Orthopedische Implantaten Revolusioneren: Geautomatiseerde Enkele-Stuk Workflows Snijden Kosten

Orthopedische implantaatbedrijven staan voor veel uitdagingen, maar een van de grootste is voorraadloonsturing. Deze bedrijven (en de bedrijven die de producten die ze verkopen produceren) moeten navigeren hoe ze een breed scala aan implantaattypen, varianten en maten kosteneffectief kunnen produceren, en daarna die voorraad managen als hij heen en weer beweegt tussen magazijnen en ziekenhuizen. Dit komt neer op hoge voorraadeisen die de middelen van een bedrijf kunnen uitlezen.

Mach Medical is een orthopedische implantaat contractfabrikant die opgericht is om een aantal van de uitdagingen aan te pakken waar orthopedische implantaat OEMs mee te maken hebben, inclusief voorraad, met behulp van geavanceerde productie en automatisering.

Uitgelichte Inhoud

Voorraadloonsturing

Van nature van hun werk dragen orthopedische implantaatbedrijven doorgaans 12 maanden voorraad om klanten te bedienen, legt Dave Anderson, mede-oprichter en business development leider bij Mach Medical, uit. "Een product wordt in operatie gebruikt en het ziekenhuis heeft direct aanvulling nodig, of ze hebben misschien zes van dezelfde maat op de plank nodig voor het geval ze twee of drie of vier patiënten gestapeld hebben die allemaal een knie voor de linkerkant in Maat 5 nodig hebben."

Het verder compliceren van zaken is dat de voorraad constant in beweging is. Volgens Mach Medical Mede-oprichter en General Manager Steve Rozow, zijn orthopedische implantaten een beetje als schoenen – ze komen in meerdere typen en maten. Als mensen een nieuw paar schoenen willen, gaan ze misschien naar een schoenenwinkel, die elk schoenmodel in meerdere maten voor klanten om aan te passen voorraadt. Maar patiënten die orthopedische implantaten nodig hebben, kunnen niet naar een winkel gaan om verschillende implantaten aan te passen. De winkel (of een vooraf bepaald deel ervan) moet naar de patiënt in de operatiekamer van het ziekenhuis komen. Chirurgen hebben een idee van welke maat implantaat een patiënt nodig zal hebben voor de operatie, maar ze hebben vaak meerdere opties beschikbaar in de operatiekamer zodat ze de beste pasvorm op het moment van de operatie kunnen kiezen, of duplicaten voor het geval een implantaat gecontamineerd raakt. Dan wordt ongebruikte voorraad teruggestuurd, en de gebruikte voorraad wordt aangevuld. "Die voorraad is constant in beweging en ondersteunt operaties, of misschien gekampeerd bij een ziekenhuis, als het ziekenhuis een hoog-volume ziekenhuis is," zegt hij. Ten minste 50% van de fabrikant's voorraad is op elk gegeven moment of bij een ziekenhuis of in transit. "Om voor orthopedische fabrikanten klanten toe te voegen, moeten ze vaak die voorraadvoetafdruk toevoegen om die klanten te bedienen," vervolgt hij.

De uitdagingen van het produceren van families van onderdelen maken voorraadloonsturing nog complexer. "Er zijn minimum order hoeveelheden geassocieerd met productie die grotendeels gedreven worden door machine opstelltijd," zegt Anderson. "Laten we zeggen dat u acht uur nodig hebt om een machine op te zetten voor één SKU. U wilt zoveel mogelijk van die onderdelen draaien zodat u een fatsoenlijke per-eenheid kosten krijgt voordat u de machine afbreekt." Maar bepaalde SKU's worden vaker gebruikt dan andere. Voor maten aan de grotere en kleinere uiteinden van de belcurve van menselijke maten, als een fabrikant "20 of 50 van een individuele SKU maakt, dat misschien vijf tot 10 jaar voorraad is," legt hij uit. "Dat gaat zitten."

