Cochlear 公司使用 NI TestStand、LabVIEW 與 PXI 開發(fā)植入式助聽器測試系統(tǒng)

Author(s):
Paul Carter - Cochlear Ltd.

Industry:
Medical

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI, TestStand

The Challenge:
    使用商業(yè)可用的技術(shù)建立混合信號的自動化測試系統(tǒng)，以減少新一代植入式助聽器的成本與開發(fā)時間。

The Solution:
使用 NI LabVIEW、PXI 電腦式儀器與 NI TestStand，建立一套自動化測試系統(tǒng)，能以 70% 的開發(fā)時間提供更多更靈活的功能。

設(shè)計高效率的測試系統(tǒng)
    位于澳洲悉尼的 Cochlear Ltd. 公司是植入式助聽器業(yè)界中首屈一指的公司，讓世界各地數(shù)以千計的重度與極重度聽障人士，重新體驗美妙的聽覺感受。我們的旗艦產(chǎn)品是 Nucleus 人工電子耳系統(tǒng)，里面包含了一個內(nèi)部的植入物與一個外部的語言處理器。語言處理器會將分析聲音并數(shù)字化成編碼訊號，然后透過 RF 信號傳送到植入物中。植入物將信號轉(zhuǎn)換成電脈沖，然后直接刺激耳蝸的神經(jīng)纖維，產(chǎn)生聽覺。我們會針對個人的聽覺需求，對語言處理器進(jìn)行特殊的程序設(shè)計，幫助配戴者過著正常的生活。

    公司注重產(chǎn)品的品質(zhì)與安全性，這點幫助了我們在市場上維持領(lǐng)先的地位，所以測試系統(tǒng)在確保品質(zhì)與安全性上扮演著關(guān)鍵的角色。我們的植入系統(tǒng)非常復(fù)雜，涵蓋了許多不同的部分與子系統(tǒng)。針對所有的元件發(fā)展測試系統(tǒng)的話，會花費我們大量的時間與資源，但是我們的時間非常寶貴，因此我們使用 NI 產(chǎn)品，為我們最新的聽力技術(shù)解決測試方面的問題。

   隨著產(chǎn)品的發(fā)展，它們會越來越復(fù)雜，包含越來越多的元件。同時，隨著品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高、生產(chǎn)與測試時間的減少，我們需要新的測試系統(tǒng)。我們習(xí)慣使用定制化的硬件與軟件在公司內(nèi)部開發(fā)所有的測試解決方桉。對于比較簡單的產(chǎn)品來說，這樣就已足夠，但是我們在發(fā)布新產(chǎn)品時卻遭遇到困難，因為測試系統(tǒng)總是來不及準(zhǔn)備好。我們知道對于目前正在研發(fā)的新產(chǎn)品來說，開發(fā)新的測試系統(tǒng)是一項艱巨的任務(wù)，使用傳統(tǒng)的方法根本來不及，所以，我們開始尋找別的方法，嘗試使用商用可用的技術(shù)。

    我們每年賣出數(shù)千個系統(tǒng)，我們所在的市場變化快速，從利基應(yīng)用變成公認(rèn)的主流醫(yī)療技術(shù)。由公司內(nèi)部自行發(fā)展的測試方法已經(jīng)不再適用，但是我們尚未準(zhǔn)備好購買幾百萬元的測試系統(tǒng)。PXI 解決方案的合理價格，使其成為靈活測試系統(tǒng)的最佳解決方案，以合理的價位提供了高品質(zhì)的服務(wù)、經(jīng)過驗證的硬件與強(qiáng)大的軟件。

