自動(dòng)化控制結(jié)合傳感器反饋及檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)療器械研發(fā)及生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：隨著全球科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)及智能制造技術(shù)正在不斷發(fā)展完善，逐漸得到人們的認(rèn)可也在實(shí)踐中不斷應(yīng)用，自動(dòng)化生產(chǎn)在制造業(yè)中各個(gè)領(lǐng)域也開(kāi)始嶄露頭角。各行各業(yè)都要逐步適應(yīng)時(shí)代的要求，進(jìn)入智能制造的時(shí)代。具體表現(xiàn)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，較大規(guī)模集成電路水平得到了顯著提升。之所以集成電路運(yùn)行質(zhì)量水平大幅度提升，很大程度上是因?yàn)镻LC技術(shù)在其中得到了廣泛應(yīng)用。PLC技術(shù)及單片機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)類型，它的研究應(yīng)用將會(huì)為自動(dòng)化控制帶來(lái)積極的推動(dòng)作用。所以，展開(kāi)文中主題分析非常具有必要性。本文分析了醫(yī)療器械產(chǎn)品研發(fā)及制造中自動(dòng)化控制及傳感器技術(shù)應(yīng)用的意義，并提出了具體的應(yīng)用措施，闡述了自動(dòng)化控制和傳感器反饋及檢測(cè)技術(shù)在未來(lái)生物醫(yī)療行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)生物醫(yī)療發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制;傳感器反饋技術(shù);傳感器檢測(cè)技術(shù);醫(yī)療器械研發(fā);醫(yī)療產(chǎn)品生產(chǎn);應(yīng)用

隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)生產(chǎn)的現(xiàn)代化要求也與日俱增，生產(chǎn)的效率也逐步提升。電氣工程及自動(dòng)化控制的地位和作用越來(lái)越重要，工業(yè)自動(dòng)化控制利用可編程控制器即PLC作為控制系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)的組態(tài)編程和參數(shù)畫(huà)面，來(lái)與PLC通信，通過(guò)程序控制中間繼電器的線圈觸點(diǎn)或各類弱電的電氣元件，而中間繼電器的常開(kāi)常閉點(diǎn)則可接接觸器的線圈，起到間接控制接觸器、電機(jī)、各類加熱元件和變頻器的功能。而傳感器的應(yīng)用如同是給自動(dòng)控制增加了，感官和觸覺(jué)的功能。各種各樣的傳感器得到廣泛的應(yīng)用，如溫度傳感器，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)會(huì)將觸發(fā)信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)反饋信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)接下來(lái)的邏輯控制;如壓力傳感器，當(dāng)壓力值到設(shè)定范圍時(shí)，產(chǎn)生壓力信號(hào)，反饋給PLC，PLC內(nèi)部程序會(huì)進(jìn)行下一步動(dòng)作判斷;如光電傳感器，檢查產(chǎn)品是否到達(dá)指定位置，通過(guò)傳感器信號(hào)的有無(wú)來(lái)給控制系統(tǒng)信號(hào)，從而觸發(fā)系統(tǒng)下一步程序動(dòng)作。可以說(shuō)傳感器反饋的技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了從半自動(dòng)化控制到自動(dòng)化控制的轉(zhuǎn)變，而傳感器除了提供反饋信號(hào)，更升華一步來(lái)說(shuō)就是傳感器的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)信號(hào)的放大，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換，從我們生活中的各種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷弘娏餍盘?hào)，或者圖像信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度判斷，高精度位置控制，高精度檢測(cè)的功能。傳感器技術(shù)與自動(dòng)控制相結(jié)合，再加上檢測(cè)判斷最終實(shí)現(xiàn)了真正的無(wú)人化，自動(dòng)化。在各類領(lǐng)域的大量應(yīng)用及發(fā)展，自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)分檢線、物流自動(dòng)化、AGV機(jī)器人領(lǐng)域、無(wú)人停車廠等等。在醫(yī)療器械領(lǐng)域也在逐步發(fā)展。各類自動(dòng)控制器如PLC、單片機(jī)，各類儀表等。通過(guò)特定的邏輯程序，外加傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械操作的簡(jiǎn)單高效，醫(yī)護(hù)人員工作的快捷便利，患者治療的便捷與舒適。國(guó)內(nèi)醫(yī)療器械的研發(fā)也在不斷的加快腳步，因?yàn)樽詣?dòng)化控制技術(shù)及傳感器技術(shù)的日趨成熟，實(shí)現(xiàn)了本來(lái)很難實(shí)現(xiàn)的各類醫(yī)學(xué)試劑檢測(cè)，血液成分的檢測(cè)，細(xì)胞成像技術(shù)等。但是科技的進(jìn)步要需要人才技術(shù)的不斷提高，因?yàn)樽詣?dòng)化控技術(shù)在研發(fā)和生產(chǎn)時(shí)直接關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性、高效性、工藝的安全性。電氣工程、自動(dòng)化工程師應(yīng)對(duì)所負(fù)責(zé)的工程項(xiàng)目的質(zhì)量有高度的責(zé)任心，充分應(yīng)用自己的專業(yè)水平深入、細(xì)致的搞

