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一、纸上造机:先看清呼吸机的门道

有人的地方就有江湖,有利的地方定有商人。疫情是一面照妖镜,倒爷如过街老鼠,扰乱市场。口罩、消毒液、测温枪、口罩机、呼吸机等防疫物资纷纷落入爆炒漩涡,至今未曾停息。笔者截取了部分朋友圈关于"呼吸机"的内容,不得不说,真多!而防疫物资幕后的提供者,是成千上万的科技公司与一位位工程师——那么,造一台呼吸机究竟有何难?

不妨来一场"纸上造机"。先简单了解呼吸机:无创呼吸机属二类医疗器械,主要功能是让患者佩戴密闭面罩后即获得呼吸支持,近似制氧机的进阶版;有创呼吸机则属更高级别的三类医疗器械,不仅需手术科医生与熟悉呼吸机的医生在场,还要通过手术切开患者气管,直连并调节呼吸机向其肺部供氧。一分钱一分货,无创呼吸机研发门槛更低,除医用外甚至可居家使用。

医用呼吸机分类概念图
无创与有创,两类呼吸机的门槛天差地别

二、美敦力开源PB560:一份"阉割版"的作业

恰逢美敦力(Medtronic)逐步向全球开源PB560无创呼吸机的设计资料,呼吁全球工程师与企业"抄作业"造机。就目前下载到的资料看,包含产品3D模型图(3D CAD Models)、原理图(Electrical Schematics)、PCBA资料(Electronic PCBAs)、产品手册(Manuals)、制造生产文件(Manufacturing Documents)、制造治具资料(Manufacturing Fixtures)、零部件机械工程图(Mechanical Part Drawings)、产品需求文件(Requirements Documents),以及开源授权许可(Permissive License—Open Ventilator)。

笔者遍寻资料,却找不到最核心的软件与算法,因此这份开源实为"阉割版",尚不足以直接复刻到生产线,却不无参考借鉴意义。

美敦力PB560呼吸机开源结构概念图
开源资料详尽,却独缺最核心的软件与算法

PB560由37个模块组成,从涡轮风机控制板、进气过滤装置、涡轮风机,到各类压力与流量传感器、过滤装置、显示器、主控板、电池、电源与氧气接口等,构成一台完整的无创呼吸机。

三、37个模块与800余种元器件:供应链才是第一道坎

因笔者才疏学浅,曾试图在知乎与CSDN寻访高手未果,能查到的呼吸机参考设计寥寥。于是只能硬着头皮,对PB560的BOM做一番简要分析(欢迎勘误指正):

部分元器件种类及品牌数(不完全统计):

No.PCBA名称物料种数品牌数量
1主控板(CPU)30363
2电源管理板(Power Management)39362
3涡轮风机及驱动(Blower Driver)11
4供电板(Power Pack)8325
5电池充电保护板(Battery Connection)1810
6蜂鸣器板(Buzzer)18031
总计:80598

上述统计并不完整,组成PB560的元器件超过800种,来自全球100余家供应商。换言之,动手"抄作业"之前,先要把供应链打通、把物料买齐,这第一步似乎就已艰难在前。

呼吸机核心元器件与全球供应链概念图
一颗核心器件,往往牵动整条全球供应链

部分核心元器件的型号与品牌如下表所示:

No.PCBA核心器件名称型号PN品牌Brand
1主控板MCUST10F276Z5T3ST
2压力传感器ASDX001D44R-SQ04689SENSYM
3差分压力传感器XZ209766-ASDXHONEYWELL
4绝对值压力传感器XZ209330-ASDXHONEYWELL
5压力传感器BSDX0611BARO-XSENSORTECHNICS
6三通比例阀S142.0048AFAS
7电源管理板MCUCY7C67300-100AXICYPRESS
8涡轮风机及驱动CUSTOM Blower10096315JABIL
9供电板MCU10126894MICROCHIP
10电池充电保护板CUSTOM Battery10096510JABIL
11蜂鸣器板BUZZERPKM33EPH1201CMURATA
12充电管理芯片BQ2002CSNTI

四、核心器件仰赖进口:国产化任重道远

PB560基于ST一款即将停产的16位MCU(ST10F276Z5T3)设计;涡轮风机与电池均定制于美国JABIL;核心传感器来自美国霍尼韦尔(Honeywell);电磁阀来自美国IMI FAS;此外还应存在专利制约。

我国虽有36家企业取得了国内呼吸机医疗注册证,但研发与生产仍高度仰赖进口元器件,核心的涡轮风机、传感器、电磁阀等尚无国产替代。即便我们跨过"按图造机"的第一步,真正更难啃的骨头是血液般的软件与算法——若技术上无法自研算法与软件,呼吸机根本跑不起来,更遑论将其推进到临床乃至量产阶段。

经此一疫,笔者以为,中国应将建桥、修高铁的经验,投入到医疗科技与核心零部件的研发、国产化之上,让供应链不再仰赖进口、受制于人,让"造呼吸机"真正不再难。加油,中国!

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