Revolucionando os implantes ortopédicos:fluxos de trabalho automatizados de peça única reduzem custos

As empresas de implantes ortopédicos enfrentam muitos desafios, mas um dos maiores é o gerenciamento de estoques. Essas empresas (e as empresas que fabricam os produtos que vendem) devem saber como produzir uma ampla variedade de tipos, variantes e tamanhos de implantes de maneira econômica e, em seguida, gerenciar esse estoque à medida que ele se move entre armazéns e hospitais. Isso equivale a altos requisitos de estoque que podem esgotar os recursos de uma empresa.

Mach Medical é um fabricante contratado de implantes ortopédicos que foi fundado para enfrentar alguns dos desafios enfrentados pelos OEMs de implantes ortopédicos, incluindo estoque, usando fabricação e automação avançadas.

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Controle de estoque

Pela natureza do seu trabalho, as empresas de implantes ortopédicos geralmente possuem 12 meses de estoque para atender os clientes, explica Dave Anderson, cofundador e líder de desenvolvimento de negócios da Mach Medical. “Um produto é usado em cirurgia e o hospital precisa de reposição imediata, ou pode precisar de seis do mesmo tamanho na prateleira caso tenham dois, três ou quatro pacientes empilhados naquele dia que vão precisar de uma joelhada para o lado esquerdo no tamanho 5.”

Para complicar ainda mais a situação, o inventário está sempre em movimento. De acordo com o cofundador e gerente geral da Mach Medical, Steve Rozow, os implantes ortopédicos são como sapatos – eles vêm em vários tipos e tamanhos. Quando as pessoas querem um novo par de sapatos, elas podem ir a uma loja de calçados, que vende cada estilo de sapato em vários tamanhos para os clientes experimentarem. Mas os pacientes que precisam de implantes ortopédicos não podem ir a uma loja para experimentar implantes diferentes. A loja (ou um subconjunto predeterminado dela) precisa chegar ao paciente na sala de cirurgia do hospital. Os cirurgiões têm uma ideia do tamanho do implante que um paciente precisará antes da cirurgia, mas muitas vezes têm várias opções disponíveis na sala de cirurgia para que possam escolher o melhor ajuste no momento da operação, ou duplicatas caso um implante seja contaminado. Em seguida, o estoque não utilizado é devolvido e o estoque usado é reabastecido. “Esse estoque está em constante movimentação e apoiando cirurgias, ou talvez alojado em um hospital, se o hospital for de alto volume”, diz ele. Pelo menos 50% do estoque do fabricante está em um hospital ou em trânsito a qualquer momento. “Para que os fabricantes de produtos ortopédicos adquiram clientes, muitas vezes, eles precisam adicionar essa pegada de estoque para atender esses clientes”, continua ele.

Os desafios de fabricar famílias de peças tornam o gerenciamento de estoques ainda mais complexo. “Existem quantidades mínimas de pedidos associadas à fabricação que são determinadas em grande parte pelo tempo de configuração da máquina”, diz Anderson. "Digamos que você leve oito horas para configurar uma máquina para operar um SKU. Você deseja operar o máximo possível dessas peças para obter um custo por unidade decente antes de desmontar a máquina." Mas certos SKUs são usados ​​com mais frequência do que outros. Para tamanhos que estão nas extremidades maiores e menores da curva em forma de sino dos tamanhos humanos, se um fabricante estiver “fazendo 20 ou 50 de um SKU individual, isso pode equivaler a cinco a 10 anos de estoque”, explica ele. "Isso vai sentar."

Começando com a padronização

Uma maneira pela qual a Mach Medical enfrenta esses desafios é padronizando ao máximo os processos de produção. Por exemplo, em vez de adquirir peças fundidas diferentes para implantes e tamanhos diferentes, a empresa começa com uma peça fundida mais genérica para cada tipo de implante. “Praticamente não há desenvolvimento de ferramentas e elas já estão prontas para uso”, diz Rozow. Embora isso possa significar que os implantes passam mais tempo na máquina e precisam de mais material removido do que uma fundição mais personalizada, vale a pena compensar a flexibilidade. “Se houver uma mudança de design, ou se o cliente quiser ajustar algumas coisas aqui e ali, geralmente é uma mudança de programa bastante simples”, continua ele. “Para acomodar isso, não precisamos fazer trocas de ferramentas, que é onde os custos maiores se somam.” Ele acrescenta que, à medida que os clientes aumentam a produção de implantes, a Mach Medical pode mudar para uma fundição personalizada que é mais eficiente de usinar e mais econômica.

