در Silico Device Drop Testing VS Benchtop

این وبلاگ در آزمایش سقوط دستگاه پزشکی سیلیکونی در مقابل روش‌های سنتی رومیزی بررسی می‌کند. طراحی دستگاه پزشکی باید به نحوه استفاده و استفاده از یک دستگاه (مثلاً دستی، رومیزی، خود نگهدارنده و غیره) اشاره کند.

در اکثر حوزه‌های قضایی، آزمایش سقوط به عنوان بخشی از ارسال‌های نهاد نظارتی که به دنبال صدور گواهی برای فروش در هر حوزه قضایی هستند (به عنوان مثال، نشان CE اتحادیه اروپا) مورد نیاز است.

نهادهای نظارتی به طور گسترده ای IEC 60601-1 را به عنوان نیاز پایه برای ایمنی و کارایی دستگاه های الکتریکی پزشکی در نظر می گیرند. این استاندارد ارتفاعات و جهت‌گیری‌ها را برای رخ دادن سقوط، با شکست غیرقابل قبولی که توسط تیم طراحی محصول تعریف و توجیه می‌شود، تجویز می‌کند.

جدول زمانی طراحی در مراحل اولیه اغلب محدود است و توانایی طراحان را برای ارائه نتایج اولیه ایمنی و کارایی محصول محدود می کند. آزمایش فیزیکی در داخل می‌تواند اعتماد به استحکام یک طرح را افزایش دهد، اما فقط تا حدی که شکست تجویز شده از طریق ابزار فیزیکی قابل تشخیص باشد.

اغلب، مواد اولیه و اتصالات نمونه اولیه (نقاط اتصال، اتصالات متصل و غیره) نشان دهنده طراحی نهایی مورد نظر نیستند. اگر آزمایش فیزیکی تا مرحله پایانی طراحی باقی بماند، زمانی که طراحی محصول با مواد نهایی (مثلاً ترموپلاستیک ها) و اتصالات قفل شده است، هزینه های سرمایه بالا و زمان بندی طولانی تر برای تغییرات طراحی اغلب مورد نیاز است.

صرف نظر از آزمایش فیزیکی اولیه یا اواخر مرحله، زمان چرخه از تعریف تا نتایج به دلیل گردش کار (طراحی، انتشار، تهیه و مونتاژ) مورد نیاز قبل از انجام آزمایش، نسبتاً طولانی است. این هزینه ها را برای نیروی کار و مواد افزایش می دهد - آزمایش های قطره کل مجموعه های اجزای ساختاری اصلی را مصرف می کند، که می تواند هزینه های بالایی را به دلیل مقادیر کم در طراحی در مراحل اولیه متحمل شود.

در سیلیکون تست سقوط دستگاه پزشکی جایگزینی برای آزمایش فیزیکی است و بخشی از مهندسی به کمک کامپیوتر (CAE یا CAx). CAD یک دستگاه (اجزای مدل‌سازی شده به شکل دیجیتال) یا نمایش‌های ad-hoc را می‌توان در یک مدل محاسباتی با استفاده از نرم افزارهای مهندسی مانند انسیس، و از طریق شبیه سازی هایی که آزمایش های فیزیکی را نشان می دهند اجرا کنید.

تست سقوط دستگاه پزشکی سیلیکونی می تواند مزایای زیادی نسبت به تست فیزیکی داشته باشد. یکی از اینها توانایی آن برای نگاه کردن به داخل است – اجزای داخل دستگاه را می توان مستقیماً بررسی کرد و نقاط خرابی را نشان داد که از طریق بازرسی بصری پس از سقوط فیزیکی قابل تشخیص نیستند. تکرارهای طراحی به راحتی مقیاس پذیر هستند و می توانند به طیف وسیعی از سوالات طراحی پاسخ دهند.

همچنین به عنوان مطالعات پارامتری شناخته می شود، اینها از یک مدل محاسباتی پایه برای پاسخ دادن به سؤالات مهم طراحی، مانند تنظیمات مواد، هندسه، معیارهای شکست (به عنوان مثال، خروج بست/برش باس، تغییر شکل سازه، اثرات حرارتی، و غیره) استفاده می کنند. دیگران.

