6 - 2013

Военные разработки — на пользу людям

Дарья Миллионщикова
Certified SolidWorks Professional (CSWP), компания SolidWorks Russia

«Тульское конструкторское бюро приборостроения» — ведущая проектно-конструкторская организация оборонного комплекса Российской Федерации, разрабатывающая комплексы высокоточного оружия различного назначения. Именно здесь более 15 лет назад появилась первая медицинская лазерная установка серии «Ланцет», основой для которой стали технологии, ранее применяемые в оборонной промышленности.

О применении лазерных технологий в медицине сегодня не говорит только ленивый. С ярких рекламных плакатов на нас смотрят улыбающиеся пациенты, счастливым образом исцеленные с помощью чудо­лазера. Косметология, хирургия — области медицины, которые в первую очередь заинтересованы в применении подобных решений. А как выдерживается точность рабочих параметров данной установки и достигается высокая надежность ее работы, задумываются немногие посетители и владельцы медучреждений. Кто создает подобные технологии, как их проектируют, по какому стандарту сертифицируют? Расскажем обо всем по порядку.

Началось это в 1990­х годах, когда руководством страны было принято решение начать конверсию военного производства — перевести ресурсы, производственные мощности предприятий, разрабатывающих военные изделия, в гражданскую сферу. Такую уникальную по своей значимости и полезную для общества модернизацию одним из первых провело тульское «Конструкторское бюро приборостроения» (с 30.12.2011 — ОАО «КБП») — государственное унитарное предприятие с большим опытом разработки и производства высокотехнологичной военной продукции. Причем когда встал вопрос, что добавить к производству управляемых ракет и стрелкового оружия: кухонную посуду или пылесосы, остановились на лазерных аппаратах, предназначенных для хирургических, косметологических и других целей.

В союзе с ведущими российскими специалистами в области лазерной медицины предприятие создало новое поколение лазерных хирургических аппаратов серии «Ланцет», параметры которых не уступают лучшим зарубежным образцам. Создание подобного аппарата на основе военных технологий в те времена считалось своевременным ориентиром производства. Следует отметить, что более поздние модели данной серии были полностью спроектированы в программном комплексе SolidWorks.

Тульское КБ давно и плодотворно сотрудничает с компанией SolidWorks Russia: мы вместе учились внедрять программные продукты в рамках крупного предприятия, вместе развивались. От версии к версии программный продукт позволял совершенствовать проектирование различных изделий, в том числе и лазерных аппаратов серии «Ланцет».

Чтобы узнать подробности этого красивого и элегантного решения, наша команда (представители SolidWorks Russia) отправилась в Тулу. Предчувствие жаркого дня витало в воздухе даже несмотря на серебристый туман, обволакивающий Оку своими серыми нитями. Огромные просторы полей сменялись холмистыми пейзажами, всеми своими переливами и перепадами подтверждая живописность тульской местности. Город жил в своем обычном ритме: местные жители привычно спешили на работу, перемигивались фарами автомобили, гремели трамваи, ярко блестела на солнце «шапка» нового здания Музея оружия.

Внушительное здание проходной тульского КБП встретило нас сдержанностью и почтительностью металлического логотипа на фасаде здания, холодностью стен и стеклянных дверей. В каждом камне чувствовалась стабильность и монументальность. Веяло некоторой прохладой, несмотря на яркий солнечный день. Высокий забор с системой охраны свидетельствовал о том, что за ним находится совершенно другой мир «высоких технологий», приобщиться к которому позволено не каждому. Контролер службы безопасности улыбнулась нам, возвращая пропуска: «Все в порядке. Пожалуйста, проходите».

За проходной ситуация совершенно изменилась. Благоухание цветущих черемухи и сирени, яркие свечки каштанов… Создавалось ощущение, что это загородный санаторий или здравница — так чисто было вокруг, так аккуратно были подстрижены лужайки и кустарники. Асфальтовые дорожки с белым бордюром между корпусами чисто выметены. Было видно, как сотрудники бережно ухаживают за вверенной им территорией, стараясь сохранить природу.

