新产品的制造商必须对未来的生产工艺流程和布局做出预设。生产工艺流程通常是在“产品设计阶段”就被定义。在以上两种情况中，监管部门都会坚持要求生产制造系统不仅要符合相应的标准，而且要建立在充分理解生产流程的基础上。
目前，计算机辅助注塑件建模已经在制品设计中广泛运用。但这类制品的生产工艺模拟还用得比较少。从产品和模具设计，以及注塑系统的性能表现，一直到工厂现场优化，系统和综合地使用模拟工具，在上述制品的产品生命周期的各个阶段中都非常有用。
什么是模拟？
模拟是指计算机生成的模型，它们以数学方式描述了实际或设想的制造系统的运作。计算机生成的动态模拟通常以图形格式描述，在特定时间里系统中资源之间的工作关系。
动态模拟可以是随机的（涉及统计输入和输出）或确定的（需要生成固定输出变量的固定输入变量）。它们也可以是离散事件模拟（模型涉及随机事件，每个事件均导致状态变化）或连续事件模拟（基本上使用微分方程式建立模型）。注塑件的物料流动模型是确定的、连续的事件模拟。生产材料在生产设备间和工厂车间内的动态移动模拟是随机和离散事件模型。
模拟工具可以作为生产试样或完整生产系统测试方法的替代。与生产试样或试生产相比，它们具有时间压缩、物理缩放和实验控制等优势，最重要的是还降低了风险与成本。
建模、模拟和监管环境
在过去数年中，监管部门日益强调“基于科学的合规性”，受到这些机构的鼓励，越来越多企业转变为使用建模和模拟。模拟是实现合规性廉价而有效的方法。它可用于开发和量化用于评估与降低设计风险的“假设”的设计方案和操作环境。这满足了监管部门日益增加的对设计和运作方面要求扎实理论的需求。
对新的合规性标准的需求是无可否认的事实。制品设计不充分、制造质量低劣、维护不当，以及用户使用失当均会导致产生质量不合格的医疗器械。在1990年，美国食品和药物管理局报告，在造成自主召回医疗器械的与质量有关的问题中，44%的问题是由于设计错误或缺乏设计控制造成的。
考虑到所有这些因素，对有效的模拟工具的需求正在逐步显现。模拟可以使上市前通告（510K）或上市前批准（PMA）流程更为高效。例如，PMA需要器械生产主文件（DMF），它具有关于器械制造流程、物理特征，以及设想的基于科学的详细控制信息。这些都是模拟中可以有效演示的全部详细信息。
21 CFR§820和DIN-ISO 13485均要求质量系统不仅检测和预防问题，而且要分析失败的根本原因。正如ICH Q8定义的那样，质量源自于设计的理念，要求连续不断提高与预定义流程“设计空间”相关的制造流程（“设计空间”一词是指已被证明能确保质量的流程参数范围）。
流程模拟是一种功能强大的工具，因为它们允许提前确定、评估和衡量流程的“理想状态”或“设计空间”，以及偏离理想状态的概率，从而可以防范风险。这反映了模拟工具的“假设”功能。当实时比较实际操作和理想化操作时，模拟还有助于流程仿真。这种工具代表了高效和经济的方法，而这些方法可以实现更为一致的质量，提高设计和制造效率，以及降低实现符合法规要求的成本。
模拟如何影响流程效率
运作效率通常根据总体设备效率（OEE）衡量，这种度量标准是确定真实工厂能力的“最佳实践”方法。OEE的衡量需要结合三个维度，即设备的有效使用时间、可持续的且可重复的性能表现和产品质量。计算这三个维度将可以得到在产品生命周期内，以尽可能低的成本持续实现最高质量的几率。
医疗制造业的制造效率已经低于制造业的平均水平。制药行业的OEE水平多介于15%~30%之间。医疗器械制造的OEE水平稍好一些，但肯定等于或低于60%的制造业平均水平。OEE水平低于50%的医疗器械工厂在医疗产品行业中并不少见。将这些与汽车零部件和半导体制造相比较，汽车零部件和半导体制造的特点具有世界一流的OEE水平，介于85%或更高的范围内。
这些数据说明了为什么大多数医疗器械制造厂都拥有一座“隐形工厂”的原因。这座隐性工厂的能力可分解为不必要的停机时间、与流程相关的损耗、废品或重新加工，以及低效率调度等要素。与其他行业相比，由于这个行业需要培训和满足法规的要求，所以通过加班或延长生产时间等临时解决方案来扩大生产量，减少损失，显得更为困难。
可以发现和最大程度减少“隐藏的生产量”的动态模拟是一种廉价且强大的解决方案。通过以下方面，模拟可以更好的利用资源：
（1）次品分析：次品也称为不符合要求的产品，说明工艺控制失控，通过模拟可以快速发现其根本原因；
（2）更改控制：评估计划内或计划外，更改对流程及其控制的影响；
（3）制造故障恢复：对故障模式进行定性和定量分析，并且制定预防方法，以防止再次发生故障；
（4）人流和物流建模：对某部分或是全厂生产设施的能力进行调节，以便从生产故障或其他事件中恢复；
（5）建构精益生产等生产方法，对其效果进行量化；
（6）培训与认证工具。
产品和模具级别的模拟
模拟已经极大地改变了塑料医疗产品的设计方法。在做出试样或开始制造生产模之前，可以对新设计进行建模模拟，从而较好的改进其相关注塑工艺。这使得制造商能够预测并且防止潜在的产品质量缺陷，从而提高产品质量，减少废品。SigmaSoft、MoldFlow或MoldEx之类的此级别的计算机辅助工程（CAE）工具可以使您尝试不同的注塑工艺，对不同的参数进行敏感性分析，以及改善整个注塑过程。
这些设计工具的能力局限之处在于，对许多用于医疗制品行业的新型工程塑料的工艺特性的理解还不够深刻。产品级别的模拟必须建立在对物料流动假设条件理解的基础上，有时需要进行物料测试。
可以在产品级别执行的相关模拟一共有三个级别。第一个级别是模腔，即注塑件本身，此级别的分析帮助您模拟模腔充填、冷却和保压。一方面可以确定压力与温度分布之间的关系，另一方面可以确定壁厚、浇口位置、产品几何形状与物料流体属性之间的关系。分析可以预测和纠正由于尚未优化的制品充模过程中造成的困气、融接痕、凹陷和结构性的薄弱区等相关的产品质量风险。由此，可以提前对主要的注射充模情况、产品机械强度和尺寸公差做出评估。
此外，还可以模拟浇口和流道系统，并且将其和产品充填分析合并考虑。当设计流道系统时，重要之处就在于计算最恰当的流道尺寸，评估通过流道系统时的压力损失等参数。对于多模腔模具，有必要评估充模的平衡性。
有限元分析（FEA）用于精确了解整个模具的热量特性和机械特性，可以使用它来执行更复杂的分析。在此级别，如果需要从流体、温度和机械强度角度进一步分析整个产品的充填过程，也可以使用更为高阶的计算流体动力学（CFD）模拟工具。那些复杂的综合物理过程影响着注塑模具的整体性能表现。
