Een revolutie in orthopedische implantaten:geautomatiseerde workflows uit één stuk verlagen de kosten

Bedrijven op het gebied van orthopedische implantaten worden met veel uitdagingen geconfronteerd, maar een van de grootste is voorraadbeheer. Deze bedrijven (en de bedrijven die de producten produceren die ze verkopen) moeten uitzoeken hoe ze op een kosteneffectieve manier een breed scala aan implantaattypen, varianten en maten kunnen produceren, en vervolgens die inventaris beheren terwijl deze heen en weer beweegt tussen magazijnen en ziekenhuizen. Dit komt neer op hoge voorraadvereisten die de middelen van een bedrijf kunnen uitputten.

Mach Medical is een contractfabrikant voor orthopedische implantaten die is opgericht om enkele van de uitdagingen aan te pakken waarmee OEM's van orthopedische implantaten worden geconfronteerd, inclusief inventarisatie, met behulp van geavanceerde productie en automatisering.

Aanbevolen inhoud

Voorraadbeheer

Door de aard van hun werk hebben orthopedische implantaatbedrijven over het algemeen twaalf maanden voorraad om klanten te bedienen, legt Dave Anderson uit, medeoprichter en leider op het gebied van bedrijfsontwikkeling bij Mach Medical. “Een product wordt gebruikt tijdens operaties en het ziekenhuis heeft meteen aanvulling nodig, of misschien hebben ze er zes van dezelfde maat op de plank nodig voor het geval ze die dag twee, drie of vier patiënten hebben die allemaal een knie nodig hebben aan de linkerkant in maat 5.”

Wat de zaken nog ingewikkelder maakt, is dat de inventaris altijd in beweging is. Volgens Steve Rozow, medeoprichter en algemeen directeur van Mach Medical, lijken orthopedische implantaten op schoenen:ze zijn er in verschillende soorten en maten. Als mensen een nieuw paar schoenen willen, gaan ze misschien naar een schoenenwinkel, die elke schoenstijl in meerdere maten op voorraad heeft, zodat klanten deze kunnen passen. Maar patiënten die orthopedische implantaten nodig hebben, kunnen niet naar een winkel gaan om verschillende implantaten te proberen. De winkel (of een vooraf bepaald deel ervan) moet naar de patiënt in de operatiekamer van het ziekenhuis komen. Chirurgen hebben een idee van de maat implantaat die een patiënt nodig heeft vóór de operatie, maar ze hebben vaak meerdere opties beschikbaar in de operatiekamer, zodat ze de beste pasvorm kunnen kiezen op het moment van de operatie, of duplicaten voor het geval een implantaat besmet raakt. Vervolgens wordt ongebruikte voorraad teruggestuurd en wordt de gebruikte voorraad aangevuld. "Die inventaris is voortdurend in beweging en ondersteunt operaties, of kampeert misschien in een ziekenhuis, als het ziekenhuis een groot ziekenhuis is", zegt hij. Ten minste 50% van de voorraad van de fabrikant bevindt zich op een bepaald moment in een ziekenhuis of onderweg. “Als orthopedische fabrikanten klanten willen toevoegen, moeten ze vaak die voorraadvoetafdruk toevoegen om die klanten te kunnen bedienen”, vervolgt hij.

De uitdagingen bij het vervaardigen van onderdelenfamilies maken voorraadbeheer nog complexer. “Er zijn minimale bestelhoeveelheden verbonden aan de productie die grotendeels worden bepaald door de insteltijd van de machine”, zegt Anderson. "Stel dat je acht uur nodig hebt om een ​​machine in te stellen voor één SKU. Je wilt zoveel mogelijk van die onderdelen gebruiken, zodat je een fatsoenlijke prijs per eenheid krijgt voordat je de machine afbreekt." Maar bepaalde SKU's worden vaker gebruikt dan andere. Voor maten die zich aan de grotere en kleinere uiteinden van de menselijke maat bevinden, als een fabrikant “20 of 50 van een individuele SKU maakt, kan dat een voorraad van vijf tot tien jaar zijn”, legt hij uit. “Dat gaat zitten.”

Beginnen met standaardisatie

Eén manier waarop Mach Medical deze uitdagingen aanpakt, is door productieprocessen zoveel mogelijk te standaardiseren. In plaats van bijvoorbeeld verschillende gietstukken voor verschillende implantaten en maten aan te schaffen, begint het bedrijf met een meer generiek gietstuk voor elk implantaattype. "Er wordt vrijwel geen gereedschap ontwikkeld en het is gewoon kant-en-klaar verkrijgbaar", zegt Rozow. Hoewel dit zou kunnen betekenen dat implantaten meer tijd aan de machine besteden en meer materiaal moeten verwijderen dan een meer op maat gemaakt gietstuk, is de flexibiliteit de moeite waard. “Als er een ontwerpwijziging plaatsvindt, of als de klant hier en daar wat wil aanpassen, gaat het meestal om een ​​vrij eenvoudige programmawijziging”, vervolgt hij. "Om hieraan tegemoet te komen, hoeven we geen gereedschapswijzigingen door te voeren, en dat is waar de kosten hoger oplopen." Hij voegt eraan toe dat Mach Medical, naarmate klanten de productie van implantaten opschalen, kan overstappen op een op maat gemaakt gietstuk dat machinaal efficiënter en kosteneffectiever is.