Встреча была назначена с главными идеологами и разработчиками лазерной установки «Ланцет» Геннадием Александровичем Варевым и Владимиром Федоровичем Лазукиным, а также с руководителем ИТ­подразделения предприятия Геннадием Игоревичем Колесниковым (в то время он занимался разработкой блока управления прибора). Они подробно рассказали нам о создании своего детища.

«Когда много лет назад Аркадий Георгиевич Шипунов озадачил подразделения идеологией военной конверсии, сказав, что необходимо срочно внести предложения по выпуску гражданской продукции на нашем производстве, мы еще не знали, что именно хотим производить. В итоге выбрали область медицинских технологий, лазерные аппараты. Благо, «фундамент» был заложен в предшествующих военных разработках. Тем более сделать высокоточное и качественное оборудование под силу немногим», — поделился воспоминаниями Варев Геннадий Александрович.

Лазерные аппараты мы проектировали в SolidWorks

В то время в Ульяновске была единственная компания, которая делала подобные лазерные установки. Зато у нас уже был научно­технический задел. Мы придумали «складную» конструкцию CO2­лазера, и в этом было принципиальное отличие от проектов наших ульяновских коллег. Фундаментально помогли разработки военно­промышленной отрасли, нашедшие применение в области лазерной медицины. Что здесь важно? Чтобы лазер «светил правильно», чтобы не было отказов во время операции. Как мы и рассчитывали, военная технология помогла сохранить качество и надежность, что выгодно отличало нас от конкурентов. Тогда всего четыре компании взялись за разработку хирургического CO2­лазера, потом остались мы одни, потому что было сложно обеспечить надежность аппарата.

Лазерные хирургические аппараты «Ланцет»

Лазерные хирургические аппараты «Ланцет» и «Ланцет-2»

— С чего началось проектирование лазерных аппаратов в КБП?

Первый лазерный аппарат «Ланцет» был настольный. Он появился в 1993 году и имел горизонтальную компоновку. Его основное преимущество заключалось в компактности, что значительно упрощало переноску и дальнейшее применение. Поэтому этими установками особенно заинтересовались представители МЧС. Позже появилась конструкция «Ланцет­2», вертикальная, как у многих фирм, к тому времени вышедших на рынок лазерных медицинских технологий. Но мы использовали уже имеющуюся базу, предыдущие наработки, поэтому нам удалось совершить настоящий прорыв в проектировании лазерных аппаратов.

В итоге мир увидел аппараты «Ланцет» и «Ланцет­2», базирующиеся на разработанной в КБП технологии сверхкомпактного цельнометаллического волноводного CO2­лазера с высокочастотным возбуждением активной среды, что позволило уменьшить энергопотребление, размеры и массу прибора.

— Какие программные продукты использовались для проектирования лазерных установок?

Свое изделие мы проектировали в SolidWorks. Выбор САПР для проектирования изделия в основном определился в 2001 году, когда КБП после проведения соответствующего тендера заключило свой первый контракт с SolidWorks Russia. Мы выбрали это комплексное решение, потому что оно показалось нам наиболее легким в освоении и полностью удовлетворяющим потребности специалистов. Конструкторы и технологи смогли создать полноценные наработки для высокоточного оборудования, используя самый новый инструментарий программного комплекса SolidWorks, различные виды расчетов, что также помогло достичь необходимого уровня качества выпускаемой продукции.

— Как отнеслись к новому аппарату медучреждения и будущие пациенты?

Лазерная медицина сама по себе сначала вызывала настороженность. Потом — пошло­поехало. Применение лазеров в медицине быстро выявило наше преимущество. Высокая плотность мощности лазерного излучения на биоткани (до 100 кВт/см2) позволяет проводить практически все виды операций в различных областях медицины: гинекологии, косметологии, отоларингологии, амбулаторной и ожоговой хирургии. Возможность проводить операции без госпитализации вызывала только положительные отзывы как от медицинских работников, так и от пациентов.

Но потом мы пошли еще дальше: аппаратом стали пользоваться не только государственные медицинские центры, но и «частники». Мы увидели, что наш аппарат эффективен, у наших клиентов нет отбоя от пациентов, особенно в области косметологии. В Туле в 2003 году открылся первый медицинский центр, полностью оснащенный нашими аппаратами. Потом этот центр расширился до полноценной многопрофильной клиники с поликлиническим отделением, оперблоком и стационаром кратковременного пребывания. «Сарафанное радио» быстро разнесло информацию о современной клинике в Туле, и многие медучреждения (в том числе частной практики) захотели применять аналогичные лазерные технологии. Сейчас в России используется примерно 800 наших аппаратов.

