Integrating product design and engineering for multifunctional products with embedded microelectronics

Abstract

Given the increasing complexity of the modern healthcare environment, issues related to whether assets move and are found, and the number of assets available, pose a challenge to improve management control. In this way, the genesis of this work was the possibility to apply radio frequency identification (RFID) technology to surgical instruments in order to be able to track the devices. The main objective of this work was to find the proper design process to achieve a final solution for the tracking of the surgical instruments, with emphasis on the contribution to the design process of products with embedded microelectronics. Therefore, two tasks were behind this work: Achieving a solution for the problem, mainly the tracking of the surgical instruments, and achieving the suitable design process to accomplished that solution. The impossibility of embedding the technology directly in the surgical instrument implied the need to developed an add-on product that could be coupled to the surgical instrument. Furthermore, there was the need to ensure that the placement of the microelectronic device posed absolutely no threat to the patient, nor limit the performance of the health professional using the surgical instrument. In fact, the inclusion of the microelectronic technology in an already existent product must meet the manufacturing process issues (embedding the technology in the product), the users and the problems of usability. In this context, a literature review and the observation on the real context of use of the surgical instruments were conducted to define the design problem, particularly the need to track surgical instruments. However, it was found that far from the issue of asset management, other problems should be met, in particular problems of human errors (e.g., retained foreign objects) and surgical site infections With regard to design processes, the literature reviewed on design processes for the surgical environment and also on the engineering field and user-centered design approaches, exposed the lack of a proper design process for the case of embedding microelectronics in products. Therefore the solution found to overcome this gap was the combination of the several approaches of the design process. Using the action research as the research methodology in this work, it has been developed a practical project with the aim of solving the design problem and the improvement of the design process. The analyses of the observation of the practical project showed new aspects of the design process: The need to include all users in the development process and their role in the technical and usability issues. The results led to a new descriptive proposition of the design process, which the main characteristics are the importance of understanding the actual context of use, the concept of co-users and the value of assessing needs by user (in order to allocate the proper user in the several activities of the development process). It was also defined bases for proposing a general descriptive design process model for the development of products with embedded microelectronics. This model presents an improvement to the existent design process models, since it includes two fundamental activities, in particular the microelectronic product location and the microelectronic embedding process.

Dada a crescente complexidade do espaço hospitalar, as questões relacionadas com a mobilidade dos dispositivos médicos, com o seu rastreamento e com o número de dispositivos disponíveis representam um desafio para melhorar o controlo logístico dos mesmos. Neste sentido, este trabalho nasce da possibilidade de aplicar a tecnologia RFID em instrumentos cirúrgicos de forma a permitir um controlo destes dispositivos. O principal objetivo deste trabalho consistiu, portanto, em encontrar o processo de desenvolvimento do produto apropriado para alcançar uma solução para o rastreamento de instrumentos cirúrgicos, com ênfase na contribuição para o processo de projecto de produtos com microeletrónica incorporada. Como tal, duas tarefas estiveram subjacentes a este trabalho: a procura de uma solução para o problema, nomeadamente o rastreamento de instrumentos cirúrgicos, e a procura do processo de desenvolvimento adequado para alcançar essa solução. A impossibilidade de incorporar a tecnologia diretamente no instrumento cirúrgico implicou a necessidade de desenvolver um produto complementar para ser acoplado ao instrumento cirúrgico. Para além disso, houve necessidade de garantir que a colocação do dispositivo de microeletrónica não colocasse absolutamente nenhuma ameaça para o paciente, nem limitasse o desempenho do profissional de saúde que utiliza o instrumento cirúrgico. De facto, a inclusão de uma tecnologia microelectrónica num produto já existente deve atender ao processo de fabrico (incorporar a tecnologia no produto), aos utilizadores e aos problemas de usabilidade. Neste âmbito, a revisão da literatura e a observação no contexto real de uso dos instrumentos cirúrgicos foram os métodos utilizados para definir o problema, designadamente a necessidade de rastrear instrumentos cirúrgicos. No entanto, verificou-se que, para além da questão do controlo logístico de dispositivos, outros problemas deveriam ser atendidos, nomeadamente problemas de erros humanos (por exemplo, objetos estranhos retidos) e infecções em ambiente cirúrgico. No que concerne aos processos de desenvolvimento do produto, a revisão da literatura sobre o processo de desenvolvimento para o ambiente cirúrgico e também no campo da engenharia e na abordagem do design centrado no utilizador, expôs a falta de um processo apropriado para o caso de incorporação de microelectrónica em produtos. Como tal, a solução encontrada para colmatar esta lacuna passou pela combinação de várias abordagens sobre os processos de desenvolvimento de produtos. Utilizando a investigação-ação como metodologia de pesquisa neste trabalho, foi desenvolvido um projeto prático com o objetivo de resolver o problema e alcançar a melhoria do processo de desenvolvimento. As análises de observação do projeto prático mostraram novos aspectos do processo de concepção e desenvolvimento: A necessidade de incluir todos os utilizadores no processo e o seu papel nas questões técnicas e de usabilidade. Os resultados levaram à formulação de uma nova abordagem descritiva do processo de design, cujas características principais são a importância de compreender o contexto real de uso, o conceito de coutilizadores e o valor da avaliação das necessidades por diferentes utilizadores (com o intuito de alocar os utilizadores apropriados nas diversas atividades do processo de desenvolvimento). Foram também definidas as bases para formular um modelo prescritivo geral do processo de design para o desenvolvimento de produtos com microeletrónica incorporada. Este modelo apresenta uma melhoria face aos existentes na medida em que, contrariamente a qualquer outro modelo, incorpora duas actividades fundamentais, designadamente o posicionamento da microeletrónica no produto e o processo de incorporação da microeletrónica.