好自動(dòng)化控制的技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度、安全等管理工作。

1.醫(yī)療器械研發(fā)中自動(dòng)化控制及傳感器反饋技術(shù)應(yīng)用的意義

如何在醫(yī)療器械研發(fā)中高效的應(yīng)用自動(dòng)化控制及傳感技術(shù)，成為研發(fā)創(chuàng)新的關(guān)鍵問(wèn)題。醫(yī)療器械產(chǎn)品在研發(fā)時(shí)的關(guān)鍵要素主要有四點(diǎn)：（1）操作便捷;（2）使用過(guò)程高效精準(zhǔn);（4）產(chǎn)品具有高穩(wěn)定性高精度（3）安全可靠性。操作便捷是指在醫(yī)療器械產(chǎn)品在研發(fā)過(guò)程中，需要充分考慮到該產(chǎn)品在用戶使用時(shí)的可操作性及操作便捷度，最好實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)，過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)控制，傳感器的檢測(cè)反饋信號(hào)，最后自動(dòng)停止。便捷的操作可大大提高操作人員的舒適度，操作人員在操作器械的同時(shí)也可以完成一些簡(jiǎn)單的其他工作，工作效率也逐步提高，也可不斷降低操作過(guò)程中的失誤。因?yàn)楹?jiǎn)單的單按鈕或者單程序控制，無(wú)需做太多復(fù)雜的動(dòng)作，減少操作繁瑣度，設(shè)計(jì)更為人性化。使用過(guò)程的高效精準(zhǔn)是指在醫(yī)療產(chǎn)品研發(fā)時(shí)要考慮到產(chǎn)品操作過(guò)程中的高效性與精準(zhǔn)度，精準(zhǔn)的了解客戶的需求，及高效的完成工作，PLC是ms級(jí)的反應(yīng)速度，能快速接收信號(hào)并反饋給控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行下部動(dòng)作，反應(yīng)迅速。在研發(fā)過(guò)程中產(chǎn)品元器件的選型也是尤為重要，產(chǎn)品的控制要求，控制精度，及準(zhǔn)確的判斷更是研發(fā)過(guò)程中考慮的重要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品具有高穩(wěn)定性高精度是指一個(gè)新產(chǎn)品的研發(fā)必須要考慮到產(chǎn)品的穩(wěn)定性，產(chǎn)品在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的意外情況及合理的應(yīng)對(duì)措施，如在產(chǎn)品自動(dòng)控制加熱和降溫過(guò)程中，由于溫度變化由高溫到低溫會(huì)出現(xiàn)冷凝水所以在控制元件、傳感器選型時(shí)要考慮外觀的防水性，或者在控制中增加排風(fēng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性。高精度是指在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中通過(guò)精密的控制程序或者精度高的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度控制，減少控制誤差，從而減少產(chǎn)品在研發(fā)后使用時(shí)出現(xiàn)誤判斷或者誤動(dòng)作的情況，給使用者造成損失，這也是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中考慮的重要環(huán)節(jié)。安全可靠性是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的重中之重，自動(dòng)控制及傳感器都是需要電力驅(qū)動(dòng)，都是電氣元件，所有元件的安全性由為重要，在產(chǎn)品研發(fā)初期要進(jìn)行多次老化試驗(yàn)，多次不斷重復(fù)的操作找出自動(dòng)控制程序中的漏洞或者誤判程序，傳感器的極限值及誤差值，金屬外殼及器械的漏電檢查，要完全杜絕產(chǎn)品的安全隱患。安全性是生物醫(yī)療產(chǎn)品研發(fā)中的重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。

