尽管全球经济不景气，医疗器械市场依然强劲。

Emergo Group Inc. (Austin, Texas)的分析师说，在其他行业萎缩了20 - 25%的时候，医疗技术市场仅萎缩了3%。然而，市场火爆并不意味着竞争就会减弱。该领域的每一家公司都在努力生产更小、更轻、更高效、成本更低的产品，并尽快将这些产品推向市场。为了成功，工程师应该使用聪明的设计原则，学习各种可用的技术，并利用供应链合作伙伴的专业知识来简化原型到市场的过程。

模块化的简单
医疗产品可以从激光皮肤重叠手机到45轴自动分析仪，可以在每小时1200个样品中执行170个不同的实验室测定（见图1）。唐纳德·拉里奥拉（Covina）总裁“当你超越一定数量的轴时，你开始推动公共汽车的驱动能力，”他评论。“然后你试图将所有电缆从这些板上拿出来到背板，然后向他们所用的地方。你最终有多个互连。“布线是运动控制中的单一最大故障点，互连并不不同。集中式设计可能需要双重或三倍的连接数分布式控制架构。

集中式故障排除故障，过度集成的机器可能是一个挑战。Labriola描述了一种复杂的实验室血液化学分析仪，具有集中控制和共用电源。“系统的一部分上的螺线管上的夹紧二极管被压碎，”他说。“这在12 V系统上投掷尖峰并将噪声注入整个不同子系统的模拟部分。当问题的来源附近，我们试图排除[那个故障]在结果反映的地方。“无果实搜索错误可能是耗时，昂贵，大多数情况下的令人沮丧的。

更好的方法是一种模块化设计，可以将机器分成子系统，每个设备都在独立，过滤和监测的电源上操作以防止高频信号传播。如果通过光纤发生通信，则消除了地面环和噪声问题。“这个想法是将机械，电气和软件边界放在同一点，”Labriola说。“你有未知的互动的机会较低。您可以将每个子系统视为一个单位。“

该方法使微风进行故障排除并简化设计。在较低级别的系统信息封装也有助于快速原型设计，因为优化实验可以独立地改变单独的子系统中的参数。可以重用基本模块，在多个项目中摊销非重复工程小时。具有分布式架构的模块化设计还在成本，重量和足迹方面提供了好处。代替将每个组件的接线导致背板，组件是菊花，将电缆和组件托盘减少多达40％。

像实验机这样的大型系统需要分段运输，以便能够通过门道和电梯。如果控制和电机与它们所支持的系统一致，那么像上面描述的这样的机器更容易分割。单个模块可以放置在运动支架上进行对准。通过少量接口的连接，机器就可以运行了。

智能设计超出了集中/分布式辩论。公司不仅要使用高效的架构;他们需要利用他们的供应商的背景来帮助他们在制造方面弥补正确的选择。“销售医疗设备的公司可以以其方法成为近视，”Gus Geil，Application Engineer atMicroMo（透明水，佛罗里达州）。“他们开始集思广益他们的Gizmo。他们知道他们的设备需要做什么，但他们不知道如何制作它，他们浪费了有价值的人，试图提出他们的第一个原型。“

一种方法可以抓取目录，并开始订购史上的东西，忽略了超出练习型讨论的供应商。这可以证明是一个昂贵的错误。供应商具有深入的体验基础和可用于解决手头的问题的技术知识。“如果他们只是与自己的内部团队重点专注，他们就会出现大量帮助，供应商可以带到桌面，不仅要高效地设计但快速地设计，因此他们可以进入他们的临床试验和FDA批准，“Geil补充道。设备越快通过临床试验和监管批准，可以在市场上赚钱。“我们花了很多时间试图帮助人们审视他们的需求并与他们谈论他们为此产品的整个愿景。严格关注性能的工程师太多，他们无法检查申请中还有什么重要的，这是超越初始设计讨论的方式。“

硬件灵活性
在设计阶段，甚至是供应商讨论开始之前，工程团队需要清楚要完成什么，以及产生的约束条件。他们应该知道寿命、占空比、扭矩和速度的要求。他们应该详细说明环境条件，如温度、冲击和振动。医院的环境不像工厂车间或火箭发动机的内部，几乎没有震动。然而，滚动车上的手机或仪器可能会经常受到严重的冲击。OEM需要能够为其供应商指定这些需求。

选择合适的硬件很重要。尽管强调紧凑型器件，但更小并不总是更好。例如，6毫米电动机可能无法提供制作手持式符合人体工程学所需的平衡。“我可能将它们指向12毫米的电机，”Geil说。“它将省钱，因为尺寸等等。它会更好地适合手机，更容易工作。“

Labriola而不是使用传统的低极数伺服电机，而不是使用闭环步进电机构建伺服系统（见图2）。这些装置提供了典型的膝盖典型的可靠性和扭矩密度，同时提供改进的控制能力。增加的扭矩给出了Quicksilver团队的选择齿轮迷（见图3）。这进一步降低了成本和足迹以及许多维护问题。

重要的是要了解所有可以带到手头问题的技术。“传统的圆形旋转电机[刷牙和无刷DC]不是那里唯一的东西。There are other options, including linear motors, and even piezoelectric positioners," says Geil. “Companies should talk with their suppliers and find out what they think the best solution is. We might say, ‘Yes that motor will work but based on what we just talked about, you may want to think about using flat brushless motors that can interface directly onto your PC board. It'll save you a lot of space, be low-profile, etc.’” That change could alter the entire form factor of the design in a way that the team has not considered but may be of interest to them.

刷子材料的选择是一种可用于医疗设计的另一种自由度。贵金属合金，如银，金，甚至铂，可降低接触电阻和较低的电噪声操作，而铜石墨刷即使在极端负载条件下也能确保长寿命。尽管存在一些重叠，但贵金属刷电动机通常用于10W及以下的电动机。

虽然物质很重要，但适当的调整是关键。施加在电刷和换向器之间的力——电刷张力——必须平衡。MicroMo的应用工程师Mike LeBlanc说:“当你在高速运行或在可能失去接触的情况下，你可能想要使用更高的刷张力。”“你要避免刷反弹，因为这会增加磨损和电弧。”它折衷了施加电压与速度、电流和转矩之间的线性关系。“当你的牙刷开始反弹时，一些不太好的事情就会发生，”他说。

除了我们已经讨论过的话题之外，医疗市场还面临着一些特殊的挑战。责任总是一个问题，特别是在病人护理应用中。另一个挑战是，从系统设计到监管机构最终批准出售之间的漫长延迟。例如，随着半导体处理器的快速更新，设计成原型的芯片在准备投入生产时可能已不再可用。这种关注提供了避免基于pc的集中式架构的另一个原因。

当然，电机，驱动器，编码器等也可以逐步淘汰。在医疗设备中可以在批准后留在市场上七年或八年。为确保供应，OEM制造商需要与其供应商进行检查，并可能甚至将协议拨入适当的情况，以确保持续供应组件。

医疗仪器和设备制造商的建议很简单：测试设计，与供应商进行通信，大多数情况下，请注意最能为应用服务的技术选项。“在半导体设备或过程设备的世界中，有很多解决方案将有效，”Geil“对面在这里是正确的。特别是在医学世界中，真的有一个最好的解决方案。“