Starten met Standaardisatie

Eén manier waarop Mach Medical deze uitdagingen aanpakt, is door productieprocessen zo veel mogelijk te standaardiseren. Bijvoorbeeld, in plaats van verschillende gietwerk voor verschillende implantaten en maten te procuren, begint het bedrijf met een meer generiek gietwerk voor elk implantaattype. "Er is praktisch geen toolontwikkeling, en het is gewoon van de plank," zegt Rozow. Hoewel dit kan betekenen dat implantaten meer tijd op de machine besteden en meer materiaal verwijderd moet worden dan een meer aangepast gietwerk, is de flexibiliteit de afweging waard. "Als er een ontwerpswijziging is, of de klant wil dingen hier en daar aanpassen, is het meestal een vrij simpele programmeerwijziging," vervolgt hij. "Om dat te accommoderen, hoeven we geen toolingwijzigingen te hebben, wat waar de grotere kosten bijkomen." Hij voegt toe dat naarmate klanten implantaatproductie opschalen, Mach Medical kan overschakelen op een aangepast gietwerk dat efficiënter te bewerken is en kosteneffectiever.

Net als Mach Medical de voorraad van eindproducten voor zijn klanten wil reduceren, werkt het ook om zijn eigen voorraad aan gietwerk en andere grondstoffen lean te houden. "We neigen ertoe om pretty lage voorraden op die te houden en hebben afspraken met die bedrijven om dat op een tamelijk strakke, JIT-basis naar ons te laten vloeien," zegt Rozow. Hun faciliteit in Columbia City, Indiana, ligt dicht genoeg bij hun grondstof- en gietwerkleveranciers dat ze "melkritten" twee keer per week kunnen doen om het materiaal af te leveren dat Mach Medical voor een paar dagen nodig heeft.

De grondstof gaat door een initiieel productieproces. Rozow zegt dat dit doorgaans twee bewerkingsprocessen, inspectie, reiniging en coating (wat gebeurt bij Sites Medical, Mach Medical's co-located zusterbedrijf) omvat. Op dit punt begint het orthopedische implantaat vorm te krijgen maar is nog incompleet. Vanaf dit punt kan het bedrijf de onderdelen omzetten in meerdere SKU's, zoals verschillende maten of rechter en linker versies. Dan, naarmate klanten orders plaatsen, voltooit Mach Medical de implantaten door finale bewerkingsoperaties waar ze op de juiste maat en vorm gesneden worden, een reinigingsproces, inspectie, afwerkingsprocessen, en dan een finale reiniging.

Dit "flex lot sizing" systeem geeft Mach Medical het beste van twee werelden: volumes die gietwerk en warmtebehandeling kosteneffectiever maken, alsook flexibiliteit om order volumes zo laag als één onderdeel aan te pakken. Het verkort ook drastisch levertijden voor klanten, van 20 weken tot drie. Rozow zegt dat flex lot sizing en kortere levertijden Mach Medical's klanten in staat stellen hun magazijnvoorraad te reduceren. "Ze kunnen aanvullen op een kortere cyclus, en hoeven die outliers niet zo vaak te bestellen," legt hij uit.

Automatiseren van Enkele-Stuk Workflow

Aangezien Mach Medical's strategie berust op het snel leveren van onderdelen aan klanten, is automatisering en lights-out bewerken de sleutel. Echter, elk automatiseringssysteem dat het bedrijf implementeert, moet in staat zijn om productie van kleinere batches onderdelen te hanteren zodat klanten (of zichzelf) niet worden overladen met voorraad. "We kunnen een economische ordergrootte van 20 of 50 femora die allemaal dezelfde SKU zijn instellen en dat de hele dag automatiseren. Dat is redelijk straight forward," zegt Rozow. "Maar wanneer u op laadt met één van SKU X, vijf van SKU Y en drie van SKU Z, dat is waar de achter-de-schermen software voordelen van Flexxbotics in spel komen omdat het enkel-stuk stroom accommodeert."

Mach Medical's Flexxbotics cel automatiseert de initiële verwerking van de gedeeltelijk afgewerkte implantaten in eindproducten – finale bewerking, inspectie en een reinigingsproces. Met Mach Medical's varierende en potentieel kleine lotgroottes, had het bedrijf verzekering nodig dat de cel het juiste onderdeel greep en de bijbehorende programma's voor dat onderdeel laadde. "We moeten beschermen tegen onze machine en CMM crashen," zegt Rozow. Flexxbotics biedt een platform dat alle componenten van de cel in staat stelt om met elkaar te communiceren, inclusief een visiesysteem. Een Universal Robots cobot pakt een onderdeel van een staging rek en brengt het naar het visiesysteem, wat via een code op het onderdeel bevestigt dat de werktuigmachine de juiste tools en programma heeft. Na bewerken op een Okuma vijf-as machine, brengt de robot het onderdeel naar een ultrasoon reinigingsstation voor in-process reiniging. Dan brengt de robot het onderdeel terug naar het visiesysteem, wat de arboor gebruikt om het onderdeel te bevestigen voordat het naar de CMM voor inspectie gaat. Als de CMM een non-conformiteit detecteert, verplaatst het dat onderdeel naar een van de zes plekken op een staging rek gewijd aan non-conformerende onderdelen. Als dat gebied vol loopt, stopt de cel en notificeert een operator. Zes slots voor non-conformerende onderdelen lijkt misschien niet veel, maar Rozow ziet dit eigenlijk als overkill gegeven het bedrijfs non-conformiteitspercentage minder dan 1% is.

