醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)中的流體處理
醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)中的流體處理：
問題與挑戰(zhàn)
隨著*醫(yī)療設(shè)備與診斷儀器日新月異，實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院及外科專家日益需要大量更復(fù)雜精密，但體積更小、速度更快、性能更可靠的系統(tǒng)。同時(shí)，原始設(shè)備制造商 (OEM) 與終端用戶的成本壓力有增無減。應(yīng)對(duì)這類挑戰(zhàn)，設(shè)備制造商必須在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中不斷突破創(chuàng)新，同時(shí)又要設(shè)法提高資源利用率。
大部分醫(yī)療設(shè)備都要涉及到流體。在任何需要測量、監(jiān)控或控制液體或氣體的地方，流體處理都是重中之重。流體處理應(yīng)用非常廣泛，如蒸汽消毒器上的鍋爐控制、體外診斷設(shè)備中的試劑調(diào)配，以及醫(yī)院中的大宗氣體輸送。另外，在醫(yī)療激光冷卻及*藥品輸送，以及*等產(chǎn)品中送風(fēng)等應(yīng)用中，流體處理也起著重要的作用。這類設(shè)備需要一系列不同的流體管理，如液體監(jiān)測、混合與調(diào)配、沖洗系統(tǒng)及廢物控制，其功能特性又截然不同。
流體領(lǐng)域可廣泛分為宏觀與微觀兩種應(yīng)用，前者涵蓋要求從儀器流過一定量或大量材料的情形，如儲(chǔ)罐加注或廢液處置；后者指少量、輸送的應(yīng)用。流體，特別是宏觀流體，在醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)中往往是*的，但又非核心功能所在，也算不上是某家公司的*技術(shù)。雖然內(nèi)部工程人員精通 OEM 廠商的核心技術(shù)，但可能沒有深入的專業(yè)知識(shí)或時(shí)間去開發(fā)輔助系統(tǒng)。因此，若應(yīng)用涉及流體管理，OEM廠商求助于在相關(guān)領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)的外部工程資源。
本白皮書將總結(jié)流體設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)及趨勢，并探討如何與設(shè)計(jì)和制造承包公司合作，實(shí)現(xiàn)*結(jié)果。
挑戰(zhàn) 1：整合與簡化
醫(yī)療設(shè)備目前正向小型化方向演變。事實(shí)上，縮小儀器尺寸，簡化復(fù)雜程度可以創(chuàng)造大量新商機(jī)。首先，減小占地面積可以為 OEM 廠商贏得競爭優(yōu)勢。例如，商業(yè)實(shí)驗(yàn)室通常按每平方英尺收益來核算成本，因此在采購時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇更緊湊的儀器。其次，降低設(shè)備的尺寸和重量可開辟新的市場。設(shè)備越小，越方便運(yùn)輸至災(zāi)區(qū)或急救現(xiàn)場等特殊場合。zui后，更小的尺寸有利于擴(kuò)大用戶群，例如外科衛(wèi)生所放不下大型設(shè)備，而更歡迎桌面大小的診斷設(shè)備。
系統(tǒng)整合與簡化面臨著無數(shù)挑戰(zhàn)。容積越小，流量管理越重要，可允許的誤差也很關(guān)鍵。另外，設(shè)備能耗和耗材不能太高，尤其是在強(qiáng)調(diào)便攜性的應(yīng)用中。有多種方法可以減小尺寸與重量。其中一個(gè)方案是將多個(gè)部件集成在一個(gè)功能單元內(nèi)。Gems Medical Sciences 已應(yīng)用此策略，與呼吸產(chǎn)品公司合作致力于革新車載*。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將霧化器與溫度傳感器等各種部件直接納入閥組塊中，由此形成了一種新設(shè)計(jì)，大幅減少占用空間。
在某些時(shí)候，儀器尺寸會(huì)受操作條件限制，此時(shí)可考慮功能自動(dòng)化。如在上述*案例中，zui初的流量閥設(shè)計(jì)僅采用手動(dòng)設(shè)置。要在針閥上進(jìn)行流量調(diào)節(jié)妨礙了設(shè)備的小型化。為解決這個(gè)問題，Gem Medical Sciences 重新設(shè)計(jì)了閥組，將調(diào)節(jié)閥修改為直接沖壓在閥組內(nèi)的精密孔口。沒有操作限制之后，設(shè)備總的占地面積減小了 40%。
另一案例中，某家醫(yī)療激光制造商想要重新設(shè)計(jì)大型固定設(shè)備，使其小到足以可在醫(yī)生辦公室內(nèi)移動(dòng)。其中zui要緊的是減小設(shè)備冷卻系統(tǒng)的尺寸。Gems Medical Sciences 的流體專家將一個(gè)液位傳感器與一個(gè)溫度傳感器整合至一個(gè)部件內(nèi)，成功地大幅減少了空間需求。新的復(fù)合傳感器在流體容器中所需空間更小，從而允許使用更小的容器。這些變化，加之使用更小的泵與傳感器，使占地面積減小了一半。
挑戰(zhàn) 2：成本控制
