WJH Engineering利用HyperMesh大幅降低医疗器械测试成本

WJH工程咨询（WJH Engineering Consultants）位于美国田纳西州的查塔努加，为众多美国大型医疗器械开发商提供有限元分析和设计服务。该公司的专业能力涉及用于植入性医疗器械的高端材料，血管支架、过滤器与心脏瓣膜的设计和分析，以及整形融合设备、关节置换和仪器的设计和分析。公司总裁Jim Harrison于2004年成立了WJH工程咨询公司，他曾任Guidant Corporation的研发经理、Smith & Nephew 整形外科的高级研发工程师以及联合技术研究中心的研究工程师。

Harrison与医疗器械生产公司的工程师共同进行产品开发，也直接与医生一起了解这些产品的临床应用情况，包括能够满足人体要求的负载和位移变形等。他为大多数客户设定的目标是确保器械能够承受住人体的负重和进行正常运动，并且能够达到美国食品药物管理局（FDA）的测试要求。

在有些情况下，Harrison需要进行分析，除此之外，他也会做一些设计工作。作为有限元分析顾问，他会建议公司使用最佳的方法来分析他们的设计以证明产品的安全性和有效性，以及获得FDA认证。

挑战

通常，医疗器械设计公司会面对大量令人眼花缭乱的不同版本和尺寸的产品。例如，Harrison为一家脊髓器材公司进行体间融合器的研究，包括七个产品生产线的分析。基于高度和直径的不同，这些生产线划分为总共20种不同大小的产品。要求所有的器械与现已通过的植入器械相比，新的产品在FDA要求的三个测试中，即：轴向测试、扭力测试和联合轴向与扭力测试中达到其水平或更高一筹。

“公司已经开始通过物理测试进行研发流程，并尽量证明哪些物理测试是可以省去的，”Harrison说到，“但是他们仍旧需要超过10万美元的物理测试费用。”

解决方案

Harrison在社区医疗器械制造商中备受敬重，在设计和分析阶段他使用有限元分析产品模型，物理测试费用得到明显降低。Harrison自他任职于Guidant时就已使用Altair HyperWorks软件中的前处理工具HyperMesh，现已超过10年。

HyperMesh易于学习和使用，可以和所有主流的CAD格式接口，提供了丰富的基本和高级功能，可扩展性极强。这种组合的优势使工程师能够迅速地调整HyperMesh以满足他们的仿真环境和具体的工程要求。

“那时候，我看了多个备选的前处理软件，HyperMesh是最符合我们的工作需求，”他回忆道，“其他的软件对我们的建模要求提供很少的技术支持。它们的功能有限，远不如HyperMesh功能强大。”

结论

在脊髓设备研究中，Harrison报告，“我的分析花费了公司物理测试费用的1/20，并且只用了大约1/10的时间完成。在我使用HyperMesh的解决方案快速高效生成模型后，公司评估了所有的设计发现了3个潜在的最坏情况下进行了物理测试。这些测试与我的分析结果是一致的。”

进行物理测试时，公司需要完全将测试机器分别测试在扭转和轴向运动时的状态。使用HyperMesh是进行有限元分析中的关键因素，Harrison可以改变边界条件，使用相同的模型，通过改变位移和载荷等边界条件进行不同的分析。“这种方法的成本只需要一点点额外的计算时间，而不需要为新的物理测试支付额外费用。”他说。

Harrison表示HyperMesh效率如此之高，项目进行情况比预期要快很多：“我曾经有几次就基于以前的网格划分及分析的经验而估高了客户的成本。我和客户都很惊讶于HyperMesh的快捷、轻松的网格划分和建模功能，因为可以快速建立真正精准的网格，建模速度多次超过我的预期，这节省了我们不少时间和金钱。”

值得期待的是，Harrison正在评估HyperWorks中新一代的有限元求解器RADIOSS来代替他使用多年的求解器。“我正在考虑使用RADIOSS，因为只要能够得到你想要的功能，能够使用同一套产品终究是受益的。”他表示。

“HyperMesh为我目前使用的求解器提供了紧密集成解决方案，但是（通过Altair的软件许可模式）使用一个软件套装还是可以进一步提高成本效益的。”

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