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定制式假肢为竞技提供支持

2021-09-06

运动员站在领奖台上,人群欢呼,相机闪烁。但他们并不仅仅靠自己来做到这一点。各种各样的人,从教练、朋友、同事、对手到家人,都为他们提供支持,在成功或奋斗的背后,每个运动员都有许多不同的故事。让我们看看是什么帮助运动员接受挑战。

在过去的几年中,用于竞技运动的刀片式假肢受到了更多注意。2016年里约残奥会中,来自德国的带假肢的运动员成为跳远项目(T44)的金牌得主,他在2018年创造了8.48米的个人纪录。这一跳跃本可以为他赢得2016年里约奥运会的跳远金牌。你看,竞技运动的刀片式假肢甚至有可能打破没有身体残疾的运动员的记录。
然而,刀片式假肢的开发并不是一个简单的过程。腿的体型和状况因人而异。也有运动员在跑步时平均地使用双腿,而其他运动员则可能更多地依赖假肢的使用。


换句话说,竞技运动的刀片式假肢必须定制以适合每个运动员。
2016年里约残奥会4×100米接力赛(T42-47)获得铜牌的佐藤启太(Keita Sato)当年加入了丰田汽车公司,当时只拥有一把假肢。即使是顶级运动员也只能拥有一个刀片式假肢,这一事实证明了制造它们的难度,包括它们的成本。

只有一把假肢是很有风险的,万一出问题,连练习也无法进行。他们想开发一种新的刀片式假肢来与之竞争。
佐藤启太加入丰田后被分配到生产工程计划部,2017年,他的主管在丰田汽车公司的管理层会议上宣布了这一消息。

这是刀片式假肢开发支持项目的开始。生产工程部的Kenji Ueda和Yuya Kaburagi师徒二人组负责设计对线部件,包括支柱和连接插口,这些部件特别难以开发。

反复试验,面对挑战

2017年5月,Ueda被任命负责开发用于竞技运动的刀片式假肢的对线部件,这将是一个巨大的挑战。对线部件将插入截肢腿的插口连接到与地面接触的刀片,它们必须轻巧耐用。Ueda反复思考了开发这些部件的挑战性。“当然,我以前从未制作过对线部件。我没有蓝图或任何东西,必须从反复试验开始。我咨询了一位使用假肢的初级同事,但被告知用于日常生活和运动的假肢是不同的。所以,我完全不知道我能做什么。”


插入截肢腿的插口也是由丰田汽车公司的志愿者根据假肢师(开发和安装假肢的专家)的建议,通过刀片式假肢开发支持项目制作的。他们利用了原材料开发部门和元町(Motomachi)工厂车身制造部门的先进技术和技能。

当时,还没有专门为残奥会运动员制作的刀片式假肢。通常使用大量生产的假肢作为日常运动使用。Ueda和Kaburagi购买了一个量产的假肢,并在制作原型之前对其进行了彻底的分析。两人最初完全不知所措,但他们根据发动机和变速器制作复杂零件原型的经验,开始开发对线部件。

完成原型并试跑

在开发开始大约六个月后,佐藤启太被邀请进行试跑。但是第一次试跑就有意外发生。Kaburagi回想起那天发生的事情:“在让佐藤测试之前,我组装了对线部件并对其进行了调整。但是,他只慢跑了大约20米来热身,它就突然断裂了。我的脑袋一片空白,以为我犯了一个可怕的错误。因为是第一次试跑,所以很多人都来观看,甚至还打算拍个视频来汇报,但是……”

失败的原因是以工程师为中心的开发

在这件令人震惊的事件之后,以Ueda和Kaburagi师徒二人为中心的项目团队于2018年迎来了动力总成管理部的西山雄二(Yuji Nishiyama)的加入。西山很清楚哪个部门可以找到什么样的技能和人力资源,他从行政的角度给他们建议,比如“如果你要做这个实验,你应该和Y部门的X先生讨论一下。”随着西山雄二加入团队,开发进程大大加快。


改进的可调式对线部件(左),用于确定最佳设置,包括刀片角度。具有已确定的最佳设置的固定式对线部件(中),由于重量的显著减轻,佐藤的跑步时间大大缩短。重量更轻的最新型号(右)。

