用户故事

Weinmann开发了基于模型的救生运输呼吸机

挑战

为先进的紧急情况和医院运输呼吸机开发嵌入式软件

解决方案

使用MATLAB和Simuli金宝appnk for model - based Design对控制器进行建模和仿真，生成产品代码，简化符合性认证

结果

  • 代码开发和审查速度加快50%
  • 研究了几十种设计方案
  • 60%的核心设计重用

“使用Simulink对呼吸机的嵌入式软件进行建模、模拟和实现，大大简化了合规性认证。该模型有助于确保结构化的开发过程，并为认证审查提供了完整的文档和系统的可视金宝app化表示。”

Florian Dietz博士，Weinmann
MEDUMAT运输呼吸机。图片©Weinmann医疗技术。
Weinmann医疗技术公司开发紧急呼吸机控制软件(17)

MEDUMAT运输呼吸机将氧气和空气的混合物输送到需要呼吸支持的病人的肺部。金宝appMEDUMAT Transport由Weinmann Medical Technology开发，设计用于紧急护理和医院内或医院间转诊期间的运输。作为一种部署在各种操作条件下的紧急医疗设备，MEDUMAT Transport必须便携、多功能和异常可靠。

Weinmann工程师使用MATLAB进行基于模型的设计®和仿真软金宝app件®为MEDUMAT Transport开发嵌入式软件。这种方法不仅简化了生产；还帮助Weinmann与TÜV SÜD合作，认证MEDUMAT Transport符合ISO/IEC 62304、ISO 10651-3、DIN EN ISO 13485和DIN EN ISO 14971标准。

“MEDUMAT比我们开发的早期呼吸机要复杂好几个数量级，”Weinmann研发前急救医学负责人Florian Dietz博士说。“使用MATLAB和Simulink进行基于模型的设计使我们能够处理日益增加的复杂性，这有助于我们实现合规性认证。使用模型而不是手写代码使嵌入式软件更易于维护和重用，并帮助我们向认证机构解释该技术。”金宝app

挑战

MEDUMAT Transport有各种传感器来测量压力、流量、温度和摩尔质量(用于测量氧气浓度)。这些传感器与先进的气动和电磁阀相结合，使MEDUMAT运输系统成为Weinmann开发过的最先进、最复杂的通风机。

Weinmann的工程师们认识到，他们的传统过程，即嵌入式软件是手工编码的，对于这个项目来说是不可行的。“如果代码都是手写的，那么合规性认证将非常复杂，因为我们将无法演示整个系统，”Dietz说。“维护也是一项挑战，因为对于一个同事来说，在没有大量文档的情况下理解这么多行代码是一项巨大的工作。”

除了为设备的16位Infineon开发嵌入式软件®Weinmann工程师需要开发一个使用德州仪器的子系统，该子系统使用XC161CJ微控制器（MCU）™ TMS320C2810™ MCU处理来自患者气管插管附近流量传感器的信号。为了找到该系统的最佳算法，工程师需要评估许多设计方案。

解决方案

Weinmann使用MATLAB和Simulink金宝app对MEDUMAT Transport的嵌入式软件进行建模、仿真和验证，简化了符合性认证过程。

Weinmann的工程师开发了一个Simulink工厂模型，其金宝app中包括硬件部件和一个人体肺的机械模型。

该团队使用了Simulink金宝app和statflow®为控制器及其状态机建模，包括一个状态机跟踪待机、启动、关闭和其他操作模式，另一个状态机管理整个通风过程。

系统级控制器模型作为子系统层次结构的顶层，这些子系统也在Simulink中建模，支持模块化软件设计和体系结构的基本需求。金宝app金宝app

在将设计作为浮点模型进行开发和模拟之后，工程师们使用了定点设计器™将其转换为固定点，部署到16位MCU。

在开发MCU的同时，工程师们使用了DSP系统工具箱™开发用于近端流量传感器的数字滤波器和算法，用于计算流向病人的气体流速。

在Simulink中运行了控制器和工厂的闭环仿真后，团队使用了Embedded Coder金宝app®为控制系统和传感器信号处理子系统生成生产代码。他们分别将代码部署到英飞凌和德州仪器的mcu上。

Weinmann的工程师使用Simulink Coverage对模型中的每个子系统进行单元测试金宝app™分析模型覆盖范围。

大多数安全标准现在明确要求或建议使用基于模型的设计。因此，Weinman将在未来需要认证的项目中利用其在MATLAB和Simulink的投资。金宝app

欧洲、亚洲和澳大利亚的医疗人员目前正在生产和使用MEDUMAT运输工具。

结果

  • 代码开发和审查速度加快50%．“基于模型的设计使我们能够生成100%的嵌入式软件，不包括驱动程序，”迪茨说。“我们花在内部审查上的时间也少了50%左右，因为我们使用的是模型而不是底层源代码。”

  • 研究了几十种设计方案．“通过MATLAB和Simulin金宝appk，我们评估了多达40种信号处理算法，如果我们是手工编码，这是不可能完成的，”Dietz指出。“在MATLAB中，我们分析并绘制了不同算法产生的结果，以确定最适合我们设计的算法。”

  • 60%的核心设计重用．Dietz说:“在开发使用不同处理器的下一代呼吸机时，我们将为MEDUMAT Transport重新使用大约60%的Simulink模型。”金宝app“我们估计这种重用将使新项目的开发时间额外减少30%。”

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