استفاده از روش تحلیل حساسیت سوبل، مدلسازی و بهینه سازی آماری پارامترهای مؤثر در رفتار نیرو در فرآیند سوراخکاری استخوان

Abstract

یکی از مهمترین، حساس­ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری در حوزه جراحی­ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می­باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده­ای در جراحی­های ارتوپدی، درمان شکستگی­ها و نمونه برداری­های استخوانی و همچنین دندان پزشکی دارد. استفاده از دریل­های جراحی اتوماتیک و همچنین ربات­های جراح کنترل عددی سبب ایجاد تحولی شگرف در بهبود این فرآیند شده است. در طول عمل سوراخکاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به بافت استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در بافت اسنخوان می­گردد و همچنین این امکان وجود داردکه مته جراحی در داخل بافت استخوان دچار شکستگی گردد. در این مقاله با درنظر گرفتن سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار به عنوان مهمترین فاکتورهای ورودی فرآیند ابتدا با استفاده از روش طراحی آزمایش­ها و روش سطح پاسخ، نیروی اعمالی به بافت استخوان مدل سازی و معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج گردیده و از دقت آن اطمینان حاصل شده است. سپس با بهره گیری از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل که نسبت به سایر روش ها دارای مزیت استخراج مقدار کمی تاثیر پارامترهاست، به بررسی تأثیر پارامترهای ورودی بر روی پارامتر خروجی نیرو پرداخته شده و چگونگی تأثیر هریک از پارامترهای ورودی به دقت بررسی شده است و در انتها با بهینه­سازی مدل حاکم بر فرآیند، مقادیر بهینه هریک از پارامترهای ورودی به منظور دستیابی به کمترین و بهترین مقدار نیروی ایجاد شده در حین سوراخکاری بافت استخوان ارائه گردیده است. نتایج بدست آمده بدین صورت است که کمترین مقدار نیروی وارده بر بافت استخوان در قطرهای کمتر، نرخ های پیشروی پایین تر و حداکثر سرعت دوران ابزار حاصل می گردد. و از بین پارامترهای ورودی با در نظر گرفتن تغییرات همزمان تمامی پارامترها در بازه آزمایش­ها، به ترتیب سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بیشترین اثر را رفتار نیرو داشته­اند.