Ланцет-2

Ланцет-2

— Чем же лазер лучше скальпеля?

Во­первых, он бесконтактный и бескровный. Он убивает неблагоприятную микрофлору, сразу дезинфицирует, стерилизует рану. Знаете, принцип, как у сварки, только завариваются не швеллеры и уголки, а кровеносные сосуды за счет быстрого свертывания крови в области проведения операции. Для пациента важно, что операция бескровная, и еще важнее для врача, что он оперирует на чистом операционном поле.

Плюс еще одно наше преимущество: в аппаратах «Ланцет» и «Ланцет­2» используется «суперимпульсный» режим, который позволяет делать очень короткий, но мощный импульс, что, в свою очередь, обеспечивает точность операции, исключая тем самым возможность дополнительного повреждения соседних живых тканей.

Тепло не успевает «растечься», то есть не достигает других, неповрежденных частей тела. Операция получается безрубцовая, что особенно важно, например, в косметологии, где наибольшим спросом пользуется шлифование кожи лица. На фоне здоровой ткани происходит заживление. Такую технологию мы придумали вместе с медиками.

— Какие преимущества имеет серия «Ланцет»?

«Сердце» аппарата — лазер «складной» конструкции. Мы применяем мощные источники питания, малошумные насосы, современные средства отображения информации. У нас серьезная испытательная база, мы сотрудничаем со многими медицинскими учреждениями, проводим совместные исследования, отрабатываем современные методики проведения операций и новые методы лечения. Безусловно, следим и за передовым зарубежным опытом, стараясь быть в курсе «общемировых тенденций» в данной области.

Конечно, есть требования, которые следует учитывать прежде всего: аппарат не должен отказать во время операции, выполняемой в амбулаторных условиях. Высокая надежность аппаратов обеспечивается большим количеством испытаний, которые проводятся в хорошо оснащенном испытательном центре предприятия.

Лазерным аппаратам «Ланцет» быстро удалось выйти на рынок, потому что у нас было тогда и есть сейчас оперативное сервисное обслуживание. Сами понимаете, насколько это важно. Конечно, не менее важно и обучение врачей. С Государственным научным центром лазерной медицины мы активно сотрудничаем до сих пор.

Ланцет-2. Аппаратная часть

Ланцет-2. Аппаратная часть

Мы адаптировали аппарат к рабочему месту врача, он четко «вписывается» в уже имеющиеся медицинские установки. Прибор максимально эргономичен, так как мы всегда прислушиваемся к мнению врачей, отслеживаем и создаем максимально возможное удобство для работы специалиста, чтобы каждая операция заканчивалась благополучно.

— В разговоре вы используете врачебную лексику. Были ли у вас базовые медицинские знания?

Нет, учились «на ходу», поскольку у нас идет постоянное тесное взаимодействие с медицинскими центрами. Они присылают медико­техническое задание, а мы должны сделать аппарат, отвечающий указанным требованиям. Потом аппараты испытывают непосредственно в экспериментальных медицинских учреждениях.

— Как проводятся испытания?

Сначала мы проводим внутренние испытания согласно медицинскому техническому заданию. Потом проводим испытания на электромагнитную совместимость с электрической сетью. Затем аппарат испытывают в НИИ Медицинской техники по их методикам, чтобы можно было внедрять в медицинскую практику. Далее проводятся клинические испытания в специальных медучреждениях. Технология работы с лазерным излучением уже проверена, поэтому проблем с испытаниями не возникало.

— Вы принимаете иностранные заказы?

Конечно, мы стремились сотрудничать с Западом, но экономически это оказалось невыгодно и хлопотно. В 1997 году удалось выйти на рынок Ирана. В ГНЦ лазерной медицины обучали врачей, делали заказы на закупки. Помогали и в Министерстве науки, иранский посол в Москве активно помогал. Нас даже приглашали на праздники в Иран, то есть завязались деловые и дружеские отношения, но все­таки продавать наши приборы в России проще.

