Todd VanGilder, Genuen
다양한 신규 의료 기기의 설계, 개발 및 검증 테스트를 수행할 수 있는 확장 가능한 수명 주기 및 내구성 테스터 구축하기.
주 작동 인터페이스로 새로운 하드웨어 구성요소를 손쉽게 추가하고 제어할 수 있는 다목적 소프트웨어 통신 프레임워크로 채널 수가 많은 범용 테스트 관리 플랫폼 설계하기.
Michael Trumm - Stryker Instruments
Todd VanGilder - Genuen
Dave Graybeal - Genuen
Styker는 의료 기기 생산 분야에서 세계를 선도하는 기업입니다. 다양한 재건, 의료, 수술, 신경 기술 및 척추 관련 제품을 판매하고 있습니다. 연구 개발 활동의 일환으로 Styker는 초기 제품 개발 단계에서 수명 주기와 내구성 테스트를 위해 여러 가지 테스트 시스템을 사용합니다. 그러나 기존의 플랫폼은 기업의 새로운 목표를 수용할 수 있도록 설계되지 않았으며 하드웨어 시스템의 채널 수가 제한적이라 테스트 부서에서 활용하는데 한계가 있었습니다. 따라서 Styker는 신제품 개발과 검증 과정에서 사용하는 기존의 테스트 시스템을 차세대 테스트 플랫폼으로 대체할 시기라는 판단을 내렸습니다. 새로운 목표를 달성하고, 테스트 효율성을 높이며, 프로그래밍 없이도 소프트웨어 재설정이 가능하도록 하고, 테스트 자동화를 촉진하고 하드웨어 확장성을 확보할 수 있는 테스트 시스템을 구축하는 것이 목표였습니다. 또한 새로운 시스템은 매우 다양한 제품과 테스트 요구사항에 쉽게 적응할 수 있어야 했습니다.
Michael Trumm은 Stryker Instruments의 수석 소프트웨어 엔지니어로 NI LabVIEW 시스템 설계 소프트웨어와 DAQ 도구를 이용하는 스크립트로 기존의 범용 테스트 플랫폼을 개발했던 당사자입니다. NI 하드웨어와 소프트웨어가 모두 꾸준하게 발전하고 있고, 도구들은 유연성이 뛰어나며, DAQ 및 테스트 시스템의 기준이 되는 제품으로 시장에서 인정 받고 있기 때문에 Stryker는 장기적인 관점에서 NI 플랫폼을 기반으로 한 표준화를 진행하기로 전략적 결정을 내렸습니다. 그러나 추가적인 엔지니어 인력이 필요하고 제안된 설계의 증가된 복잡도 때문에 Stryker는 차세대 범용 테스트 플랫폼 개발을 지원할 시스템 통합 협력업체를 고려하기로 했습니다. Stryker는 NI 파트너Genuen (이전 사명은 Wineman Technology)을 선택했는데, 이는 회사가 최첨단 테스트 시스템을 개발하는 데 광범위한 경험이 있었을 뿐만 아니라 NI 제품에 대한 탁월한 전문성을 갖췄기 때문입니다.
NI 파트너 Genuen사는 Stryker 계측기 부서의 테스트 실험실을 위해 다섯 대의 “완전히 재구성 가능한 범용 시스템 테스터” (TRUST) 기기를 설계하고 구축하기로 계약했습니다. LabVIEW 시스템 설계 소프트웨어와 NI CompactDAQ 모듈형 데이터 수집 플랫폼으로 구축된 이러한 Windows PC 기반 테스트 스탠드는 일반적인 센서 데이터 수집뿐만 아니라 스크립트를 사용한 공압 및 전자 제어도 제공했습니다. 주요 기능은 다음과 같습니다.
기존의 시스템은 스크립트라고 불리는 상세한 단계들의 시퀀스를 Microsoft Excel로 사용자 정의된 폼으로 실행하는 형태로 설계되어 있었지만 한 번에 실행할 수 있는 스크립트의 수는 최대 다섯 개에 불과했습니다. Genuen사는 LabVIEW의 객체 지향 프로그래밍 (OOP)을 이용해 하드웨어가 감당할 수 있는 한 무한 개의 스크립트를 실행할 수 있도록 시스템을 구축했습니다. 사전 벤치마크 테스트에서 TRUST 시스템은 병렬로 100개의 간단한 스크립트를 아무런 문제없이 처리했습니다. Stryker는 이 병렬 실행 기능을 통해 하나의 TRUST 박스에서 두 개의 UUT를 독립적으로 실행할 수 있게 되었으므로 100%의 처리량 향상 효과를 얻을 수 있었습니다. TRUST 플랫폼의 중요한 설계 패러다임은 소프트웨어 때문에 성능에 제한이 발생하지 않도록 하는 것이었습니다. 그렇게 되면 더 많은 스크립트를 실행해야 할 경우 언제든 RAM을 추가하고 처리 성능을 높여 하드웨어를 업그레이드하기만 하면 되는 것이었습니다.