Assim como a Mach Medical deseja reduzir o estoque de produtos finais para seus clientes, ela também trabalha para manter enxuto seu próprio estoque de peças fundidas e outras matérias-primas. “Tendemos a manter estoques bastante baixos e temos acordos com essas empresas para que isso nos seja repassado de maneira bastante rígida, do tipo JIT”, diz Rozow. Suas instalações em Columbia City, Indiana, estão próximas o suficiente de seus fornecedores de matérias-primas e peças fundidas para que eles possam fazer “milk runs” duas vezes por semana para entregar o material que a Mach Medical precisa por alguns dias de cada vez.

A matéria-prima passa por um processo inicial de produção. Rozow diz que isso normalmente inclui dois processos de usinagem:inspeção, limpeza e revestimento (o que acontece na Sites Medical, empresa irmã co-localizada da Mach Medical). Neste ponto, o implante ortopédico começa a tomar forma, mas ainda está incompleto. A partir deste ponto, a empresa pode transformar as peças em múltiplos SKUs, como tamanhos diferentes ou versões direita e esquerda. Depois, à medida que os clientes fazem os pedidos, a Mach Medical completa os implantes por meio de operações finais de usinagem, onde são cortados no tamanho e formato corretos, um processo de limpeza, inspeção, processos de acabamento e, em seguida, uma limpeza final.

Este sistema de “dimensionamento flexível de lotes” dá à Mach Medical o melhor dos dois mundos:volumes que podem tornar a fundição e o tratamento térmico mais econômicos, bem como flexibilidade para lidar com volumes de pedidos tão baixos quanto uma peça. Também reduz drasticamente os prazos de entrega dos clientes, de 20 para três semanas. Rozow afirma que o dimensionamento flexível dos lotes e os prazos de entrega mais curtos permitem que os clientes da Mach Medical reduzam o estoque do seu armazém. “Eles podem reabastecer em um ciclo mais curto e não precisam pedir tanto esses valores discrepantes”, explica ele.

Automação do fluxo de trabalho de peça única

Como a estratégia da Mach Medical depende do fornecimento rápido de peças aos clientes, a automação e a usinagem sem luzes são fundamentais. No entanto, qualquer sistema de automação que a empresa implemente precisa ser capaz de lidar com a produção de lotes menores de peças para não sobrecarregar os clientes (ou a si mesma) com estoque. "Podemos configurar um tamanho de pedido econômico de 20 ou 50 fêmures que sejam todos do mesmo SKU e automatizar isso o dia todo. Isso é bastante simples", diz Rozow. “Mas quando você carrega um SKU X, cinco SKU Y e três SKU Z, é aí que a vantagem do software de bastidores da Flexxbotics entra em ação, pois acomoda o fluxo de peça única.”

A célula Flexxbotics da Mach Medical automatiza o processamento inicial dos implantes parcialmente acabados em produtos finais – usinagem final, inspeção e processo de limpeza. Com os tamanhos de lote variados e potencialmente pequenos da Mach Medical, a empresa precisava de garantia de que a célula estava pegando a peça correta e carregando os programas correspondentes para essa peça. “Temos que nos proteger contra falhas da nossa máquina e da CMM”, diz Rozow. Flexxbotics fornece uma plataforma que permite que todos os componentes da célula se comuniquem entre si, incluindo um sistema de visão. Um cobot da Universal Robots pega uma peça de um rack de preparação e a leva ao sistema de visão, que confirma por meio de um código na peça que a máquina-ferramenta possui as ferramentas e o programa corretos. Após a usinagem em uma máquina Okuma de cinco eixos, o robô leva a peça a uma estação de limpeza ultrassônica para limpeza durante o processo. Em seguida, o robô traz a peça de volta ao sistema de visão, que usa o mandril para confirmar a peça antes de movê-la para a CMM para inspeção. Se o CMM detectar uma não conformidade, ele moverá essa peça para um dos seis locais em um rack de preparação dedicado às peças não conformes. Se essa área ficar cheia, a célula desliga e notifica um operador. Seis slots para peças não conformes podem não parecer muito, mas Rozow realmente vê isso como um exagero, já que a taxa de não conformidade da empresa é inferior a 1%.