— Вы ведь сертифицировали вашу продукцию еще и за рубежом? С какими трудностями пришлось столкнуться?

Главная трудность — экономическая. Затраты на сертификацию часто сопоставимы с объемом продаж. Наши разработки первоначально были ориентированы на европейские структуры, так как за рубежом лазерная медицина — очень развитая отрасль. Сертифицировались по Европейскому стандарту, прошли испытания в немецком TUV. Кроме того, был нужен сертификат той страны, куда поставляли лазер, а это тоже дополнительные затраты.

К тому моменту в России тоже активно шли продажи. Конкурентов из зарубежья на нашем рынке было много. Но постепенно мы вытеснили итальянцев, сейчас остались только корейцы. Нашими основными преимуществами были и остаются цена и качество. Плюс, конечно же, оперативное и квалифицированное сервисное обслуживание.

«Скупой платит трижды»

Мы убедились, что покупатели, приобретавшие лазеры у другого поставщика, вынуждены были платить не дважды, а трижды: покупка, ремонт, потом новая покупка, но уже аппарата серии «Ланцет».

— Есть ли будущее у лазерной медицины?

Безусловно, лазерные технологии сейчас активно развиваются. Это в первую очередь лазерная хирургия, лазерная диагностика, лазерная терапия.

Одно из основных применений медицинских лазеров в терапии сегодня — это облучение крови. Не думайте, что это опасно, наоборот, полезная вещь. Под воздействием лазера происходит разжижение крови, она становится менее вязкой, что способствует предотвращению инфаркта, инсульта, образования тромбов. Я сам проходил такую процедуру, после чего чувствовал себя намного лучше, поскольку в результате улучшается питание внутренних органов. Цель лазерной терапии — помогать крови питать органы. Здесь важно точно определить дозу, грамотно ее рассчитать.

— Удобен ли «Ланцет» для врачей?

Вне всяких сомнений! Врачи не напрягаются, операция проводится очень точно благодаря нашим технологиям наведения луча, конструкции специальных рабочих насадок. Он очень эргономичный. Руки у врача свободны. Когда нужно дать импульс, достаточно нажать педаль. Но, конечно, хороший врач должен быть технически грамотным.

— Какие учреждения, применяющие медицинские технологии, можно назвать основными клиентами КБП?

Как уже говорилось, в России и за рубежом эксплуатируются более 800 аппаратов серии «Ланцет», в том числе в таких ведущих медицинских учереждениях, как Центральная клиническая больница, поликлиника Медицинского центра Управления делами Президента РФ, Главный военный клинический госпиталь им. Н.Н. Бурденко, Государственный научный центр лазерной медицины ФМБА, Центр микрохирургии глаза им С.Н. Фёдорова, ЦНИИ стоматологии, НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, НИИ оториноларингологии.

Ланцет-2. Оптическая часть

Ланцет-2. Оптическая часть

Мы благодарим наших собеседников за интересный разговор и перемещаемся ближе к конструкторскому отделу, где в программном комплексе SolidWorks и по сей день разрабатывают новые версии аппаратов серии «Ланцет». Снова огромная территория предприятия, по которой можно гулять между красивыми корпусами, отдыхать, вдыхать весеннюю смесь запахов сирени и черемухи, общаться с коллегами. Наверное, особенно приятно после трудового дня остановить взгляд на зеленых кустарниках, на ярких тюльпанах… и просто помечтать.

Но вот мы наконец в той самой части КБП, где проектировалась установка «Ланцет­2», создавалась конструкторская документация, где специалисты самых разных профилей трудились над будущим лазерным аппаратом. Попадаем в конструкторское бюро; инженеры сосредоточены на выполнении производственного задания; бодро работают мышкой, внимательно смотрят на экран.

В «Солиде» всегда нужная команда под рукой

Конструкторы КБП используют в своих работах «Солид», как они кратко его называют, уже давно. Причем проектирование изделия повышает точность в разы, сокращает время на рутинную разработку как отдельных сборочных узлов, так и изделий целиком. Специалисты используют программное решение как основу, потому что уже не раз убеждались в качестве и удобстве функционала как в области проектирования, расчетной части, так и других модулей программного комплекса.