2.自動(dòng)化控制及傳感器技術(shù)在醫(yī)療器械產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的應(yīng)用

2.1自動(dòng)化傳輸線體在醫(yī)療器械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且出現(xiàn)的時(shí)間比較早，工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)其他因素考慮較少，只要實(shí)現(xiàn)控制要求即可，所以起步比較早。最具代表性的就是自動(dòng)化傳輸線體，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的自動(dòng)化運(yùn)輸控制，樓層間的產(chǎn)品運(yùn)輸，惡劣環(huán)境下的材料輸送，在運(yùn)輸過(guò)程中，能夠根據(jù)物品的種類以及自身特性進(jìn)行分類運(yùn)輸，不僅能夠?qū)σ恍C(jī)械零部件進(jìn)行運(yùn)輸，也可以對(duì)體積較大的重量型物品進(jìn)行運(yùn)輸，采取現(xiàn)代化控制方式，能有效的對(duì)多級(jí)傳送帶進(jìn)行科學(xué)控制，避免因出現(xiàn)控制失誤而引起的不便。在醫(yī)療產(chǎn)品的生產(chǎn)中，有嚴(yán)格的生產(chǎn)環(huán)境要求，大部分是在無(wú)塵車間生產(chǎn)，對(duì)車間內(nèi)的環(huán)境要求很高，換氣次數(shù)和塵埃粒子數(shù)的管控也是相當(dāng)嚴(yán)格，所以減少人員在生產(chǎn)過(guò)程中與產(chǎn)品的接觸，可以很有效的減少產(chǎn)品受污染的風(fēng)險(xiǎn)。使用自動(dòng)化控制原理，對(duì)上位機(jī)觸摸屏機(jī)構(gòu)進(jìn)行編程，再對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程操作，讓二者進(jìn)行通訊連接，結(jié)合傳輸皮帶、滾輪機(jī)構(gòu)、變頻器、電機(jī)，氣動(dòng)控制元件、光電傳感器，及一些機(jī)械裝置的配合最終實(shí)現(xiàn)單工序內(nèi)部的傳輸機(jī)構(gòu)，減少人員的來(lái)回走動(dòng)，和頻繁的領(lǐng)料操作，只需要在下料處安排人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行收集，再順利進(jìn)入下道工序即可。光電傳感器的信號(hào)用來(lái)判斷產(chǎn)品到達(dá)的有無(wú)，傳感器的反饋信號(hào)讓控制中樞知曉產(chǎn)品已到達(dá)，采取收料操作或者進(jìn)入產(chǎn)品緩沖區(qū)，等待收料的操作。高精度的傳輸控制就會(huì)運(yùn)用到步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，這樣可以通過(guò)編程來(lái)準(zhǔn)確控制電機(jī)啟停位置，對(duì)一些位置精度要求高的產(chǎn)品或元件生產(chǎn)時(shí)會(huì)運(yùn)用到。極大程度上減少人員消耗，提高操作便捷度。實(shí)現(xiàn)單工序的自動(dòng)化傳輸后，要進(jìn)一步提升自動(dòng)化效果，則可對(duì)多道工序進(jìn)行邏輯控制并傳輸，通過(guò)傳感器技術(shù)與自動(dòng)控制的結(jié)合，多次判斷與信號(hào)轉(zhuǎn)換，控制執(zhí)行元器件如電機(jī)、升降系統(tǒng)，滑臺(tái)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)多道工序乃至整個(gè)產(chǎn)品線的自動(dòng)化傳輸線體，讓醫(yī)療器械產(chǎn)品的生產(chǎn)從多人工的勞動(dòng)密集型到產(chǎn)線化的一個(gè)轉(zhuǎn)變，減少人員頻繁走動(dòng)造成環(huán)境變化的風(fēng)險(xiǎn);減少人員長(zhǎng)時(shí)間接觸產(chǎn)品而導(dǎo)致的產(chǎn)品污染的風(fēng)險(xiǎn);大大提高了生產(chǎn)的效率，減少人工成本。

