WJH Engineering使用HyperMesh降低95%醫療器械物理測試成本

WJH工程咨詢（WJH Engineering Consultants）位于美國田納西州的查塔努加，為眾多美國大型醫療器械開發商提供有限元分析和設計服務。該公司的專業能力涉及用于植入性醫療器械的高端材料，血管支架、過濾器與心臟瓣膜的設計和分析，以及整形融合設備、關節置換和儀器的設計和分析。公司總裁Jim Harrison于2004年成立了WJH工程咨詢公司，他曾任Guidant Corporation的研發經理、Smith & Nephew 整形外科的高級研發工程師以及聯合技術研究中心的研究工程師。

Harrison與醫療器械生產公司的工程師共同進行產品開發，也直接與醫生一起了解這些產品的臨床應用情況，包括能夠滿足人體要求的負載和位移變形等。他為大多數客戶設定的目標是確保器械能夠承受住人體的負重和進行正常運動，并且能夠達到美國食品藥物管理局（FDA）的測試要求。

在有些情況下，Harrison需要進行分析，除此之外，他也會做一些設計工作。作為有限元分析顧問，他會建議公司使用最佳的方法來分析他們的設計以證明產品的安全性和有效性，以及獲得FDA認證。

挑戰

通常，醫療器械設計公司會面對大量令人眼花繚亂的不同版本和尺寸的產品。例如，Harrison為一家脊髓器材公司進行體間融合器的研究，包括七個產品生產線的分析。基于高度和直徑的不同，這些生產線劃分為總共20種不同大小的產品。要求所有的器械與現已通過的植入器械相比，新的產品在FDA要求的三個測試中，即：軸向測試、扭力測試和聯合軸向與扭力測試中達到其水平或更高一籌。

“公司已經開始通過物理測試進行研發流程，并盡量證明哪些物理測試是可以省去的，”Harrison說到，“但是他們仍舊需要超過10萬美元的物理測試費用。”

解決方案

Harrison在社區醫療器械制造商中備受敬重，在設計和分析階段他使用有限元分析產品模型，物理測試費用得到明顯降低。Harrison自他任職于Guidant時就已使用Altair HyperWorks軟件中的前處理工具HyperMesh，現已超過10年。

HyperMesh易于學習和使用，可以和所有主流的CAD格式接口，提供了豐富的基本和高級功能，可擴展性極強。這種組合的優勢使工程師能夠迅速地調整HyperMesh以滿足他們的仿真環境和具體的工程要求。

“那時候，我看了多個備選的前處理軟件，HyperMesh是最符合我們的工作需求，”他回憶道，“其他的軟件對我們的建模要求提供很少的技術支持。它們的功能有限，遠不如HyperMesh功能強大。”

結論

在脊髓設備研究中，Harrison報告，“我的分析花費了公司物理測試費用的1/20，并且只用了大約1/10的時間完成。在我使用HyperMesh的解決方案快速高效生成模型后，公司評估了所有的設計發現了3個潛在的最壞情況下進行了物理測試。這些測試與我的分析結果是一致的。”

進行物理測試時，公司需要完全將測試機器分別測試在扭轉和軸向運動時的狀態。使用HyperMesh是進行有限元分析中的關鍵因素，Harrison可以改變邊界條件，使用相同的模型，通過改變位移和載荷等邊界條件進行不同的分析。“這種方法的成本只需要一點點額外的計算時間，而不需要為新的物理測試支付額外費用。”他說。

Harrison表示HyperMesh效率如此之高，項目進行情況比預期要快很多：“我曾經有幾次就基于以前的網格劃分及分析的經驗而估高了客戶的成本。我和客戶都很驚訝于HyperMesh的快捷、輕松的網格劃分和建模功能，因為可以快速建立真正精準的網格，建模速度多次超過我的預期，這節省了我們不少時間和金錢。”

值得期待的是，Harrison正在評估HyperWorks中新一代的有限元求解器RADIOSS來代替他使用多年的求解器。“我正在考慮使用RADIOSS，因為只要能夠得到你想要的功能，能夠使用同一套產品終究是受益的。”他表示。

“HyperMesh為我目前使用的求解器提供了緊密集成解決方案，但是（通過Altair的軟件許可模式）使用一個軟件套裝還是可以進一步提高成本效益的。”