في Silico Medical Device Drop Testing VS Benchtop

تستكشف هذه المدونة في اختبار السقوط للأجهزة الطبية السليكو مقابل الطرق التقليدية للفوق. يجب أن يتناول تصميم الجهاز الطبي كيفية استخدام الجهاز والتعامل معه (على سبيل المثال ، الجهاز المحمول باليد ، أو المنضدة ، أو الدعم الذاتي ، وما إلى ذلك).

في معظم الولايات القضائية ، يُطلب اختبار السقوط كجزء من طلبات الهيئات التنظيمية التي تسعى للحصول على شهادة للبيع في كل ولاية قضائية (على سبيل المثال ، علامة الاتحاد الأوروبي CE).

تعتبر الهيئات التنظيمية على نطاق واسع IEC 60601-1 كشرط أساسي لسلامة وفعالية الأجهزة الطبية الكهربائية. تحدد هذه المواصفة القياسية ارتفاعات واتجاهات حدوث القطرات ، مع تحديد وتبرير الفشل غير المقبول من قبل فريق تصميم المنتج.

غالبًا ما تكون الجداول الزمنية للتصميم في المراحل المبكرة ضيقة وتحد من قدرة المصممين على تقديم نتائج المرحلة المبكرة لسلامة المنتج وفعاليته. يمكن أن يؤدي الاختبار المادي في المنزل إلى زيادة الثقة في متانة التصميم ، ولكن فقط إلى الدرجة التي يمكن اكتشاف الفشل المحدد من خلال الوسائل المادية.

في كثير من الأحيان ، لا تمثل مواد النموذج الأولي والوصلات (نقاط التثبيت ، والمفاصل المترابطة ، وما إلى ذلك) النموذج النهائي المقصود. إذا تم ترك الاختبار المادي حتى مرحلة متأخرة من التصميم ، عندما يكون تصميم المنتج مغلقًا بالمواد النهائية (مثل اللدائن الحرارية) والمثبتات ، فغالبًا ما تكون تكاليف رأس المال المرتفعة والجداول الزمنية الأطول مطلوبة لتغييرات التصميم.

بغض النظر عن الاختبار المادي المبكر أو المتأخر ، فإن وقت الدورة من التعريف إلى النتائج طويل نسبيًا نظرًا لسير العمل (التصميم والإصدار والمشتريات والتجميع) المطلوب قبل إجراء الاختبار. يؤدي هذا إلى زيادة تكاليف العمالة والمواد - تستهلك اختبارات السقوط مجموعات كاملة من المكونات الهيكلية الرئيسية ، والتي يمكن أن تتكبد تكاليف عالية بسبب الكميات الصغيرة في تصميم المرحلة المبكرة.

في السيليكو ، يعد اختبار السقوط للأجهزة الطبية بديلاً للاختبار البدني وجزءًا من الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE أو CAx). يمكن تضمين CAD للجهاز (مكونات تم تصميمها في شكل رقمي) أو تمثيلات مخصصة في ملف نموذج حاسوبي باستخدام برامج هندسية مثل ANSYS، وإجراء عمليات محاكاة تمثل الاختبارات البدنية.

يمكن أن يوفر اختبار السقوط للجهاز الطبي في السيليكو العديد من المزايا مقارنة بالفحص البدني. تتمثل إحدى هذه الميزات في قدرتها على النظر إلى الداخل - يمكن مراجعة المكونات داخل الأجهزة مباشرةً ، وإظهار نقاط الفشل التي لا يمكن اكتشافها من خلال الفحص البصري بعد السقوط المادي. تكرارات التصميم قابلة للتطوير بسهولة ويمكنها معالجة مجموعة من أسئلة التصميم.

تُعرف هذه الدراسات أيضًا باسم الدراسات البارامترية ، وهي تستخدم نموذجًا حسابيًا أساسيًا للإجابة على أسئلة التصميم الحرجة ، مثل التعديلات على المواد ، والهندسة ، ومعايير الفشل (على سبيل المثال ، انسحاب القفل / قص الزعانف ، والتشوه الهيكلي ، والتأثيرات الحرارية ، وما إلى ذلك) ، من بين العديد من آحرون.