2.2機(jī)械手自動(dòng)控制在醫(yī)療器械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

自動(dòng)傳輸線體的的實(shí)現(xiàn)，讓醫(yī)療產(chǎn)品的生產(chǎn)有了大的發(fā)展，但是僅僅實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)墓δ埽跍p少人員方面的作用是有限的，于是在傳輸線之后的組裝工序也逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，應(yīng)用較廣泛的是機(jī)械手技術(shù)，各類機(jī)械手在產(chǎn)品生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用。上下料機(jī)移栽械手，通過(guò)夾爪機(jī)構(gòu)、或吸盤機(jī)構(gòu)對(duì)傳輸后的產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)上下料操作，將產(chǎn)品放入下道工序傳送帶，或者直接放入下料托盤，真正意義上實(shí)現(xiàn)了無(wú)需人工操作，通過(guò)機(jī)械手控制系統(tǒng)與PLC的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)機(jī)械手的控制。機(jī)械手抓取物品點(diǎn)位的控制，可以精準(zhǔn)抓取和放料。完成工序間的相互轉(zhuǎn)換，更大程度上提高了自動(dòng)化控制的等級(jí)，向無(wú)人化的方向更近一步。除了上下料移載機(jī)械手，功能性機(jī)械手的運(yùn)用也是相當(dāng)廣泛，機(jī)械手一般由多軸控制，如同人的關(guān)節(jié)可以多方向移動(dòng)，X軸，Y軸，Z軸。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械手上下左右移動(dòng)的同時(shí)，對(duì)機(jī)械手的末端增加旋轉(zhuǎn)或者裁切裝置，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的開(kāi)孔功能，裁切功能，擰瓶蓋功能等，但這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要配合傳感器反饋技術(shù)，如定點(diǎn)切割，需要傳感器精準(zhǔn)確定切割位置，旋轉(zhuǎn)開(kāi)孔或者擰瓶蓋需要傳感器反饋上部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。各類機(jī)械手的點(diǎn)位確定都是需要產(chǎn)生點(diǎn)位信號(hào)，光電傳感器作為產(chǎn)生原點(diǎn)信號(hào)反饋給機(jī)械手。有些功能性機(jī)械手甚至可以直接用于醫(yī)療器械上，如康復(fù)機(jī)器人，通過(guò)各機(jī)械結(jié)構(gòu)的前后邏輯控制，幫助患者實(shí)現(xiàn)術(shù)后康復(fù)，手臂功能的回復(fù)等，可

以說(shuō)機(jī)械手的運(yùn)用是自動(dòng)控制的重要升級(jí)。

2.3傳感器檢測(cè)反饋技術(shù)在醫(yī)療器械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