Ondanks de grote variëteit aan SKU's die over de cel lopen, heeft Mach Medical andere componenten in de cel gestandaardiseerd. "De robot is tamelijk agnostisch voor wat we er in brengen, door de gestandaardiseerde tooling," zegt Rozow. De onderdelen worden vastgehouden op vastzetting met een gemeenschappelijke interface die de robot gebruikt om ze door de cel te bewegen.

Standaardisatie strekt zich ook uit tot snijgereedschap, hoewel Rozow zegt dat dit lastiger is. Het bedrijf begint met een gestandaardiseerd toolingpakket voor de werktuigmachine, maar heeft occasioneel gespecialiseerd tooling nodig voor complexe features. Omdat tooling zo'n kostenstuurende factor is, werkt Mach Medical continu aan het optimaliseren van toollevensduur. Het gebruikt Pareto-analyse op handmatig verzamelde toollevensduurdata om de volgende prioriteit voor optimalisatie te bepalen. Flexxbotics verhoogt ook toollevensduur, houdt deelkwaliteit consistent en reduceert schroot door gesloten-lus aanpassing van snijparameters gebaseerd op inspectiedata van de CMM. "Als we toolslijtage hebben of dat soort dingen, wordt het in real-time aangepast," zegt hij.

Mach Medical werkt nog aan het bewijzen en stabiliseren van zijn proces voordat het onbeheerde bewerken uitbreidt. Op dit moment is de cel ingesteld om 36 uur te draaien, maar het bedrijf plant een groter shelving systeem in te richten dat het in staat stelt om langere reeksen te draaien. "Het andere wat we doen is we voegen nog een machine toe," zegt Rozow. "Zodra we dat vertrouwen hebben, schuiven we een machine over." Een derde machine kan in de toekomst ook aan de cel worden toegevoegd. Het bedrijf plant ook automatisering in meer upstream processen te implementeren, zoals de productie van gedeeltelijk afgewerkte implantaten.

Niet alleen stelt deze cel flex lot sizing in, maar het helpt Mach Medical ook om strakke toleranties herhaalbaar te houden. Volgens Rozow staan klanten doorgaans een 1-mm tolerantie toe, maar het bedrijf gebruikt minder dan 25% daarvan. Hij gelooft dat het bedrijf waarschijnlijk slechts voorop loopt op de curve met deze toleranties, en naarmate chirurgen overschakelen van handmatige naar meer nauwkeurige en consistente robotische botpreparatie, zullen toleranties voor implantaten strenger moeten worden.

Schouders, Knieën en Tenen

Mach Medical focust initieel op knie- en enkelimplantaten, maar plant dit productiemodel uit te breiden naar andere typen implantaten, zoals heupen, wervelkolomcomponenten of zelfs tibia's, die Rozow zegt in nog meer varianten komen dan andere typen implantaten en waarschijnlijk extreem lage hoeveelheden of enkel-stuk orders zullen vereisen.

De Flexxbotics cel is een stap richting Mach Medical's uiteindelijke doel van het creëren van een just-in-time productiemodel voor orthopedische implantaten. "We kunnen een order binnenkrijgen en het binnen drie weken leveren. Nou, dat is meestal binnen het operatieschema-venster voor een patiënt," wijst Anderson wijst. Verdere vooruitgang in pre-operatieve planningssoftware zou artsen of artsassistenten in staat stellen te bepalen welke maat implantaten de patiënt waarschijnlijk nodig heeft, zodat Mach Medical die onderdelen kan maken en naar het ziekenhuis kan sturen op tijd voor de operatie. Zelfs als de fabrikant meerdere implantaten verstuurt (verschillende maatopties of duplicaten voor het geval van contaminatie, bijvoorbeeld), gelooft Anderson dat dit implantaatbedrijen in staat kan stellen hun voorraden met 85% te reduceren. "Dat is honderden miljoenen dollars per jaar in besparing," zegt hij.