Net zoals Mach Medical de voorraad eindproducten voor zijn klanten wil verminderen, probeert Mach Medical ook zijn eigen voorraad gietstukken en andere grondstoffen laag te houden. "We hebben de neiging om vrij lage voorraden daarvan aan te houden en hebben afspraken met die bedrijven om die op een vrij krappe, JIT-achtige basis naar ons te laten stromen", zegt Rozow. De fabriek in Columbia City, Indiana, ligt zo dicht bij de leveranciers van grondstoffen en gietstukken dat ze twee keer per week 'melkruns' kunnen doen om het materiaal dat Mach Medical voor een paar dagen achter elkaar nodig heeft, af te leveren.

De grondstof doorloopt een eerste productieproces. Rozow zegt dat dit doorgaans twee bewerkingsprocessen omvat:inspectie, reiniging en coating (wat gebeurt bij Sites Medical, het zusterbedrijf van Mach Medical). Op dit punt begint het orthopedische implantaat vorm te krijgen, maar het is nog steeds niet compleet. Vanaf dit punt kan het bedrijf de onderdelen omzetten in meerdere SKU's, zoals verschillende maten of rechter- en linkerversies. Vervolgens, terwijl klanten bestellingen plaatsen, voltooit Mach Medical de implantaten via eindbewerkingen waarbij ze in de juiste maat en vorm worden gesneden, een reinigingsproces, inspectie, afwerkingsprocessen en vervolgens een eindschoonmaak.

Dit “flex lot sizing”-systeem geeft Mach Medical het beste van twee werelden:volumes die gieten en warmtebehandeling kosteneffectiever kunnen maken, evenals flexibiliteit om ordervolumes vanaf één onderdeel te verwerken. Het verkort ook de doorlooptijden voor klanten drastisch, van twintig naar drie weken. Rozow zegt dat flexibele partijafmetingen en kortere doorlooptijden de klanten van Mach Medical in staat stellen hun magazijnvoorraad te verminderen. "Ze kunnen in een kortere cyclus aanvullen en hoeven die uitschieters niet zo vaak te bestellen", legt hij uit.

Het automatiseren van de workflow uit één stuk

Omdat de strategie van Mach Medical erop gericht is onderdelen snel bij de klant te krijgen, zijn automatisering en ‘lights-out’-bewerking van cruciaal belang. Elk automatiseringssysteem dat het bedrijf implementeert, moet echter in staat zijn om de productie van kleinere batches onderdelen aan te kunnen, om klanten (of zichzelf) niet te overweldigen met voorraad. "We kunnen een economische ordergrootte van 20 of 50 dijbenen instellen die allemaal dezelfde SKU hebben en dat de hele dag door automatiseren. Dat is vrij eenvoudig", zegt Rozow. “Maar als je één van SKU X, vijf van SKU Y en drie van SKU Z laadt, komt het softwarevoordeel achter de schermen van Flexxbotics in het spel, omdat het de stroom uit één stuk mogelijk maakt.”

De Flexxbotics-cel van Mach Medical automatiseert de initiële verwerking van de gedeeltelijk voltooide implantaten tot eindproducten:eindbewerking, inspectie en een reinigingsproces. Met de variërende en potentieel kleine seriegroottes van Mach Medical had het bedrijf zekerheid nodig dat de cel het juiste onderdeel pakte en de bijbehorende programma's voor dat onderdeel laadde. “We moeten ons beschermen tegen het crashen van onze machine en CMM”, zegt Rozow. Flexxbotics biedt een platform waarmee alle componenten van de cel met elkaar kunnen communiceren, inclusief een visiesysteem. Een cobot van Universal Robots pakt een onderdeel van een stellage en brengt dit naar het visionsysteem, dat via een code op het onderdeel bevestigt dat de machine over het juiste gereedschap en programma beschikt. Na de bewerking op een Okuma vijfassige machine brengt de robot het onderdeel naar een ultrasoon reinigingsstation voor reiniging tijdens het proces. Vervolgens brengt de robot het onderdeel terug naar het visionsysteem, dat de doorn gebruikt om het onderdeel te bevestigen voordat het voor inspectie naar de CMM wordt verplaatst. Als de CMM een non-conformiteit detecteert, verplaatst hij dat onderdeel naar een van de zes plekken op een verzamelrek speciaal voor non-conforme onderdelen. Als dat gebied vol raakt, wordt de cel uitgeschakeld en wordt een operator op de hoogte gesteld. Zes plaatsen voor niet-conforme onderdelen lijkt misschien niet veel, maar Rozow beschouwt dit eigenlijk als overdreven, aangezien het niet-conformiteitspercentage van het bedrijf minder dan 1% bedraagt.

