醫療設備設計中的流體處理

醫療設備設計中的流體處理：

問題與挑戰

隨著*醫療設備與診斷儀器日新月異，實驗室、醫院及外科專家日益需要大量更復雜精密，但體積更小、速度更快、性能更可靠的系統。同時，原始設備制造商 (OEM) 與終端用戶的成本壓力有增無減。應對這類挑戰，設備制造商必須在設計與生產中不斷突破創新，同時又要設法提高資源利用率。

大部分醫療設備都要涉及到流體。在任何需要測量、監控或控制液體或氣體的地方，流體處理都是重中之重。流體處理應用非常廣泛，如蒸汽消毒器上的鍋爐控制、體外診斷設備中的試劑調配，以及醫院中的大宗氣體輸送。另外，在醫療激光冷卻及*藥品輸送，以及*等產品中送風等應用中，流體處理也起著重要的作用。這類設備需要一系列不同的流體管理，如液體監測、混合與調配、沖洗系統及廢物控制，其功能特性又截然不同。

流體領域可廣泛分為宏觀與微觀兩種應用，前者涵蓋要求從儀器流過一定量或大量材料的情形，如儲罐加注或廢液處置；后者指少量、輸送的應用。流體，特別是宏觀流體，在醫療設備設計中往往是*的，但又非核心功能所在，也算不上是某家公司的*技術。雖然內部工程人員精通 OEM 廠商的核心技術，但可能沒有深入的專業知識或時間去開發輔助系統。因此，若應用涉及流體管理，OEM廠商求助于在相關領域有豐富經驗的外部工程資源。

本白皮書將總結流體設計領域的主要挑戰及趨勢，并探討如何與設計和制造承包公司合作，實現*結果。

挑戰 1：整合與簡化

醫療設備目前正向小型化方向演變。事實上，縮小儀器尺寸，簡化復雜程度可以創造大量新商機。首先，減小占地面積可以為 OEM 廠商贏得競爭優勢。例如，商業實驗室通常按每平方英尺收益來核算成本，因此在采購時會優先選擇更緊湊的儀器。其次，降低設備的尺寸和重量可開辟新的市場。設備越小，越方便運輸至災區或急救現場等特殊場合。zui后，更小的尺寸有利于擴大用戶群，例如外科衛生所放不下大型設備，而更歡迎桌面大小的診斷設備。 

系統整合與簡化面臨著無數挑戰。容積越小，流量管理越重要，可允許的誤差也很關鍵。另外，設備能耗和耗材不能太高，尤其是在強調便攜性的應用中。有多種方法可以減小尺寸與重量。其中一個方案是將多個部件集成在一個功能單元內。Gems Medical Sciences 已應用此策略，與呼吸產品公司合作致力于革新車載*。研發團隊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計，大幅減少占用空間。

在某些時候，儀器尺寸會受操作條件限制，此時可考慮功能自動化。如在上述*案例中，zui初的流量閥設計僅采用手動設置。要在針閥上進行流量調節妨礙了設備的小型化。為解決這個問題，Gem Medical Sciences 重新設計了閥組，將調節閥修改為直接沖壓在閥組內的精密孔口。沒有操作限制之后，設備總的占地面積減小了 40%。

另一案例中，某家醫療激光制造商想要重新設計大型固定設備，使其小到足以可在醫生辦公室內移動。其中zui要緊的是減小設備冷卻系統的尺寸。Gems Medical Sciences 的流體專家將一個液位傳感器與一個溫度傳感器整合至一個部件內，成功地大幅減少了空間需求。新的復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 2：成本控制

整個醫療工業目前面臨著生產成本上漲的巨大壓力，而商品成本普遍很高的醫療設備制造商情況尤其嚴峻。但 OEM 廠商對圍繞成本來改造決定設備性能的核心技術卻持謹慎態度，這是可以理解的。對于輔助功能，這方面的考慮就少一些。通過削減流體處理系統等非核心系統的成本，OEM 廠商可在核心技術上保持成本彈性。

體外診斷產品 (IVD) 及其它設備制造商主要經營耗材（剃刀/刀片產品），也特別關注設備的成本控制。這類產品的成敗在于盡量擴大儀器的用戶群。要實施這種策略，OEM 廠商必須降低前期成本，提高安裝數量。如果制造商經常以低成本甚至*提供核心儀器，就會面臨著設法充分擠壓設備生產成本的巨大壓力。

與流體專家合作的優勢

在考慮是否要與流體專家合作時，OEM 廠商必須根據設備的改進潛力以及長期的資源節省目標權衡是否適合雇用外部公司及其短期成本。此類合作的優勢包括：

優化人力資源

在效率至上的時代，即便大公司也在紛紛精簡機構。引入流體合作伙伴可以讓員工騰出更多寶貴的時間。內部工程師可以專注于提高核心部件或系統的性能，而不會為非核心技術而分神。這一做法適用于任何規模的公司。

小公司或剛起步的公司可能會發現與外部流體公司合作特別有利。這些企業通常只有少數幾名員工，甚至可能更少。在創業之初，創始人可能是公司的*員工。他們擁有必要的臨床知識，但缺乏將概念從圖紙變為產品所需的工程知識。正如許多創業公司，現金流非常重要，引入外部流體合作伙伴比招募人員要經濟得多，尤其是在需求超出公司核心業務范圍時。 

縮短開發時間

外部流體專家當然與zui前沿的流體技術保持同步，并在該領域擁有深厚的知識功底，因此可快速洞察設計挑戰并找到解決方法，而內部工程師在此方面缺乏經驗，要遜色得多。

與外部流體專家合作的另一優勢在于，流體部件的設計可與其它系統功能同步進行，而不用依次逐步實施，從而可加快前期開發，同時還可在后期階段在設計沖突更難以糾正時節省時間。

簡化風險與數據管理

無論何時需要流體處理系統，外部流體合作伙伴都可以提供一個*組裝的單元和*的部件編號。子組件由承包商生產并測試，并在部件級保持測試數據的連續性。由于承包商負責整個子組件，當出現性能問題時就有現成的支持。所有這一切都降低了 OEM 廠商的風險。

升級改造與故障診斷

除原始產品設計外，如果 OEM 廠商想要對已經上市的設備進行改造，外部流體合作伙伴的專業知識也大有用武之地。這種改造可能包括設備未能達到預期性能，或公司尋求減少制造成本的情況。對于*種情況，制造商處于被動模式，試圖找到客戶所反饋問題的根源。此時需要一個快速有效的解決方案，而流體合作伙伴的專業經驗可幫助 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勢是客觀。外部專家可帶來全新的視角，發現置身項目之中的內部工程人員所不易察覺的問題。另外，由于公司當前流程尚未完善，外部專家可幫助 OEM 廠商區分哪些流程是有用的，哪些還需要改進。

提高性價比

外部流體供應商可幫助 OEM 廠商大幅節省成本。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知識，及其工廠設施可隨時生產定制部件，這些都有助于減少成本。Gems Medical Sciences一般可為其客戶削減高達 40% 的部件成本。

早期參與是關鍵

尋求流體支持的*時機是在開發早期，這樣不僅可縮短前期開發時間，同時在末期也可節省時間與費用，否則重新修改相當昂貴。由于產品及制造過程受到嚴格的監管，并且修改產品需要大量測試與驗證，醫療設備工業尤其要考慮這點。