فيما يلي مثال على كيفية مقارنة دورات الاختبار الفيزيائي بدون محاكاة بدورة تصميم تعتمد على المحاكاة ، مما يدل على قدرة المحاكاة على تقصير الجداول الزمنية لتكرارات التصميم:

الشكل 1 - عملية تكرار التصميم ، بدون محاكاة VS مدفوعة بالمحاكاة

في مثال سيليكو - اختبار السقوط

لوضع هذا في السياق ، خذ مثالاً يمثل حالة مبسطة وتجميع جهاز مشترك: حاوية مغلقة تحتوي على مكونات مهمة. يتم تثبيت هذه المكونات الداخلية بطريقة مكّنت من إجراء اختبار وظيفي في مرحلة مبكرة ، والذي كان عبارة عن جهد تصميم زمني قصير لإثبات مفهوم للمستثمرين.

بدأت مرحلة جديدة من التصميم بهدف بناء الثقة في متانة التصميم والتقدم نحو تصميم جهاز قابل للتطوير والتصنيع النهائي. أحد الاختبارات في هذا التقدم هو سلسلة من يسقط الجهاز من ارتفاع ثابت.

قبل الاقتراب من الاختبار الرسمي - غالبًا مع بيوت الاختبار المعتمدة - يمكن أن يحذف اختبار الثقة داخل الشركة العديد من أسئلة التصميم قبل تنفيذها. يعد اختبار السيليكو خطوة أولى رائعة لتقييم الافتراضات وفهم الاختلافات في المعلمات.

تم تمثيل هذا المثال من خلال حاوية ABS جاهزة للاستخدام تحتفظ بكتلة فولاذية بوزن 12 رطلاً داخليًا ، مع 4 مثبتات فولاذية مكونة من الخيوط تثبتها ضد رؤساء حاوية ABS. تم إعداد نموذج بالسيليكو لتمثيل العلبة الأساسية - انخفاض مترين على الزاوية الأمامية لغطاء العلبة.

الشكل 2 - اختبار الإعداد للحالات المادية وفي حالات السيليكو

في النمذجة السيليكو توقعت فشل الرؤوس اللولبية ABS عن طريق سحب المثبتات الفولاذية. توقع النموذج بعد ذلك أن الزخم المتبقي للكتلة شديدة الانحدار قد أثر أولاً على الزاوية السفلية للحاوية ثم الغطاء ، مما أدى إلى تشويه النقاط المتأثرة ونشر موجات الصدمة حول العلبة.

ثم تمت مقارنة نموذج السليكو بتجميع سطح الطاولة المكون من المكونات المادية التي حددت النموذج في السيليكو. سمح ذلك بتوضيح فيزياء العالم الحقيقي والمقارنة مع نموذج في السيليكو. الصور أدناه تقارن نتائج الاختبار الفيزيائي مع تنبؤات نموذج السيليكو.

الشكل 3 - نتائج اختبار السقوط على الطاولة

الشكل 4 - تشوه العلبة ، Benchtop مقابل في Silico Prediction

الشكل 5 - تشوه أداة التثبيت ، على الطاولة وفي توقع السيليكو

يوضح المثال أنه يمكن التنبؤ بالتشوه والفشل المتوقع على مستوى المكون باستخدام النمذجة السيليكو. يمكن إجراء دراسات بارامترية إضافية حسب الرغبة في النموذج لإظهار كيف يمكن لهذه الدراسات أن تتنبأ بنتائج بديلة.

وفي الختام

سيعتمد تصميم وتطوير منتجات الأجهزة الطبية بشكل متزايد على النمذجة الحاسوبية لزيادة الكفاءة وتقليل الجداول الزمنية للتطوير. إن قابلية التوسع ، والتتبع السريع للتكرارات التنموية ، والقدرة على مراجعة أوضاع الفشل التي يصعب اكتشافها ، تجعل اختبار إسقاط الجهاز الطبي السيليكو أداة قوية لتطوير منتجات الأجهزة الطبية.

يمكن أن يؤدي اكتشاف نقاط الفشل وتعديل التصميمات إلى تحقيق وفورات كبيرة عن طريق تقليل الاختبارات المدمرة على المدى القصير واتخاذ قرارات مستنيرة للمنتج النهائي.

ناثان مولر ، EIT ، هو مهندس ميكانيكي طبي في StarFish - التحليل والتصميم. ينصب تركيزه على هندسة المحاكاة باستخدام النمذجة الحسابية. كجزء من فريق التصميم والتطوير ، يقوم بتحسين التصاميم واسعة النطاق والتخلص منها.

[المحتوى جزءا لا يتجزأ]

---

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://starfishmedical.com/blog/in-silico-medical-device-drop-testing-vs-benchtop/