Esperimenti in silico: rivoluzionando l'industria farmaceutica e delle apparecchiature mediche

La simulazione al computer è una realtà nella maggior parte dei settori che sono guidati dall'innovazione per creare processi e prodotti migliori. L'industria farmaceutica punta agli esperimenti di simulazione al computer - in silico - allo sviluppo di nuovi farmaci e dispositivi medici, consentendo di selezionare i risultati più promettenti e di ottimizzare la fase di sperimentazione in vitro.

La modellazione e la simulazione al computer contribuiscono ad accelerare i processi di sviluppo, a creare prodotti più efficaci e sicuri e a ridurre i costi. Negli Stati Uniti, ad esempio, immettere sul mercato un nuovo farmaco può costare fino a 2 miliardi di dollari.

Quando la simulazione viene effettuata all'inizio del processo, è possibile prevedere i fallimenti e selezionare i dispositivi o i farmaci con le migliori prestazioni in questa fase iniziale per poi effettuare test in vitro, riducendo il tempo necessario al banco per sviluppare un nuovo prodotto.
Se la simulazione non è stata effettuata all'inizio e il prodotto fallisce, i test in silico possono essere utilizzati per scoprire il motivo e sviluppare soluzioni ai problemi riscontrati.

In entrambi i casi, è molto importante che il team tecnico specializzato nell'area sanitaria possa contare sull'aiuto di professionisti con esperienza nella simulazione.

Caso di studio: affidabilità elettronica nei dispositivi medici

Un'importante azienda di dispositivi medici aveva difficoltà a individuare la causa dei guasti in uno dei suoi dispositivi elettronici, perché i test sul prodotto non mostravano le stesse modalità di guasto del componente in servizio. Il team Ansys Reliability Engineering Services (RES) è stato quindi chiamato ad aiutare l'azienda a scoprire le cause e a risolvere i problemi.

Gli esperti di affidabilità elettronica di Ansys hanno lavorato direttamente con il produttore del dispositivo. L'obiettivo era quello di comprendere i difetti osservati, il design del dispositivo e l'ambiente di utilizzo prima di selezionare i casi d'uso per la simulazione, in modo da non dover simulare tutti i possibili casi d'uso, evitando così un processo più costoso e lungo.

Combinando decenni di esperienza nell'affidabilità elettronica con strumenti di simulazione e modellazione, è stato possibile valutare i rischi di guasto in presenza di carichi operativi termici, d'urto e di vibrazione, che si sono rivelati fondamentali per la rapida identificazione del meccanismo di guasto.

Questo approccio semplificato alla geometria del modello e alla mesh ottimizzata si concentra sulle caratteristiche critiche del progetto che possono influire sull'affidabilità in presenza di carichi operativi specifici del dispositivo, riducendo al minimo i tempi di impostazione e di esecuzione della simulazione e il tempo del ciclo di progettazione.

L'analisi che ne è scaturita ha identificato i componenti che superavano i limiti di progettazione in condizioni di funzionamento normali, causando i guasti di arresto del dispositivo osservati in servizio. Oltre all'identificazione del meccanismo di guasto, il lavoro ha dimostrato il valore della simulazione e della modellazione robusta come parte integrante del processo di progettazione per identificare e mitigare i possibili guasti prima che compaiano nel prodotto finale.

Grazie a questi risultati, gli ingegneri progettisti del produttore sono stati in grado di eliminare le aree di progettazione eccessiva (riducendo i costi), di rafforzare aree selezionate del progetto per ridurre il rischio di guasti e di ottimizzare la scelta dei materiali, le tolleranze e la strategia di assemblaggio.

Grazie a questi risultati, gli ingegneri progettisti del produttore sono stati in grado di eliminare le aree di progettazione eccessiva (riducendo i costi), di rafforzare aree selezionate del progetto per ridurre il rischio di guasti e di ottimizzare la scelta dei materiali, le tolleranze e la strategia di assemblaggio.