Nagyfeszültségű defibrillátor tesztelése

A defibrillátorok a sürgősségi ellátás és a szívgyógyászat fontos, életmentő eszközei, ezért a tesztelésük is különleges gondosságot, megbízhatóságot és dokumentáltságot igényel. Az esettanulmány arról számol be, hogyan használják egy defibrillátorokat gyártó orvostechnikai cégnél a National Instruments (NI) automatikus mérőrendszerek felépítésére alkalmas termékeit tesztautomata előállítására.

NI LabVIEW FPGA modullal és intelligens DAQ-eszközökkel

A cél

Az orvostechnikai műszergyártó cég 12 különböző típusú, nagyfeszültségű (HV) defib­rillátor modul független tesztelésére alkalmas tesztberendezés létrehozását tűzte ki célul, amely kezelni tudja a defibrillátorok típusváltozását és csökkenti az átlagos tesztidőt.

A megoldás

A National Instruments LabVIEW FPGA modulját és a NI intelligens adatgyűjtő hardverét (DAQ) felhasználva aszinkron környezetet alakítottak ki, amelyben mind a 12 tesztmodul autonóm módon működik és egy-egy független kommunikációs portra csatlakozik.
A Medtronic cég Tesztmérnökség Csoportja kapott megbízást egy automatikus működésű HV defibrillátor tesztállomás létrehozására. A tesztállomáson 12 egymástól független tesztmodulban kell 1 – 4 terméktípust tesztelni az átlagos tesztidő csökkentésével. A csapat a LabVIEW FPGA-modul és a National Instruments intelligens DAQ-hardver eszközeinek felhasználásával jelentősen meg tudta növelni a tesztmodulok kommunikációs sebességét a korábban használt párhuzamos porttal elérhető 20 kHz-ről az FPGA által nyújtott 1,7 MHz-re. Ez az átlagos tesztidő jelentős csökkenését ered­ményezte.
A korábbi manuális rendszerben a 12 tesztmodul szinkronban működött, a kommunikáció pedig párhuzamos porton történt. Ilyen körülmények között egyszerre csak egy típusú HV defibrillátort lehetett tesztelni, és a 12 darab teszteléséhez összesen 135 percre volt szükség. Az új rendszerben a 12 tesztmodul egymástól függetlenül működik, a kommunikáció pedig az FPGA digitális I/O felületén folyik. Egyszerre legfeljebb négy típusú gyártmány tesztelhető, a 12 HV defibrillátor teszteléséhez pedig összesen 48 perc szükséges. Az újrahívható tesztszekvencia-vezérlő és tesztprogram minden egyes modult függetlenül vezérel, azaz a teszt akkor kezdődik, amikor az automatikus adagolórendszer erre utasítást ad. A tesztelést felü­gyelő PC egy egységként koordinálja az auto­matikus adagolórendszert és a HV-defib­rillátor­ból álló tesztrendszert.

