整形外科インプラントに革命を起こす:自動化された単一ピースのワークフローによりコストを削減

整形外科インプラント会社は多くの課題に直面していますが、最大の課題の 1 つは在庫管理です。これらの企業（および販売する製品を製造する企業）は、幅​​広い種類のインプラント、バリエーション、サイズをコスト効率よく生産する方法を模索し、倉庫と病院の間を行き来する在庫を管理する必要があります。これは、企業のリソースを枯渇させる可能性がある高い在庫要件に相当します。

Mach Medical は、整形外科用インプラントの受託製造業者であり、高度な製造と自動化を使用して、在庫などの整形外科用インプラント OEM が直面する課題の一部に対処するために設立されました。

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在庫管理

仕事の性質上、整形外科インプラント会社は通常、顧客にサービスを提供するために 12 か月分の在庫を抱えていると、Mach Medical の共同創設者で事業開発リーダーの Dave Anderson 氏は説明します。 「製品が手術で使用されると、病院はすぐに補充する必要があります。あるいは、その日に 2 人、3 人、または 4 人の患者が重なっていて、全員がサイズ 5 の左側の膝を必要とする場合に備えて、棚に同じサイズのものが 6 個必要になる場合もあります。」

さらに問題を複雑にしているのは、在庫が常に動いていることです。 Mach Medical の共同創設者兼ゼネラルマネージャーの Steve Rozow 氏によると、整形外科用インプラントは一種の靴のようなもので、複数の種類とサイズがあります。 新しい靴が欲しいとき、人々は靴店に行くかもしれません。靴店では、顧客が試着できるように各靴のスタイルを複数のサイズで取り揃えています。しかし、整形外科用インプラントが必要な患者は、店に行ってさまざまなインプラントを試すことはできません。店舗（または店舗の所定のサブセット）は、病院の手術室にいる患者のところに来る必要があります。外科医は手術前に患者に必要なインプラントのサイズを把握していますが、多くの場合、手術室には複数のオプションが用意されているため、手術時に最適なものを選択したり、インプラントが汚染された場合に備えて重複したものを選択したりできます。その後、未使用の在庫が返送され、使用済みの在庫が補充されます。 「その在庫は常に動き回って手術をサポートしています。あるいは、病院が患者数の多い病院であれば、病院内に保管されている可能性もあります」と彼は言います。常にメーカーの在庫の少なくとも 50% が病院にあるか、輸送中です。 「整形外科メーカーが顧客を追加するには、多くの場合、それらの顧客にサービスを提供するために在庫のフットプリントを追加する必要があります。」と彼は続けます。

部品ファミリーの製造における課題により、在庫管理がさらに複雑になっています。 「製造には最低注文数量があり、これは主に機械のセットアップ時間によって決まります」とアンダーソン氏は言います。 「1 つの SKU を実行するマシンのセットアップに 8 時間かかるとします。マシンを解体する前に、適切なユニットあたりのコストを得るために、できるだけ多くの部品を実行したいと考えます。」ただし、特定の SKU は他の SKU よりも頻繁に使用されます。人間のサイズの釣鐘曲線の大きい端と小さい端にあるサイズの場合、メーカーが「個別の SKU を 20 個または 50 個製造している場合、それは 5 ～ 10 年分の在庫になる可能性があります」と彼は説明します。 「それは座るつもりです。」

標準化から始める

マッハ メディカルがこれらの課題に取り組む方法の 1 つは、生産プロセスを可能な限り標準化することです。たとえば、同社は、インプラントやサイズごとに異なる鋳物を調達するのではなく、インプラントの種類ごとに、より一般的な鋳物から始めます。 「ツールの開発は事実上なく、既製のものです」と Rozow 氏は言います。これは、インプラントがより多くの時間を機械に費やし、よりカスタマイズされた鋳物よりも多くの材料を除去する必要があることを意味するかもしれませんが、柔軟性はトレードオフの価値があります。 「設計の変更があった場合、または顧客があちこちの調整を希望した場合、通常は非常に単純なプログラムの変更で済みます。」と彼は続けます。 「それに対応するために、ツールを変更する必要はありませんが、その分コストがかさみます。」同氏は、顧客がインプラント生産を拡大するにつれて、Mach Medical はより効率的に機械加工でき、よりコスト効率の高いカスタム鋳物に切り替えることができると付け加えました。