   我們針對內(nèi)部研發(fā)使用了新的 PXI 架構(gòu)功能測試系統(tǒng)，從電路板到組裝完成的產(chǎn)品，測試了 8 種不同的應(yīng)用。我們也使用這套系統(tǒng)在公司內(nèi)部以及不同的代工廠中進(jìn)行生產(chǎn)測試。系統(tǒng)需要執(zhí)行眾多的動作，包括捕捉、儲存與分析 5 MHz 信號的波形，將電力與資料穿越皮膚，傳送到植入物中。我們使用聲音測量、電壓參數(shù)測量、在不同負(fù)載情況下的電流測量，同時通過數(shù)字 I / O及 GPIB與外部設(shè)備溝通。我們使用 USB 通訊設(shè)備來控制定制電路板上的繼電器、開關(guān)與其他的硬件。系統(tǒng)也必須能夠準(zhǔn)確調(diào)整共振電路并測試 I2C 通訊。系統(tǒng)會自動生成測試報告，同時通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存貯，供日后統(tǒng)計分析之用。CPE Systems 公司是本地的 NI 系統(tǒng)聯(lián)盟商，他們協(xié)助我們開發(fā)了 LabVIEW 與 NI TestStand 所需的定制界面與軟件開發(fā)程序。

   這套測試系統(tǒng)包含了 1 個具有 GPIB 接口的 PXI  Pentium 4 控制器、NI PXI-4070 FlexDMM 卡、NI PXI-6052E 多功能數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 卡，以及 NI PXI-5112 高速數(shù)字化儀。DAQ 卡、FlexDMM 卡與高速數(shù)字化儀會提供測量混合信號與信號開關(guān)開關(guān)所需的所有數(shù)字輸入與輸出。RS232 通訊設(shè)備控制會 1 個調(diào)節(jié)放大器，而 USB 則控制另 1 個定制接口卡。這套新系統(tǒng)比以前所有的測試系統(tǒng)更輕巧，可以節(jié)省寶貴的產(chǎn)線空間。PXI 平臺意味著這套系統(tǒng)具有靈活、維修容易、輕松更新的優(yōu)點。

創(chuàng)造具有靈活的軟件架構(gòu)

   我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開發(fā)靈活的軟件架構(gòu)，以解決目前及未來的測試需求。這套軟件的功能眾多，能夠測試不同版本的產(chǎn)品，以及開放式與封閉式硬件。使用 NI TestStand，我們可以利用商業(yè)可用的測試執(zhí)行功能來節(jié)省開發(fā)時間。

使用定制化的操作界面，操作員可以登陸、載入選出的測試序列，然后監(jiān)控測試過程。界面也會提供即時資料更新給操作員、生成測試報告，然后將所有的測試資訊記錄到資料庫中，供日后分析之用。我們在 LabVIEW 中撰寫個別的測試，這也可以節(jié)省開發(fā)時間，因為我們擁有龐大的函數(shù)庫可以測量、與硬件連接、分析結(jié)果，以及顯示。通過模塊化操作界面進(jìn)行序列控制，并將其與個別測試模塊分開，我們便能將開發(fā)的成果使用于更多有類似測試需求的產(chǎn)品上。以統(tǒng)一的格式記錄所有的數(shù)據(jù)，我們的研發(fā)與生產(chǎn)工程師就能進(jìn)行分析并找出趨勢，并制作生產(chǎn)收益的報告。他們也會使用數(shù)據(jù)分析失敗原因，并在設(shè)備制造的過程中找出待改進(jìn)之處。記錄中擁有所有的測試資料，包含使用的序列、參數(shù)、測試儀器的校正日期、測試時間，以及產(chǎn)品的通過 / 失敗狀態(tài)。

NI TestStand 成果斐然

新的功能測試系統(tǒng)協(xié)助我們在緊迫的時間壓力下完成工作，將新產(chǎn)品的設(shè)計從概念階段帶入制造階段。NI TestStand 為我們的 LabVIEW 測試模塊制造了一個模塊化、可重復(fù)使用的測試架構(gòu)，NI TestStand 對我們來說非常實用。從專業(yè)的角度來看，我們現(xiàn)在可以在前所未有的短時間內(nèi)就開發(fā)完成測試系統(tǒng)，因為與軟硬件開發(fā)有關(guān)的大部分風(fēng)險都被移除了。我們初期的訓(xùn)練投資成本也因為開發(fā)這個專業(yè)的時間縮短，而且收回了成本。在未來的開發(fā)中，因為我們的工程師已經(jīng)習(xí)慣使用這些工具，所以我們預(yù)期開發(fā)的時間會縮短 30 %。