“回顾过去,我认为我们的开发是为了自我满足。我们试图开发可以在戴上假肢时进行调整的对线部件。但对佐藤来说,进行这些调整很困难,而且假肢也很重,很难使用。额外的功能使它变得越来越复杂和沉重。”

2018年至2019年,假肢的开发进展并不顺利,项目团队与佐藤之间缺乏密切沟通也是造成这种情况的原因之一。Ueda说他当时觉得有点恼火。

佐藤在表达自己的观点时并不是很坦率。现在回想起来,这大概是因为他觉得很难批评一个比他父母年长的高级员工所做的事情。“我希望他能坦率地告诉我设计有多糟糕,或者哪里有问题。”

随后,佐藤将活动基地改为东京,这加剧了缺乏沟通的情况。2019年秋季,他们在丰田市举办了派对。这次聚会大约有30人聚集在一起,Ueda解释了它的目的。“我认为佐藤对向年长的人表达他的观点时太过保留,而我们也对残奥会奖牌获得者过于敬畏。当时,一些成员还称他为佐藤先生。因此,我们决定以后都直接叫他佐藤。项目组成员齐心协力,向着金牌的目标前进,我们决定称自己为‘佐藤小队’。”

聚会拉近了佐藤和佐藤小队之间的距离,大家开始更加坦率地交流。后来,Kaburagi去东京车展时参观了佐藤练习的地方。“在那里,佐藤的假肢师告诉我,他们不想再使用我们的假肢了。佐藤也间接批评了我们的假肢,坚定地声称他想要一个能在比赛中实际使用的假肢。”

到了2019年底,2020年东京残奥会仍原定于2020年8月举行,距离奥运会只剩下几个月时间了。

聚集跨部门的精英团队

进入2020年,佐藤团队通过佐藤及其假肢专家与竞技运动假肢研发公司Xiborg的密切合作,多次进行试跑。每当需要技术或人力资源时,西山都会从公司内部的各个部门收集信息。佐藤团队得到了全公司的全力支持,对线部件的开发终于开始腾飞。

和平时的工作不同,只要“有兴趣帮助佐藤的人就围过来吧!”,各个部门的人自然会聚在一起。“我们的第一场派对大约有30人参加,但现在如果再举行聚会,我想最终会多出几倍。”

观念的改变导致意想不到的进步

佐藤也开始告诉他们,假肢变得更容易使用了,他开始取得良好的效果。造成这种情况的原因之一是假肢开发背后的概念发生了变化。Ueda解释了它是如何变化的。


我们的对线部件背后的概念是可以根据佐藤的情况自由改变刀片的角度。它可以垂直移动20毫米,水平移动10毫米,轴的角度也可以在一个方向上改变6度,总共12度。但佐藤表示,假肢太重且难以调整,不适合竞技类跑步。这促使我们在确定可调节对线部件的最佳设置后制作简单、轻便且刚性(固定)的对线部件。


对线部件的侧面采用中空结构,以进一步减轻重量。这很受欢迎,佐藤的跑步成绩大大提高。佐藤本人显然对减轻重量会产生如此巨大的差异感到惊讶。Ueda继续说,“我们本可以就此止步,但我们认为,如果重量如此重要,那还可以让它更轻。所以,我们制作了三角形的桁架,使侧面中空。桁架结构会牺牲强度,但我们通过优化设计来克服这一点。后来的计算机分析(拓扑优化)表明我们的想法是对的,我真为此感到自豪。”

典型的丰田项目?典型的丰田精神!

Kaburagi亲眼目睹了导师在他认为已经完成后努力进一步改进假肢,他反思了这句话,“为进一步改进付出努力,这正是典型的丰田精神。”

对此,Ueda表示,“我认为这根本不是典型的丰田项目。该项目充满了muri(不合理)和muda(浪费)。TPS规定我们不能做这种事情(笑)。”

正如他所说,这可能是一个有很多muri(不合理)和muda(浪费)的项目。但是Kaburagi说他们通过这次经历获得了很多。“我们能够与跨越不同部门和组织的许多人进行交流,并且有一些我们无法通过日常工作获得的见解。”

佐藤团队开发的对线部件现在在Xiborg的帮助下出售。Ueda热情地说:“我的一个同事使用假肢,但是在为佐藤制作这个假肢时,我的脑海中一直有一个想法,就是帮助创建一个残疾人可以自由行走的社会。”

来源:荣格-《医疗设备商情》

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