マッハ メディカル社は、顧客向けの最終製品の在庫を削減したいと考えているのと同様に、自社の鋳物やその他の原材料の在庫を無駄にしないように努めています。 「私たちはそれらの在庫をかなり少なく保つ傾向があり、それらの企業との間で、かなり厳密な JIT タイプのベースで在庫を私たちに供給する取り決めをしています」と Rozow 氏は言います。インディアナ州コロンビアシティにある同社の施設は、原材料と鋳造のサプライヤーに十分近いため、週に 2 回「ミルク ラン」を行って、マッハ メディカルが必要とする材料を一度に数日間届けることができます。

原材料は初期の製造プロセスを経ます。 Rozow 氏によると、これには通常、検査、洗浄、コーティングという 2 つの機械加工プロセスが含まれます (これらのプロセスは、Mach Medical と同じ場所にある姉妹会社である Sites Medical で行われます)。この時点では、整形外科用インプラントは形を取り始めていますが、まだ不完全です。この時点から、同社は部品を異なるサイズや左右のバージョンなどの複数の SKU に変えることができます。その後、顧客が注文すると、Mach Medical は正しいサイズと形状に切断する最終機械加工作業、洗浄プロセス、検査、仕上げプロセス、そして最終洗浄を経てインプラントを完成させます。

この「フレックス ロット サイジング」システムにより、マッハ メディカルは、鋳造と熱処理をよりコスト効率よく行える量と、1 部品からの注文量を処理できる柔軟性の両方の長所を実現します。また、顧客のリードタイムも 20 週間から 3 週間に大幅に短縮されます。 Rozow 氏は、フレキシブルなロットサイジングとリードタイムの​​短縮により、Mach Medical の顧客は倉庫在庫を削減できると述べています。 「より短いサイクルで補充できるので、異常値をそれほど注文する必要がありません」と彼は説明します。

単一のワークフローの自動化

Mach Medical の戦略は部品を顧客に迅速に届けることに依存しているため、自動化と自動加工が鍵となります。ただし、同社が導入する自動化システムは、顧客 (または自社) が在庫で圧倒されないよう、少量の部品バッチの生産に対応できる必要があります。 「すべて同じ SKU の大腿骨 20 個または 50 個という経済的な注文サイズを設定し、それを 1 日中自動化できます。これは非常に簡単です」と Rozow 氏は言います。 「しかし、SKU X の 1 つ、SKU Y の 5 つ、SKU Z の 3 つをロードする場合、単一ピースのフローに対応するため、Flexxbotics の舞台裏のソフトウェアの利点が発揮されます。」

Mach Medical の Flexxbotics セルは、部分的に完成したインプラントから最終製品への初期処理、つまり最終加工、検査、洗浄プロセスを自動化します。 Mach Medical のロットサイズはさまざまで、潜在的に小規模であるため、同社は、セルが正しい部品を取得し、その部品に対応するプログラムをロードしていることを保証する必要がありました。 「マシンと CMM のクラッシュから保護する必要があります」と Rozow 氏は言います。 Flexxbotics は、ビジョン システムを含む細胞のすべてのコンポーネントが相互に通信できるようにするプラットフォームを提供します。ユニバーサルロボットの協働ロボットがステージングラックから部品を掴んでビジョンシステムに運び、部品上のコードを介して工作機械に正しいツールとプログラムが搭載されていることを確認します。オークマの 5 軸加工機で加工した後、ロボットは部品を超音波洗浄ステーションに運び、工程内洗浄を行います。次に、ロボットは部品をビジョン システムに戻し、検査のために CMM に移動する前にアーバーを使用して部品を確認します。 CMM が不適合を検出すると、その部品を不適合部品専用のステージング ラック上の 6 つのスポットの 1 つに移動します。その領域がいっぱいになると、セルはシャットダウンし、オペレーターに通知します。不適合部品用の 6 つのスロットは多くないように思えるかもしれませんが、Rozow 氏は実際、会社の不適合率が 1% 未満であることを考えると、これは過剰であると考えています。

