Révolutionner les implants orthopédiques :les flux de travail automatisés d'une seule pièce réduisent les coûts

Les entreprises d’implants orthopédiques sont confrontées à de nombreux défis, mais l’un des plus importants est la gestion des stocks. Ces entreprises (et les entreprises qui fabriquent les produits qu'elles vendent) doivent déterminer comment produire une large gamme de types, de variantes et de tailles d'implants de manière rentable, puis gérer cet inventaire lors de ses déplacements entre les entrepôts et les hôpitaux. Cela équivaut à des besoins de stocks élevés qui peuvent épuiser les ressources d'une entreprise.

Mach Medical est un fabricant sous contrat d'implants orthopédiques qui a été fondé pour relever certains des défis auxquels sont confrontés les équipementiers d'implants orthopédiques, notamment les stocks, en utilisant une fabrication et une automatisation avancées.

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Contrôle des stocks

De par la nature de leur travail, les sociétés d'implants orthopédiques disposent généralement de 12 mois de stock pour servir leurs clients, explique Dave Anderson, co-fondateur et responsable du développement commercial chez Mach Medical. "Un produit est utilisé en chirurgie et l'hôpital a besoin d'être réapprovisionné immédiatement, ou ils peuvent en avoir besoin de six de la même taille sur l'étagère au cas où ils auraient deux, trois ou quatre patients empilés ce jour-là qui auront tous besoin d'un genou pour le côté gauche en taille 5."

Ce qui complique encore les choses, c'est que l'inventaire est toujours en mouvement. Selon Steve Rozow, cofondateur et directeur général de Mach Medical, les implants orthopédiques sont un peu comme des chaussures :ils sont disponibles en plusieurs types et tailles. Lorsque les gens veulent une nouvelle paire de chaussures, ils peuvent se rendre dans un magasin de chaussures, qui propose chaque style de chaussure en plusieurs tailles pour que les clients puissent les essayer. Mais les patients qui ont besoin d’implants orthopédiques ne peuvent pas se rendre dans un magasin pour essayer différents implants. Le magasin (ou un sous-ensemble prédéterminé de celui-ci) doit se rendre chez le patient dans la salle d’opération de l’hôpital. Les chirurgiens ont une idée de la taille d'implant dont un patient aura besoin avant l'intervention chirurgicale, mais ils disposent souvent de plusieurs options en salle d'opération afin de pouvoir choisir le meilleur ajustement au moment de l'opération, ou des doubles au cas où un implant serait contaminé. Ensuite, le stock inutilisé est renvoyé et le stock utilisé est réapprovisionné. «Cet inventaire est constamment en mouvement et sert aux opérations chirurgicales, ou peut-être campé dans un hôpital, si l'hôpital est un hôpital à volume élevé», dit-il. Au moins 50 % des stocks du fabricant se trouvent soit dans un hôpital, soit en transit à un moment donné. "Pour que les fabricants d'appareils orthopédiques puissent ajouter des clients, ils doivent souvent ajouter cette empreinte de stock afin de servir ces clients", poursuit-il.

Les enjeux de fabrication de familles de pièces rendent la gestion des stocks encore plus complexe. « Il existe des quantités minimales de commande associées à la fabrication qui dépendent en grande partie du temps de configuration de la machine », explique Anderson. "Disons que vous prenez huit heures pour configurer une machine afin d'exécuter un SKU. Vous souhaitez exécuter autant de pièces que possible afin d'obtenir un coût unitaire décent avant de démolir la machine. " Mais certains SKU sont utilisés plus souvent que d’autres. Pour les tailles qui se situent aux extrémités les plus grandes et les plus petites de la courbe en cloche des tailles humaines, si un fabricant « fabrique 20 ou 50 unités d’un SKU individuel, cela peut représenter cinq à dix ans de stock », explique-t-il. "Ça va rester."