Genuen사가 원 계약에 따라 TRUST 플랫폼을 구축하기 위해 사전 설계 작업을 진행하고 있는 동안 Michael Trumm가 소프트웨어 아키텍처와 관련된 아이디어를 가지고 찾아왔습니다. Stryker사의 테스트 시스템은 대부분 표준 드라이버 아키텍처를 사용하여 테스터 하드웨어 부품과 통신을 하는데, 이 아키텍처 설계는 확장할 수가 없었습니다. Michael은 주요 소프트웨어 프로그램을 사용하여 스크립트를 읽고 다이나믹하게 보조 소프트웨어 어플리케이션으로 명령을 전달하고 이 보조 소프트웨어가 표준화된 이더넷 프로토콜을 통해 시스템 하드웨어를 제어한다는 개념을 제시했습니다. 사용자 인터페이스를 특정 하드웨어 제어나 데이터 수집 기능에서 분리함으로써 향후에 손쉽게 하드웨어를 시스템에 추가할 수 있게 되는 것입니다. 이러한 분리 구현 방식은 분산된 모듈형의 유연한 소프트웨어 프레임워크를 구축할 수 있도록 하여 특정 테스트 솔루션을 개발하는데 시간과 노력을 절약하고 기존 LabVIEW 코드를 더욱 효율적으로 재활용할 수 있게 됩니다. 표준화된 사용자 인터페이스를 만들고 공통된 통신 아키텍처를 중심으로 하여 소프트웨어로 하드웨어를 제어할 수 있도록 하면 향후 테스트 시스템을 위한 소프트웨어 개발 시간을 50% 이상 절약할 수 있을 것으로 예상되었습니다. Genuen은 이에 동의했으며 Test Regulation Over Networks (네트워크를 통한 테스트 제어) 프레임워크가 이를 통해 구축되었습니다.
LabVIEW를 바탕으로 하여 구축된 Test Regulation Over Networks 프레임워크는 다음 세 가지 부분으로 구성됩니다.
사용자 인터페이스와 개별 테스트 장비는 이더넷을 통해 통신합니다. 따라서 새로운 하드웨어 구성요소를 추가하려면 IO 포탈 어플리케이션을 생성하여 원래 지원되지 않는 장비도 이더넷을 통해 통신할 수 있도록 해주어야 합니다. 예를 들어 MCP는 이더넷을 통해 UUT의 특정 채널 또는 전력 주기를 읽도록 요청할 수 있으며, IO 포털은 이를 해석한 후 NI CompactDAQ 하드웨어나 다른 적절한 장비에서 이 명령을 수행합니다. 이 설계 모델을 사용하여 Test Regulation Over Networks 프레임워크는 성공적으로 구현되어 첫 번째 TRUST 기기에 설치되었습니다.
채널 수가 많고 스크립트를 사용하여 테스트 시퀀스를 손쉽게 수정할 수 있는 TRUST 플랫폼은 일반적인 제품 설계 과정에 수반되는 여러 차례의 변경사항을 즉시 반영할 수 있으므로 의료 장비 설계와 개발 테스트에 이상적입니다. TRUST는 기존의 시스템보다 더 많은 스크립트를 실행하고 더 많은 채널을 모니터링하므로 설계팀 엔지니어들에게 보다 많은 테스트 피드백을 제공합니다. 또한 TRUST는 스크립트 엔진의 성능을 개선하고 데이터 수집 속도도 향상시켰으므로 유사한 테스트를 약 20% 더 빠르게 진행할 수 있습니다. 또한 기존의 시스템에서는 단순한 채널 번호를 사용했던데 반해, 이 시스템에서는 사용자가 채널 이름을 정의할 수 있어 사용자의 만족도가 높습니다.
Test Regulation Over Networks 프레임워크는 또한 향후에 새로운 하드웨어 구성요소를 통합할 수 있도록 확장이 가능한 안정된 소프트웨어 솔루션을 제공합니다. 이러한 확장성을 활용한 Stryker는 기능을 추가하여 시스템의 효율성을 높이면서도 테스트 시스템 관련 지출을 50% 절감할 수 있었습니다. 뿐만 아니라 테스트를 생성하는 기술자와 엔지니어들이 똑같은 환경을 사용하여 스크립트를 생성할 수 있으므로 별도로 교육을 받을 필요가 없어졌습니다.
2012년에 Genuen사는 요구사항 정의, 개발 및 배포 과정에서 Michael Trumm과 긴밀하게 협력하면서 프로젝트를 진행하여 4달 안에 첫 번째 TRUST 시스템을 완성했습니다. 또한 Genuen사는 그로부터 3개월 후에 추가 4대의 TRUST 시스템의 개발과 납품을 완료했습니다. Stryker는 2013년에 TRUST 시스템을 추가 구매할 예정이며 현재 Genuen과 손잡고 Test Regulation Over Networks 프레임워크를 사용한 수술 장비용 새로운 수명 주기 테스터 소프트웨어의 개발을 진행하고 있습니다. 이 새로운 테스트 시스템은 로봇 팔을 사용하여 수술 기구를 잡은 후 절단 대상으로 움직여 수술 절차를 시뮬레이션하게 됩니다. TRUST를 위해 이미 개발된 NI CompactDAQ IO 포탈을 재활용하면서 프로그램 가능한 전원 공급장치, 로봇 컨트롤러 및 힘-토크 센서에 사용할 새로운 IO 포탈 프로그램이 개발될 것입니다. Stryker는 높은 서비스 품질, 혁신적인 설계 역량, 신속한 개발 및 배포를 통해 뛰어난 의료 장비용 테스트 시스템을 제공하는 Genuen사와 계속해서 협력 관계를 유지하고 있습니다.
NI 파트너는 NI와 별개인 독립적 사업체로, 대리점, 제휴 및 합작 투자 관계가 없습니다.
Todd VanGilder, Genuen.com
전화: (248.922.9062)
todd.vangilder@genuen.com title팔로우title