Ondanks de grote verscheidenheid aan SKU's die door de cel lopen, heeft Mach Medical andere componenten in de cel gestandaardiseerd. "De robot is behoorlijk agnostisch voor alles wat we daar binnenbrengen, vanwege de gestandaardiseerde gereedschappen", zegt Rozow. De onderdelen worden vastgehouden op armaturen met een gemeenschappelijke interface die de robot gebruikt om ze door de cel te verplaatsen.

Standaardisatie strekt zich ook uit tot snijgereedschappen, hoewel Rozow zegt dat dit lastiger is. Het bedrijf begint met een gestandaardiseerd gereedschapspakket voor de werktuigmachine, maar moet af en toe gespecialiseerd gereedschap toevoegen voor complexe kenmerken. Omdat gereedschap zo'n kostenverhogende factor is, werkt Mach Medical voortdurend aan het optimaliseren van de standtijd. Het maakt gebruik van Pareto-analyse op handmatig verzamelde standtijdgegevens om de volgende prioriteit voor optimalisatie te bepalen. Flexxbotics verlengt ook de standtijd van het gereedschap, houdt de kwaliteit van de onderdelen consistent en vermindert uitval door het mogelijk maken van gesloten aanpassing van snijparameters op basis van inspectiegegevens van de CMM. "Als er sprake is van gereedschapslijtage of iets dergelijks, wordt dit in realtime aangepast", zegt hij.

Mach Medical werkt nog steeds aan het testen en stabiliseren van zijn proces voordat het onbewaakte machinale bewerkingen gaat uitbreiden. Op dit moment is de cel zo ingesteld dat deze 36 uur kan werken, maar het bedrijf is van plan een groter rekkensysteem op te zetten waardoor hij langer kan werken. "Het andere dat we zullen doen is er nog een machine aan toevoegen", zegt Rozow. “Zodra we dat vertrouwen hebben, schuiven we een machine omver.” In de toekomst zou er ook een derde machine aan de cel kunnen worden toegevoegd. Het bedrijf is ook van plan automatisering te implementeren in meer upstream-processen, zoals de productie van gedeeltelijk voltooide implantaten.

Deze cel maakt niet alleen flexibele maatvoering van batches mogelijk, maar helpt Mach Medical ook om herhaaldelijk nauwe toleranties aan te houden. Volgens Rozow houden klanten over het algemeen rekening met een tolerantie van 1 mm, maar gebruikt het bedrijf daarvan minder dan 25%. Hij is echter van mening dat het bedrijf met deze toleranties waarschijnlijk alleen maar voorop loopt. Naarmate chirurgen overstappen van handmatige naar nauwkeurigere en consistentere botvoorbereiding met robots, zullen de toleranties voor implantaten moeten worden aangescherpt.

Schouders, knieën en tenen

Mach Medical richt zich in eerste instantie op knie- en enkelimplantaten, maar is van plan dit productiemodel uit te breiden naar andere soorten implantaten, zoals heupen, wervelkolomcomponenten of zelfs tibias, waarvan Rozow zegt dat ze in nog meer varianten bestaan dan andere soorten implantaten en waarvoor waarschijnlijk extreem lage aantallen of bestellingen uit één stuk nodig zijn.

De Flexxbotics-cel is een stap in de richting van het uiteindelijke doel van Mach Medical:het creëren van een just-in-time productiemodel voor orthopedische implantaten. "We kunnen een bestelling aannemen en deze binnen drie weken leveren. Nou ja, dat valt meestal binnen de operatieplanning voor een patiënt", benadrukt Anderson. Verdere verbeteringen in de pre-operatieve planningssoftware zouden artsen of arts-assistenten in staat stellen te bepalen welke maat implantaten de patiënt waarschijnlijk nodig zal hebben, zodat Mach Medical die onderdelen kan maken en ze op tijd voor de operatie naar het ziekenhuis kan sturen. Zelfs als de fabrikant meerdere implantaten verzendt (bijvoorbeeld verschillende maten of duplicaten in geval van besmetting), denkt Anderson dat dit implantaatbedrijven in staat zou kunnen stellen hun voorraden met 85% te verminderen. “Dat zijn honderden miljoenen dollars per jaar aan besparingen”, zegt hij.