A teszt automatizálása

Egy AeroSpec automatikus adagolórendszer végzi a tesztelésre szánt berendezések (Device Under Test‑ DUT) felvételét a négy bemeneti tálcáról. Optikai karakterfelismerő alrendszer segítségével leolvassa a DUT sorozatszámát, majd betölti/kiveszi a 12 tesztmodul egyikébe/egyikéből, és a teszt eredményétől függően elhelyezi a 12 kimeneti tálca egyikén. A négy bemeneti tálcán négy különböző gyártmány helyezhető el. A tálcák mindegyikén 20 darab DUT fér el.
A tesztvégrehajtó-rendszer a master vezérlő. Ez szolgáltatja a felhasználói interfészt, irányítja a tesztmodulok betöltését és ürítését, valamint utasítja a tesztmenedzsert a HV-defibrillátorteszt végrehajtására a tesztmodulba helyezett berendezésen vagy berendezéseken.
A tesztmenedzser meghatározza, hogy a termék tesztelhető-e, majd ezt az információt átadja a tesztvégrehajtó-rendszernek. Ennek alapján az operátorok kiválogathatják a tesztelendő termékeket. Az operátor a rendszer konfigurációnak megfelelően betölti a munkadarabokat, és kezdődik a tesztelés.
A tesztvégrehajtó-rendszer utasítja az automatikus adagolót a DUT tesztmodulba való helyezésére. A DUT behelyezése után a tesztfelügyelő-rendszer utasítására a tesztmenedzser elindítja a tesztelést az adott pozícióban. A tesztfelügyelő és az automatikus adagoló folytatja a további munkadarabok betöltését, a tesztmenedzser pedig elindítja minden egyes DUT tesztjét. A tesztmenedzser dinamikusan behív legfeljebb 12 újrahívható tesztszekvencia-vezérlőt, ezek pedig dinamikusan elindítják az újrahívható tesztprogramokat. A tesztmenedzser minden tesztprogramot a tesztfelügyelő utasítására indít el.
A rendszer a tesztpozíciókat és a DUT-ket a LabVIEW grafikus fejlesztői környezetből kezeli. Minden tesztmodulnak van egy statikus attribútumkészlete, amelynek értékei a termék típusától, a tesztfázistól, a hardverkonfigurációtól és más folyamatváltozóktól függenek. Az összes teszt adata a memóriában marad, amíg az adott DUT tesztelésének végén a tesztmenedzser le nem zárja az esetet.
A tesztmenedzser monitorozza a teszt állapotát, és tájékoztatja az adott DUT tesztelésének a végén a tesztfelügyelő-rendszert a teszt eredményéről (megfelelő/nem megfelelő). A tesztfelügyelő-rendszer ezután utasítja az automatikus adagolórendszert a DUT tesztmodulból való eltávolítására és a megfelelő kimeneti tálcára helyezésére. A rendszer a megüresedett tesztpozícióba betölti a következő tesztelendő munkadarabot, majd ez a ciklus tovább ismétlődik. A DUT-betöltés – -tesztelés – -eltávolítás ciklus a 12 tesztpozícióban függetlenül történik. A betöltés és eltávolítás kéréseket az automatikus adagolórendszer érkezési sorrendben hajtja végre.
A tesztmodulok és a DUT-k közötti kétirányú kommunikációt (soros, illetve JTAG) két darab National Instruments PXI-7811R kártya vezérli. Mindegyik NI PXI-7811R kártyán ugyanaz a LabVIEW FPGA kód fut, de külön szemaforokat és az adott modulhoz való hozzáférést vezérlő NI-VISA erőforrásokat használnak.

A tesztszekvencia-vezérlő irányítja a DUT tesztelését úgy, hogy a tesztprogramból dinamikusan hív be egy tesztesetet. Mivel a tesztszekvencia-vezérlőnek és a tesztprogramnak 12 újrahívható vagy független példánya van a memóriában, kompromisszumot kellett találni a rendszer teljesítménye és az alfunkciók (subVI-ok) újrahívhatósága között. Csak azok a subVI-ok maradtak újrahívhatóak, amelyek bizonyítottan szűk keresztmetszetet jelentettek vagy funkcionális globális változókat tartalmaztak. Ez a megoldás optimalizálta a rendszer teljesítményét, miközben sikerült minimalizálni az átlagos rendszermemória-használatot. Minden teszt­szekvencia-vezérlő és tesztprogram ugyanazt az FPGA-t használja, ezért a rendszerben szemaforok vagy tokenek szabályozzák a hozzáférést az NI PXI-7811R kártyákhoz.
Az FPGA-céleszközhöz való hozzáférést igénylő VI-ok mindegyike használ szemafort. Minden FPGA-céleszköznek van egy füg­getlen szemaforja, amely lehetővé teszi az A csoport egyik moduljának (1-től 6-ig) az első FPGA-céleszközhöz való hozzáférését és a B-csoport egyik moduljának (7-től 12ig) a második FPGA-céleszközhöz való majdnem egyidejű hozzáférését. Minden FPGA-hozzáférés igen rövid – ezredmásodperc nagyságrendű –, ezért ezzel a megoldással az FPGA-erőforrások kiosztása igen hatékonyan működik, miközben 12 konkurens programot szolgál ki. Tesztprogramonként és tesztmodulonként megközelítőleg 600 FPGA-interakció jön létre. Az FPGA-céleszközök képesek kezelni ezt a forgalmat és jelentős szerepük van abban, hogy a rendszerben 12 modul működik aszinkron módon, nagy sebességgel.

Szerző: David Hakey, Patrick J. Ryan, Johnny Maynes – Medtronic, Inc.

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest
Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400, fax: +36 1 203 3490
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Még több National Instruments

Címkék:  orvostechnika | defibrillátor | LabVIEW | DAQ