整個(gè)醫(yī)療工業(yè)目前面臨著生產(chǎn)成本上漲的巨大壓力，而商品成本普遍很高的醫(yī)療設(shè)備制造商情況尤其嚴(yán)峻。但 OEM 廠商對(duì)圍繞成本來改造決定設(shè)備性能的核心技術(shù)卻持謹(jǐn)慎態(tài)度，這是可以理解的。對(duì)于輔助功能，這方面的考慮就少一些。通過削減流體處理系統(tǒng)等非核心系統(tǒng)的成本，OEM 廠商可在核心技術(shù)上保持成本彈性。
體外診斷產(chǎn)品 (IVD) 及其它設(shè)備制造商主要經(jīng)營耗材（剃刀/刀片產(chǎn)品），也特別關(guān)注設(shè)備的成本控制。這類產(chǎn)品的成敗在于盡量擴(kuò)大儀器的用戶群。要實(shí)施這種策略，OEM 廠商必須降低前期成本，提高安裝數(shù)量。如果制造商經(jīng)常以低成本甚至*提供核心儀器，就會(huì)面臨著設(shè)法充分?jǐn)D壓設(shè)備生產(chǎn)成本的巨大壓力。
與流體專家合作的優(yōu)勢
在考慮是否要與流體專家合作時(shí)，OEM 廠商必須根據(jù)設(shè)備的改進(jìn)潛力以及長期的資源節(jié)省目標(biāo)權(quán)衡是否適合雇用外部公司及其短期成本。此類合作的優(yōu)勢包括：
優(yōu)化人力資源
在效率至上的時(shí)代，即便大公司也在紛紛精簡機(jī)構(gòu)。引入流體合作伙伴可以讓員工騰出更多寶貴的時(shí)間。內(nèi)部工程師可以專注于提高核心部件或系統(tǒng)的性能，而不會(huì)為非核心技術(shù)而分神。這一做法適用于任何規(guī)模的公司。
小公司或剛起步的公司可能會(huì)發(fā)現(xiàn)與外部流體公司合作特別有利。這些企業(yè)通常只有少數(shù)幾名員工，甚至可能更少。在創(chuàng)業(yè)之初，創(chuàng)始人可能是公司的*員工。他們擁有必要的臨床知識(shí)，但缺乏將概念從圖紙變?yōu)楫a(chǎn)品所需的工程知識(shí)。正如許多創(chuàng)業(yè)公司，現(xiàn)金流非常重要，引入外部流體合作伙伴比招募人員要經(jīng)濟(jì)得多，尤其是在需求超出公司核心業(yè)務(wù)范圍時(shí)。
縮短開發(fā)時(shí)間
外部流體專家當(dāng)然與zui前沿的流體技術(shù)保持同步，并在該領(lǐng)域擁有深厚的知識(shí)功底，因此可快速洞察設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)并找到解決方法，而內(nèi)部工程師在此方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，要遜色得多。
與外部流體專家合作的另一優(yōu)勢在于，流體部件的設(shè)計(jì)可與其它系統(tǒng)功能同步進(jìn)行，而不用依次逐步實(shí)施，從而可加快前期開發(fā)，同時(shí)還可在后期階段在設(shè)計(jì)沖突更難以糾正時(shí)節(jié)省時(shí)間。
簡化風(fēng)險(xiǎn)與數(shù)據(jù)管理
無論何時(shí)需要流體處理系統(tǒng)，外部流體合作伙伴都可以提供一個(gè)*組裝的單元和*的部件編號(hào)。子組件由承包商生產(chǎn)并測試，并在部件級(jí)保持測試數(shù)據(jù)的連續(xù)性。由于承包商負(fù)責(zé)整個(gè)子組件，當(dāng)出現(xiàn)性能問題時(shí)就有現(xiàn)成的支持。所有這一切都降低了 OEM 廠商的風(fēng)險(xiǎn)。
升級(jí)改造與故障診斷
除原始產(chǎn)品設(shè)計(jì)外，如果 OEM 廠商想要對(duì)已經(jīng)上市的設(shè)備進(jìn)行改造，外部流體合作伙伴的專業(yè)知識(shí)也大有用武之地。這種改造可能包括設(shè)備未能達(dá)到預(yù)期性能，或公司尋求減少制造成本的情況。對(duì)于*種情況，制造商處于被動(dòng)模式，試圖找到客戶所反饋問題的根源。此時(shí)需要一個(gè)快速有效的解決方案，而流體合作伙伴的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)可幫助 OEM 廠商快速診斷問題并/或找出解決之道。
與流體承包商合作的另一優(yōu)勢是客觀。外部專家可帶來全新的視角，發(fā)現(xiàn)置身項(xiàng)目之中的內(nèi)部工程人員所不易察覺的問題。另外，由于公司當(dāng)前流程尚未完善，外部專家可幫助 OEM 廠商區(qū)分哪些流程是有用的，哪些還需要改進(jìn)。
提高性價(jià)比
外部流體供應(yīng)商可幫助 OEM 廠商大幅節(jié)省成本。公司可給出直接有效的解決方案，加之擁有豐富的采購與批量定價(jià)知識(shí)，及其工廠設(shè)施可隨時(shí)生產(chǎn)定制部件，這些都有助于減少成本。Gems Medical Sciences一般可為其客戶削減高達(dá) 40% 的部件成本。
早期參與是關(guān)鍵
尋求流體支持的*時(shí)機(jī)是在開發(fā)早期，這樣不僅可縮短前期開發(fā)時(shí)間，同時(shí)在末期也可節(jié)省時(shí)間與費(fèi)用，否則重新修改相當(dāng)昂貴。由于產(chǎn)品及制造過程受到嚴(yán)格的監(jiān)管，并且修改產(chǎn)品需要大量測試與驗(yàn)證，醫(yī)療設(shè)備工業(yè)尤其要考慮這點(diǎn)。
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