Commencer par la normalisation

Mach Medical relève ces défis en standardisant autant que possible les processus de production. Par exemple, au lieu de se procurer différents moulages pour différents implants et tailles, l'entreprise commence par un moulage plus générique pour chaque type d'implant. « Il n'y a pratiquement aucun développement d'outils, et ils sont simplement disponibles dans le commerce », explique Rozow. Bien que cela puisse signifier que les implants passent plus de temps sur la machine et nécessitent plus de matière retirée qu'un moulage plus personnalisé, la flexibilité en vaut la peine. « S'il y a un changement de conception ou si le client souhaite apporter des modifications ici et là, il s'agit généralement d'un changement de programme assez simple », poursuit-il. « Pour répondre à cela, nous n'avons pas besoin de changements d'outillage, ce qui entraîne des coûts plus importants. » Il ajoute qu'à mesure que les clients augmentent la production d'implants, Mach Medical peut passer à un moulage sur mesure plus efficace à usiner et plus rentable.

Tout comme Mach Medical souhaite réduire les stocks de produits finaux pour ses clients, elle s’efforce également de maintenir au plus juste ses propres stocks de pièces moulées et d’autres matières premières. "Nous avons tendance à conserver des stocks assez bas sur ces produits et à conclure des accords avec ces entreprises pour nous les faire parvenir sur une base assez serrée, de type JIT", explique Rozow. Son usine de Columbia City, dans l'Indiana, est suffisamment proche de ses fournisseurs de matières premières et de pièces moulées pour qu'ils puissent effectuer des « courses de lait » deux fois par semaine pour déposer le matériel dont Mach Medical a besoin pendant quelques jours à la fois.

La matière première passe par un processus de production initial. Rozow explique que cela comprend généralement deux processus d'usinage :l'inspection, le nettoyage et le revêtement (qui se déroulent chez Sites Medical, la société sœur de Mach Medical). À ce stade, l’implant orthopédique commence à prendre forme mais est encore incomplet. À partir de ce moment, l’entreprise peut transformer les pièces en plusieurs SKU, par exemple en différentes tailles ou en versions droite et gauche. Ensuite, au fur et à mesure que les clients passent leurs commandes, Mach Medical termine les implants par des opérations d'usinage finales où ils sont coupés à la taille et à la forme correctes, un processus de nettoyage, une inspection, des processus de finition, puis un nettoyage final.

Ce système de « dimensionnement flexible des lots » offre à Mach Medical le meilleur des deux mondes :des volumes qui peuvent rendre le moulage et le traitement thermique plus rentables, ainsi que la flexibilité nécessaire pour gérer des volumes de commande aussi faibles qu'une seule pièce. Cela réduit également considérablement les délais de livraison pour les clients, de 20 semaines à trois. Rozow affirme que la taille flexible des lots et les délais de livraison plus courts permettent aux clients de Mach Medical de réduire leurs stocks en entrepôt. "Ils peuvent se réapprovisionner selon un cycle plus court et n'ont pas besoin de commander autant de produits aberrants", explique-t-il.

Automatisation du flux de travail monobloc

Comme la stratégie de Mach Medical repose sur la livraison rapide des pièces aux clients, l’automatisation et l’usinage sans lumière sont essentiels. Cependant, tout système d'automatisation mis en œuvre par l'entreprise doit être capable de gérer la production de plus petits lots de pièces afin de ne pas submerger les clients (ou elle-même) de stocks. "Nous pouvons établir une commande économique de 20 ou 50 fémurs ayant tous le même SKU et automatiser cela tout au long de la journée. C'est assez simple", explique Rozow. "Mais lorsque vous chargez un SKU X, cinq SKU Y et trois SKU Z, c'est là que l'avantage logiciel en coulisse de Flexxbotics entre en jeu, car il s'adapte au flux d'une seule pièce."

La cellule Flexxbotics de Mach Medical automatise le traitement initial des implants partiellement finis en produits finaux :usinage final, inspection et processus de nettoyage. Compte tenu des tailles de lots variables et potentiellement petites de Mach Medical, l'entreprise avait besoin de s'assurer que la cellule récupérait la bonne pièce et chargeait les programmes correspondants pour cette pièce. « Nous devons nous protéger contre les pannes de notre machine et de notre MMT », explique Rozow. Flexxbotics fournit une plateforme qui permet à tous les composants de la cellule de communiquer entre eux, y compris un système de vision. Un cobot Universal Robots récupère une pièce sur un support de préparation et l'amène au système de vision, qui confirme via un code sur la pièce que la machine-outil dispose des outils et du programme corrects. Après l'usinage sur une machine Okuma à cinq axes, le robot amène la pièce vers une station de nettoyage par ultrasons pour un nettoyage en cours. Ensuite, le robot ramène la pièce au système de vision, qui utilise l'arbre pour confirmer la pièce avant de la déplacer vers la MMT pour inspection. Si le CMM détecte une non-conformité, il déplace cette pièce vers l'un des six emplacements d'un rack intermédiaire dédié aux pièces non conformes. Si cette zone se remplit, la cellule s'arrête et informe un opérateur. Six emplacements pour les pièces non conformes peuvent ne pas sembler beaucoup, mais Rozow considère cela comme excessif étant donné que le taux de non-conformité de l'entreprise est inférieur à 1 %.