Поговорим с ведущим инженером­конструктором Ниной Михайловной Столяровой, которая проектировала всю конструкцию «Ланцет­2» в программном комплексе SolidWorks. Спросим у нее, с какими сложностями пришлось столкнуться и как программный комплекс помог решить задачи предприятия.

— Как давно вы используете SolidWorks в своей работе?

В SolidWorks я проектирую уже несколько лет, приятно, что от версии к версии работать становится все удобнее. Мы моделируем в программе все наши основные приборы, и, конечно же, «Ланцет­2». Кстати, можете посмотреть — вот он на экране.

Видим знакомый интерфейс, правда команды и кнопки расставлены по­другому, нежели у наших специалистов. И это правильно, поскольку каждый пользователь может найти в системе ту логику работы, которая близка именно ему, не причиняя при этом неудобства соседу. В графической области вращается прибор — тот самый «Ланцет­2», который мы видели пока только на фото и с которым предстоит познакомиться «вживую».

— Как вы начинали проектировать прибор?

Мои коллеги предпочитают сначала разработать концептуальную схему изделия, а потом «выращивать» детали в самой сборке, а мне удобнее использовать технологию проектирования «снизу вверх», то есть идти от детали к сборке, поэтому начинала с небольших узлов, в первую очередь — с аппаратной части, определяющей основной функционал и компоновку прибора. Поскольку некоторые компоненты использовались в наших прежних разработках, мы применили их и в новом проекте.

— Какие инструменты SolidWorks вы используете наиболее часто?

Да всякие использую. И твердотельное моделирование, и работу с листом, и сварные конструкции. Смотрю, что больше всего подходит.

— Вы сами научились компьютерному моделированию?

Сначала приезжал преподаватель, объяснил, как сделать первые шаги, потом были курсы, всему научили: и детали делать, и сборки, и штампы. Позже, когда выходили новые версии, было уже проще, тогда сами находили новые кнопки. Но, к слову сказать, все становилось только проще, никаких лишних «наворотов» — всегда нужная команда под рукой.

— Используете ли вы библиотеки стандартных элементов?

Да, те, что в стандартной поставке шли, используем. Вообще всю поставку используем: и материалы, и шаблоны, и основные надписи. Главное, что они соответствуют ГОСТу. Свои типовые узлы тоже делаем библиотечными, чтобы потом все могли с ними работать.

— Как вам сейчас работается в SolidWorks?

Когда был спроектирован «Ланцет­2», в «Солиде» появилось много нового, и это здорово. Но в то же время система не усложнилась, как это происходит во многих других САПР. Естественно, с тех пор номенклатура наших изделий дополнилась и расширилась, но стабильность и надежность системы позволила нам с легкостью проектировать самые сложные изделия.

Просим сделать несколько снимков с экрана. Подбираюсь поближе к компьютеру. И тут — за что большое спасибо! — нам предложили самостоятельно поработать мышкой для выбора наиболее «говорящих» ракурсов. Сразу можно заметить, что изделие моделировал профессионал: дерево построения создано оптимальным способом, отдельные детали и узлы раскрашены в разные цвета для зрительного удобства, сборка вращается быстро, никаких «лопухов» с ошибками система не выдает.

В каком направлении движемся?

Благодарим Нину Михайловну за беседу, за возможность лишний раз убедиться в профессионализме инженеров ОАО «КБП» и переходим к практической части нашей встречи, к наблюдениям за испытаниями лазерной установки нового поколения — «Ланцет­5». На наш вопрос сопровождающий нас Г.И. Колесников утвердительно кивает: «Да, были еще и “Ланцет­3”, и “Ланцет­4”, которые применялись для самых разных медицинских задач и имели соответствующие исполнения».