在醫(yī)療器械產(chǎn)品制造過(guò)程中，有些產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝配需要區(qū)分零部件的正反面，通過(guò)自動(dòng)傳輸線體輸送至指定位置，然后通過(guò)氣動(dòng)元件將產(chǎn)品推送到機(jī)械手抓取位置，但是機(jī)械手無(wú)法判斷產(chǎn)品的正反面，所以裝配時(shí)就會(huì)出現(xiàn)誤操作。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要將自動(dòng)化控制技術(shù)提升到新的高度，對(duì)傳感器檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行再升華，出現(xiàn)了視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，通視覺(jué)定位，在視覺(jué)系統(tǒng)中建模編程，使用高精度相機(jī)抓拍產(chǎn)品到達(dá)位置時(shí)的照片，將照片與相機(jī)模型進(jìn)行比對(duì)，判斷出正反面及產(chǎn)品的具體位置，將信號(hào)傳輸給可編程控制器，相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品正反面及具體位置的判斷。傳感器及視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)如同是自動(dòng)化控制技術(shù)的感官，通過(guò)視覺(jué)看到機(jī)械手需要抓取的位置，將自動(dòng)控制引向一個(gè)新的高度，醫(yī)療器械生產(chǎn)時(shí)除了零件的裝配用到視覺(jué)定位以外，成品的良否判斷依然可以使用視覺(jué)檢測(cè)，判斷產(chǎn)品外觀是否有異物或者缺失。將良品通過(guò)自動(dòng)傳輸線體輸送到下一道工序，對(duì)不良品進(jìn)行記錄并分揀處理進(jìn)入不良品區(qū)。減少人為的判斷，因?yàn)槿斯らL(zhǎng)時(shí)間工作，會(huì)產(chǎn)生疲勞度。人工檢測(cè)容易受到的主觀因素的影響，而視覺(jué)檢測(cè)就杜絕了這種狀況，做好自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)及易耗品的更換，定期的檢測(cè)測(cè)試就可以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。傳感器檢測(cè)技術(shù)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)下的自動(dòng)化生產(chǎn)，避免了人工高強(qiáng)度的工作情況，體現(xiàn)出了高效，及無(wú)人化的趨勢(shì)。

3.自動(dòng)控制及傳感器技術(shù)在醫(yī)療器械核心部件研發(fā)中的發(fā)展趨勢(shì)3.1.醫(yī)療器械的核心技術(shù)逐漸向高精度傳感器技術(shù)方向偏移

醫(yī)療器械產(chǎn)品中很多創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)都在逐漸尋找突破口，自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但是有些醫(yī)療儀器還是以國(guó)外進(jìn)口為主。探索其中原因，更大程度上是因?yàn)閲?guó)外的傳感器技術(shù)水平較高，醫(yī)療器械的主要核心部件已不是自動(dòng)控制模塊或者程序代碼，已經(jīng)對(duì)高精尖的傳感器提出要求，檢測(cè)范圍，對(duì)顏色的感光度，對(duì)容差的區(qū)分范圍，這些都是之前產(chǎn)品研發(fā)中沒(méi)有注意的細(xì)節(jié)。通過(guò)對(duì)傳感器技術(shù)的不斷深入，配合自動(dòng)控制已逐漸在血液成分制備領(lǐng)域取得一定成果，中國(guó)制造已經(jīng)逐步進(jìn)入全球化的大家庭。

3.2加強(qiáng)技術(shù)開(kāi)發(fā)

傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)高新技術(shù)目前以科學(xué)技術(shù)與信息理論的的限制，在我國(guó)傳感器技術(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍處于相對(duì)落后的趨勢(shì)，這就要求傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)人員加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有傳感器技術(shù)的研究，以滿足產(chǎn)品原有的性能擴(kuò)大行業(yè)技術(shù)研究的深度和有效的技術(shù)，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，促進(jìn)傳感器技術(shù)的發(fā)展。

4結(jié)論

在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，其能夠運(yùn)用各式各樣的自動(dòng)控制裝置以監(jiān)控、反饋系統(tǒng)，對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制管理.電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在醫(yī)療器械研發(fā)及生產(chǎn)領(lǐng)域的運(yùn)用將越來(lái)越多，越來(lái)越廣，未來(lái)電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用將會(huì)更加完善及智能。

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作者簡(jiǎn)介：王健，男，江蘇鎮(zhèn)江，漢族，1989年12月1日，大學(xué)本科，自動(dòng)化控制方向，助理工程師。