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Produktentwicklung Wie moderne Software dank schneller Entwicklungszeiten Leben retten kann

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Bei der Entwicklung dringend benötigter medizinischer Ausrüstung spielt Zeit heute eine enorme Rolle. Dank moderner Lösungen wie dem digitalen Zwilling und cloudbasierter Kollaboration sinkt die Entwicklungszeit deutlich.

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In der Corona-Pandemie mobilisieren viele Unternehmen ihre Kräfte, um bei der Herstellung benötigter Geräte und Schutzausrüstung zu unterstützen.
In der Corona-Pandemie mobilisieren viele Unternehmen ihre Kräfte, um bei der Herstellung benötigter Geräte und Schutzausrüstung zu unterstützen.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Die Verkürzung von Entwicklungszyklen ist ein Ziel, das die Industrie permanent umtreibt. Aktuell allerdings kann eine schnelle Time-to-Market nicht nur für mehr Umsatz, sondern vor allem für mehr Leben sorgen: Bei der Entwicklung von dringend benötigten Beatmungsgeräten und der zugehörigen Ausrüstung spielt der Aspekt Zeit eine tragende Rolle. 3D-Drucker und der Prototypenbau sind längst im Dienst der Medizin; ein weiteres Beispiel für eine Turbo-Entwicklung ist ein intelligentes Beatmungsgerät, das dank cloudbasierter Kollaboration in weniger als acht Tagen entwickelt wurde.

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Cloud ermöglicht Zusammenarbeit in Echtzeit

Inali, eine gemeinnützige Organisation, die Hilfsmittel für die Gesundheitsfürsorge herstellt, entwarf und entwickelte das intelligente Beatmungsgerät unter Verwendung der 3D-Experience-Plattform und in Zusammenarbeit mit Designern und medizinischen Fachkräften der Online-Community OPEN Covid-19 sowie technischen Mentoren des 3D-Experience-Lab in Indien.

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Innovative Ideen fördern

Das 3D-Experience-Lab-Startup Acceleration-Programm fördert Startups mit revolutionären Ideen, die Beratung sowie Unterstützung bei Prototypen und im Marketing benötigen, über ein Netzwerk aus Gründerzentren, Acceleratoren und Fab-Lab-Partnern in den USA und Europa. Im Vordergrund stehen die Themen Leben, Stadt und Lifestyle.

Weitere Informationen über die Projekte, die durch die Dassault Systèmes 3D-Experience-Lab Covid-19-Initiativen beschleunigt wurden: go.3ds.com/opencovid19.

Durch den Einsatz cloudbasierter digitaler Anwendungen arbeitete Inali mit Experten und Innovatoren in Echtzeit zusammen – unabhängig von ihrem Standort – und nutzte das gesamte Wissen, um in kürzester Zeit ein 3D-Modell des intelligenten Beatmungsgerätes zu entwerfen, zu konstruieren, seine Funktion zu simulieren und einen Prototyp herzustellen und zu validieren. Das smarte Beatmungsgerät wurde entwickelt, um Leistungsmetriken für Parameter wie Luftgeschwindigkeit und Luftdruck zu ermitteln. Dadurch kann der benötigte Sauerstoffgehalt für jeden Patienten sowie erforderliche Sicherheitsmetriken für eine zuverlässige und sichere Anwendung individuell ermittelt werden.

Kosteneffiziente Herstellung des smarten Beatmungsgeräts

Das intelligente Beatmungsgerät wurde so konzipiert, dass es vor Ort schnell mit leicht verfügbaren Teilen hergestellt werden kann, um die Nachfrage von Krankenhäusern und Regierungsbehörden kosteneffizient zu decken. Inali wird das komplette Design und die Herstellungsdetails des intelligenten Beatmungsgeräts öffentlich zugänglich machen. Damit sollen Menschen auf der ganzen Welt die Informationen herunterladen und das Beatmungsgerät lokal herstellen können.

Verkürzte Entwicklungszeit von Beatmungsgeräten durch digitalen Zwilling

Ein weiteres Beispiel für schnelle Entwicklungszyklen ist bei Vyaire Medical (Vyaire) zu finden. Der Experte im Bereich der Gesundheitstechnologie fertigt u.a. Beatmungsgeräte. Um bei seinen Produkten möglichst auf die ganz individuelle Situation des jeweiligen Patienten eingehen zu können, setzt Vyaire bei der Entwicklung auf präzise Modelle basierend auf Scans von realen Köpfen. Essentiell für den effizienten Entwicklungsprozess ist zudem der digitale Zwilling der Produkte, den Vyaire mittels Softwarelösungen von Siemens Digital Industries Software erstellt. Dadurch kann das Unternehmen weitgehend auf physische Prototypen verzichten, was Zeit und Kosten spart.

Simulation rettet Leben

Jeder Mensch nimmt innerhalb von 24 Stunden zwischen 17.000 und 23.000 Atemzüge – meist völlig unbewusst. Im Ernstfall wird klar, dass etwas so Selbstverständliches wie Atmen schnell zum Kampf um Leben und Tod werden kann. „In der Vergangenheit waren wir dazu gezwungen, zur Entwicklung einer Atemmaske vereinfachte Modelle zu verwenden: Für die CFD-Simulationen musste ein vereinfachtes Kopfmodell mit idealisierten Atemlöchern für Nase und Mund herhalten“, sagt Dr. Christopher Varga, Senior Engineering Fellow und Senior Director of Research and Development von Vyaire Medical. „Heute verwenden wir Scans von realen Köpfen mit verschiedenen Morphologien der Patienten.“

Bibliothek von Patienten-Morphologien in der Entstehung

Die Patienten unterscheiden sich nicht nur im Körperbau, sondern auch in ihrer Art zu atmen. Zudem hat jeder Patient ein einzigartiges Atemprofil, das von seiner Lungenfunktion und -struktur abhängt. All diese Faktoren können in der Simulation einen atmenden Menschen berücksichtigt werden. „Wir sind dabei, eine Bibliothek von Patienten-Morphologien aufzubauen, die aus repräsentativen Patienten-Geometrien für alle Patientengruppen besteht: Erwachsene, Kinder und Kleinkinder“, erklärt Varga.

Physische Prototypen entfallen

Vyaire nutzt die Möglichkeiten der Simulation noch auf einer anderen Ebene und setzt dazu auf die Simulationssoftware Simcenter Star-CCM+ von Siemens. „Mit der Möglichkeit, einen digitalen Zwilling unserer Produkte mit Simcenter zu entwickeln, können wir die Entwicklungszeiten deutlich verkürzen, da wir auf den zeitaufwändigen Prozess des Erstellens und Testens physischer Prototypen verzichten können“, so Varga. Für ihn ist die gewonnen Zeit der größte Vorteil der Siemens-Lösung. „Wir können Produkte viel schneller herstellen und das ist in der heutigen Zeit sehr wichtig.“

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