セル内で実行される SKU の種類は多岐にわたりますが、Mach Medical はセル内の他のコンポーネントを標準化しました。 「ロボットは、標準化されたツールのおかげで、私たちが持ち込むものにはほとんど影響されません」とロゾウ氏は言います。部品は、ロボットがセル内を移動するために使用する共通のインターフェースを備えた固定具に保持されます。

標準化は切削工具にも及ぶが、Rozow 氏によれば、これはより難しいという。同社は工作機械用の標準化されたツール パッケージから始めますが、複雑な機能に特化したツールを追加する必要がある場合もあります。工具はコストを大きく左右するため、Mach Medical は工具寿命の最適化に継続的に取り組んでいます。手動で収集した工具寿命データのパレート分析を使用して、最適化のための次の優先順位を決定します。また、Flexxbotics は、CMM からの検査データに基づいた切削パラメータの閉ループ調整を容易にすることで、工具寿命を延ばし、部品の品質を一定に保ち、スクラップを削減します。 「工具の摩耗などが発生した場合は、リアルタイムで調整されます」と彼は言います。

Mach Medical は、無人加工を拡大する前に、プロセスの実証と安定化に引き続き取り組んでいます。現在、セルは 36 時間稼働するように設定されていますが、同社はより長時間の稼働を可能にする、より大きな棚システムを設定する予定です。 「もう 1 つ行うことは、別のマシンを追加することです」と Rozow 氏は言います。 「その自信が持てたら、マシンを滑らせてみましょう。」将来的には 3 台目のマシンもセルに追加される可能性があります。同社は、部分的に完成したインプラントの製造など、より上流のプロセスでも自動化を導入することも計画しています。

このセルは柔軟なロット サイジングを可能にするだけでなく、Mach Medical が厳しい公差を繰り返し維持するのにも役立ちます。 Rozow 氏によると、顧客は通常 1 mm の公差を許容しますが、同社が使用しているのはその 25% 未満です。しかし、同社はおそらくこれらの公差に関して時代の先を行っているだけである可能性が高く、外科医が手動からより正確で一貫性のあるロボットによる骨準備に切り替えるにつれて、インプラントの公差は厳格化する必要があると同氏は考えています。

肩、膝、つま先

Mach Medical は当初、膝と足首のインプラントに重点を置いていますが、この生産モデルを股関節、脊椎コンポーネント、さらには脛骨などの他の種類のインプラントにも拡張することを計画しています。Rozow 氏によると、他の種類のインプラントよりもさらに多くのバリエーションがあり、非常に少量または単一ピースの注文が必要になる可能性が高いとのことです。

Flexxbotics セルは、整形外科用インプラントのジャストインタイム生産モデルを作成するという Mach Medical の最終目標に向けた一歩です。 「注文を受け付けて 3 週間以内にお届けできます。まあ、それは通常、患者の手術スケジュールの範囲内です」とアンダーソン氏は指摘します。術前計画ソフトウェアがさらに進歩すれば、医師や医師の助手が患者にどのサイズのインプラントが必要になる可能性があるかを判断できるようになり、マッハ メディカルはそれらの部品を製造し、手術に間に合うように病院に発送できるようになります。メーカーが複数のインプラント（たとえば、いくつかの異なるサイズのオプションや、汚染に備えて重複したもの）を出荷したとしても、これによりインプラント会社は在庫を 85% 削減できる可能性があるとアンダーソン氏は考えています。 「これは年間数億ドルの節約になります」と彼は言います。