的自动更新功能让 Zipline 工程师们可以迅速进行迭代并自动更新任何设计变更和新增响应功能。

医疗运送帮助实现更美好的未来

维罗贝克认为 Zipline 融合了航空行业的精华与高度可靠的机器人工程,才打造出可靠而容错的系统。他们提高了常见的无人机小飞机零件航空电子容错水平,因此一名操作员可以同时操作 20 到 30 架飞机。Zipline 的测试主要集中在 UAV 安全性和可靠性上,确保无人机在任何天气因素下都能完成任务。

Zipline 无人机是从制造基础角度设计的,因为设计成功的产品会用于量产。每一架无人机都配有感应特定故障类型的智能设备。如果检测到故障,无人机将掉转机身,返回配送中心。Zipline 员工可以立即派送其他无人机完成订单配送。自公司成立以来,无人机的可靠性和安全性就一直处于至高无上的地位,也一直是 Zipline 工程和测试集中关注的领域。

“为了让配送中心具备足够数量的飞机,我们必须简化组装工作,”查克诺瓦说道。“我们还需要超高的飞机可维护性。这意味着,飞机需要能够在现场维护,保持运行并不间断地拯救生命。”

Zipline 工程师在加利福利亚设计和构建原型。当 UAV 达到 100% 的可靠性时,会被送往卢旺达的 Zipline 配送中心。在那里,这些无人机需要飞往指定需要运血的地方。Zipline 公司位于加利福利亚的工程师们,其中一些曾经前往卢旺达了解实际运作情况,他们能够理解他们的工作所产生的影响和意义。

“前往卢旺达,真正亲眼目睹飞机的起飞,真的是一种奇妙的体验,”Zipline 机器人专家杰里米·施瓦茨 (Jeremy Schwartz) 说道。“我们在加利福利亚做实验,进行测试。当飞机在卢旺达起飞的时候,它们是在给那些需要血液的人运血。它们是在拯救生命;想到这,就会让人很激动。”

“从效率角度看,能够如此迅速地实现闭环;从精神角度考虑,能够从事这样的项目并能如此直接地看到直接成果,也非常不可思议。”

自从开展无人机服务以来,Zipline 每天可以发动几百架智能自动驾驶无人机,在卢旺达完成了成千上万次飞行任务。随着公司规模的不断扩大,他们希望能够帮助更多人收获所需医疗物资,无论这些人生活在世界上哪个角落。

“我认为,目前我们做得不错,希望能累积已有的经验,从如今的成就进一步向着我们的目标出发,真正不断扩展,有所作为,”维罗贝克说道。

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