Apesar da grande variedade de SKUs que percorrem a célula, a Mach Medical padronizou outros componentes na célula. “O robô é bastante agnóstico em relação a tudo o que trazemos para lá, por causa das ferramentas padronizadas”, diz Rozow. As peças são fixadas em acessórios com uma interface comum que o robô usa para movê-las pela célula.

A padronização também se estende às ferramentas de corte, embora Rozow diga que isso é mais complicado. A empresa começa com um pacote de ferramentas padronizado para a máquina-ferramenta, mas ocasionalmente precisa adicionar ferramentas especializadas para recursos complexos. Como as ferramentas são um fator determinante de custos, a Mach Medical trabalha continuamente para otimizar a vida útil das ferramentas. Ele usa análise de Pareto em dados de vida útil da ferramenta coletados manualmente para determinar a próxima prioridade de otimização. A Flexxbotics também aumenta a vida útil da ferramenta, mantém a qualidade da peça consistente e reduz o desperdício, facilitando o ajuste em circuito fechado dos parâmetros de corte com base nos dados de inspeção da CMM. “Se houver desgaste de ferramenta ou algo assim, ele será ajustado em tempo real”, diz ele.

A Mach Medical ainda está trabalhando para testar e estabilizar seu processo antes de expandir a usinagem autônoma. No momento, a célula está configurada para funcionar por 36 horas, mas a empresa planeja montar um sistema de estantes maiores que permitirá que ela funcione por períodos mais longos. “A outra coisa que faremos é adicionar outra máquina”, diz Rozow. “Assim que tivermos essa confiança, deslizaremos uma máquina.” Uma terceira máquina também poderá ser adicionada à célula no futuro. A empresa também planeja implementar a automação em processos mais upstream, como a produção de implantes parcialmente acabados.

Esta célula não apenas permite o dimensionamento flexível do lote, mas também ajuda a Mach Medical a manter tolerâncias rígidas repetidamente. Segundo Rozow, os clientes geralmente permitem uma tolerância de 1 mm, mas a empresa utiliza menos de 25% disso. Ele acredita que a empresa provavelmente está apenas à frente da curva com essas tolerâncias e, à medida que os cirurgiões mudam da preparação óssea manual para uma preparação óssea robótica mais precisa e consistente, as tolerâncias para implantes precisarão ser reforçadas.

Ombros, Joelhos e Dedos dos Pés

A Mach Medical está inicialmente focada em implantes de joelho e tornozelo, mas planeja estender esse modelo de produção a outros tipos de implantes, como quadris, componentes de coluna ou mesmo tíbias, que, segundo Rozow, vêm em ainda mais variantes do que outros tipos de implantes e provavelmente exigiriam quantidades extremamente baixas ou pedidos de peças únicas.

A célula Flexxbotics é um passo em direção ao objetivo final da Mach Medical de criar um modelo de produção just-in-time para implantes ortopédicos. "Podemos receber um pedido e entregá-lo em três semanas. Bem, isso geralmente ocorre dentro do prazo de agendamento da cirurgia para um paciente", ressalta Anderson. Avanços adicionais no software de planejamento pré-operatório permitiriam aos médicos ou assistentes médicos determinar o tamanho dos implantes que o paciente provavelmente precisará, para que a Mach Medical possa fabricar essas peças e enviá-las ao hospital a tempo para a cirurgia. Mesmo que o fabricante envie vários implantes (várias opções de tamanhos diferentes ou duplicatas em caso de contaminação, por exemplo), Anderson acredita que isso poderia permitir que as empresas de implantes reduzissem seus estoques em 85%. “São centenas de milhões de dólares em poupanças por ano”, diz ele.