Завершающая часть нашей встречи — испытательный корпус, где проходит проверку установка «Ланцет­5». Везде стерильная чистота. Люди в белых халатах предлагают и нам облачиться в такое же одеяние, чему беспрекословно подчиняемся. Нас приводят в особое помещение, где перед глазами предстает следующая картина: небольшой прибор с основной аппаратной частью, закрытой кожухом, и ручкой­манипулятором двумя красными пучками света пытается прожечь камень, на котором уже есть небольшие повреждения, похожие на следы жуков­короедов. Выясняем, что ресурсные испытания проводятся при рабочей мощности прибора 15 Вт. Там, где лазерный луч такой мощности встречает препятствие, возникает область очень высокой температуры! Так что нужно быть осторожным и аккуратным. Если под лазерный луч подставить лист бумаги, но сделать это очень быстро, то можно увидеть след ожога и оценить его размеры. Внизу — уже упомянутая педаль, которая включает лазерный импульс и освобождает руки хирурга для проведения операции.

«Сам Шипунов одним из первых “лег под лазер”, — сообщили представители испытательной лаборатории. Видимо, Аркадий Георгиевич Шипунов, гений оборонной промышленности в целом и КБП в частности, настолько доверял своим коллегам и их изобретению, что принял решение «рискнуть здоровьем» и доказать всему миру, что конверсия военной промышленности может приносить колоссальные плоды в гражданской сфере, в частности медицинской.

В заключение приведем интересный диалог с руководителем ИТ­подразделения КБП Г.И. Колесниковым.

— Как часто приходится цитировать знаменитую фразу Жени Лукашина из «Иронии судьбы»: «Я хирург, мне приходится делать людям больно, чтобы потом они не мучились»? Так все­таки, насколько лазер лучше скальпеля?

Преимущество очевидно — лазер сразу заваривает сосуды, не оставляя повреждений. Рана остается чистой. Если поврежденный участок выскребают скальпелем, происходит травма живой ткани. Здесь же выжигается омертвевшая ткань. На здоровой ткани образуется сеточка, прижигаются сосуды, нет никаких повреждений.

Кстати, я лично присутствовал на такой операции в ожоговом отделении Тульской областной больницы. Слесарь обварил руку в котельной. Ему сделали общий наркоз. Пожужжали немного лазером. Забинтовали пораженную руку и отвезли в палату. Перед операцией мне даже поставили стул и дали нашатырь на случай обморока, поскольку я не был готов к такой процедуре и, возможно, большому количеству крови. Но… крови не было. Все чисто и стерильно.

— Можно сказать, что КБП заняло «хирургическую нишу» в области проектирования медицинских лазеров?

В основном мы нашли поддержку в косметологии, в ожоговом направлении, но и в хирургии все чаще стали применяться наши аппараты. Пациенты, которым теперь приходится меньше страдать, говорят отдельное спасибо нашим разработчикам. Очень надеюсь, что все больше и больше медицинских центров будут пользоваться нашей продукцией.

День близится к концу, к выходу потянулись сотрудники КБП, солнце начинает постепенно окрашивать территорию предприятия в вечерние тона. А нам пора домой. Сегодня был длинный день, много впечатлений: мы пообщались с интересными людьми, убедились в грамотном применении программного комплекса SolidWorks, увидели в действии настоящее чудо техники…

И сейчас, прощаясь возле проходной с коллегами, нам остается только пожелать им новых мирных побед в создании передовой медицинской техники. 

Компания SolidWorks Russia выражает благодарность ОАО «КБП» за помощь в подготовке статьи.

САПР и графика 6`2013

Популярные статьи

Будущее CAM-систем

Статья знакомит с современным состоянием функционала CAM-систем, делает своеобразный экскурс в прошлое программного обеспечения для станков с ЧПУ, дает прогноз развития технологий, рынка и возможностей CAM-систем к 2020 году

Новая линейка профессиональной графики NVIDIA Quadro — в центре визуальных вычислений

Компания NVIDIA обновила линейку своих профессиональных графических карт Quadro. Новая архитектура Maxwell и увеличенный объем памяти позволяют продуктивно работать с более сложными моделями в самых высоких разрешениях. Производительность приложений и скорость обработки данных стали вдвое выше по сравнению с предыдущими решениями Quadro

OrCAD Capture. Методы создания библиотек и символов электронных компонентов

В этой статье описаны различные приемы и способы создания компонентов в OrCAD Capture, которые помогут как опытному, так и начинающему пользователю значительно сократить время на разработку библиотек компонентов и повысить их качество