در زیر نمونه‌ای از نحوه مقایسه چرخه‌های آزمایش فیزیکی بدون شبیه‌سازی با یک چرخه طراحی مبتنی بر شبیه‌سازی آورده شده است که توانایی شبیه‌سازی در کوتاه‌تر کردن جدول زمانی تکرارهای طراحی را نشان می‌دهد:

شکل 1 - فرآیند تکرار طراحی، بدون شبیه سازی در مقابل شبیه سازی محور

در Silico Example – Drop Test

برای قرار دادن این موضوع، مثالی را در نظر بگیرید که یک مورد ساده شده و یک مجموعه دستگاه مشترک را نشان می دهد: یک محفظه مهر و موم شده که حاوی اجزای حیاتی است. این اجزای داخلی به گونه‌ای بسته شده‌اند که آزمایش عملکردی در مراحل اولیه را امکان‌پذیر می‌سازد، که یک تلاش طراحی کوتاه مدت برای اثبات مفهومی برای سرمایه‌گذاران بود.

مرحله جدیدی از طراحی با هدف ایجاد اطمینان در استحکام طراحی و پیشرفت به سمت طراحی دستگاه مقیاس پذیر و ساخت نهایی آغاز شده است. یکی از تست های این پیشروی، یک سری سقوط دستگاه از ارتفاع ثابت است.

قبل از نزدیک شدن به تست رسمی - اغلب با آزمون خانه های دارای گواهینامه - تست اعتماد داخلی می تواند بسیاری از سوالات طراحی را قبل از اجرای آنها مورد تمسخر قرار دهد. در آزمایش سیلیکو اولین قدم عالی برای ارزیابی مفروضات و درک تفاوت در پارامترها است.

این مثال با یک محفظه ABS خارج از قفسه نشان داده شد که یک بلوک فولادی 12 پوندی را در داخل نگه می‌دارد، با 4 بست فولادی رزوه‌ساز که آن را در برابر باس‌های محفظه ABS نگه می‌دارد. یک مدل سیلیکونی برای نشان دادن حالت اصلی - یک قطره 2 متری در گوشه جلویی درب محفظه تنظیم شد.

شکل 2 - تنظیم تست برای موارد فیزیکی و سیلیکونی

در مدل‌سازی سیلیکونی، خرابی باس‌های پیچ ABS از طریق خروج بست‌های فولادی پیش‌بینی شد. سپس مدل پیش‌بینی کرد که تکانه باقیمانده بلوک شیب‌دار ابتدا به گوشه پایینی محفظه و سپس روی درب ضربه می‌زند و نقاط ضربه‌خورده را تغییر شکل می‌دهد و امواج ضربه‌ای را در اطراف محوطه منتشر می‌کند.

سپس مدل in silico با یک مجموعه رومیزی متشکل از اجزای فیزیکی که مدل in silico را تعریف کرده بود مقایسه شد. این امکان نمایش فیزیک دنیای واقعی و مقایسه با مدل در سیلیکو را فراهم کرد. تصاویر زیر نتایج آزمایش فیزیکی را با پیش‌بینی‌های مدل سیلیکو مقایسه می‌کنند.

شکل 3 - نتایج تست سقوط روی تخت

شکل 4 - تغییر شکل محفظه، پیش‌بینی سیلیکو در مقابل

شکل 5 - تغییر شکل بست، میز و پیش بینی سیلیکو

مثال نشان می دهد که تغییر شکل و شکست مورد انتظار در سطح جزء را می توان با استفاده از مدل سازی سیلیکو پیش بینی کرد. مطالعات پارامتری اضافی را می توان به دلخواه بر روی مدل انجام داد تا نشان دهد چگونه می تواند نتایج متناوب را پیش بینی کند.

نتیجه

طراحی و توسعه محصول تجهیزات پزشکی به طور فزاینده‌ای بر مدل‌سازی محاسباتی برای افزایش کارایی و کاهش زمان‌بندی توسعه تکیه می‌کند. مقیاس‌پذیری، ردیابی سریع تکرارهای توسعه، و توانایی بررسی حالت‌های خرابی که به سختی تشخیص داده می‌شوند، آزمایش سقوط دستگاه پزشکی سیلیکونی را به ابزاری قدرتمند برای توسعه محصول دستگاه‌های پزشکی تبدیل می‌کند.

گرفتن نقاط خرابی و تنظیم طرح ها می تواند با کاهش تست های مخرب در کوتاه مدت و تصمیم گیری آگاهانه برای محصول نهایی منجر به صرفه جویی قابل توجهی شود.

ناتان مولر، EIT، یک مهندس مکانیک پزشکی StarFish است - تجزیه و تحلیل و طراحی. تمرکز او در مهندسی شبیه سازی با استفاده از مدل سازی محاسباتی است. او به عنوان بخشی از یک تیم طراحی و توسعه، طرح های گسترده را بهینه می کند و به تمسخر می گیرد.

[محتوای جاسازی شده]

---

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://starfishmedical.com/blog/in-silico-medical-device-drop-testing-vs-benchtop/