Malgré la grande variété de SKU présents dans la cellule, Mach Medical a standardisé d’autres composants de la cellule. "Le robot est assez agnostique par rapport à tout ce que nous y apportons, en raison de l'outillage standardisé", explique Rozow. Les pièces sont maintenues sur des supports avec une interface commune que le robot utilise pour les déplacer à travers la cellule.

La normalisation s'étend également aux outils de coupe, même si Rozow affirme que c'est plus délicat. L'entreprise commence avec un ensemble d'outils standardisés pour la machine-outil, mais doit occasionnellement ajouter des outils spécialisés pour des fonctionnalités complexes. L’outillage étant un facteur de coûts majeur, Mach Medical s’efforce en permanence d’optimiser la durée de vie des outils. Il utilise l'analyse Pareto sur les données de durée de vie des outils collectées manuellement pour déterminer la prochaine priorité d'optimisation. Flexxbotics augmente également la durée de vie des outils, maintient la qualité des pièces constante et réduit les rebuts en facilitant l'ajustement en boucle fermée des paramètres de coupe en fonction des données d'inspection de la MMT. "S'il y a une usure des outils ou ce genre de chose, cela s'ajuste en temps réel", dit-il.

Mach Medical travaille toujours à prouver et à stabiliser son processus avant de développer l'usinage sans surveillance. À l'heure actuelle, la cellule est conçue pour fonctionner pendant 36 heures, mais l'entreprise prévoit de mettre en place un système d'étagères plus grand qui lui permettra de fonctionner sur de plus longues périodes. « L'autre chose que nous ferons est d'ajouter une autre machine », déclare Rozow. "Une fois que nous aurons cette confiance, nous ferons glisser une machine." Une troisième machine pourrait également être ajoutée à la cellule dans le futur. L'entreprise prévoit également de mettre en œuvre l'automatisation de processus plus en amont, tels que la production d'implants partiellement finis.

Non seulement cette cellule permet un dimensionnement flexible des lots, mais elle aide également Mach Medical à maintenir des tolérances serrées de manière répétée. Selon Rozow, les clients autorisent généralement une tolérance de 1 mm, mais l'entreprise en utilise moins de 25 %. Il pense cependant que l'entreprise est probablement simplement en avance sur la courbe avec ces tolérances, et à mesure que les chirurgiens passent d'une préparation osseuse manuelle à une préparation robotique plus précise et cohérente, les tolérances pour les implants devront se resserrer.

Épaules, genoux et orteils

Mach Medical se concentre initialement sur les implants de genou et de cheville, mais prévoit d'étendre ce modèle de production à d'autres types d'implants, tels que les hanches, les composants de la colonne vertébrale ou même les tibias, qui, selon Rozow, se déclinent en encore plus de variantes que les autres types d'implants et nécessiteraient probablement des commandes en quantité extrêmement faible ou en une seule pièce.

La cellule Flexxbotics constitue une étape vers l’objectif ultime de Mach Medical :créer un modèle de production juste à temps pour les implants orthopédiques. "Nous pouvons prendre une commande et la livrer dans un délai de trois semaines. Eh bien, cela correspond généralement à la fenêtre de planification chirurgicale d'un patient", souligne Anderson. D'autres progrès dans le logiciel de planification préopératoire permettraient aux médecins ou aux assistants médicaux de déterminer la taille d'implants dont le patient est susceptible d'avoir besoin, afin que Mach Medical puisse fabriquer ces pièces et les expédier à l'hôpital à temps pour l'intervention chirurgicale. Même si le fabricant expédie plusieurs implants (plusieurs options de tailles différentes ou des doublons en cas de contamination par exemple), Anderson estime que cela pourrait permettre aux fabricants d'implants de réduire leurs stocks de 85 %. "Cela représente des centaines de millions de dollars d'économies par an", dit-il.