彻底改变骨科植入物：自动化单件工作流程降低成本

骨科植入物公司面临许多挑战，但最大的挑战之一是库存管理。这些公司（以及制造其销售产品的公司）必须了解如何有效地生产各种类型、变体和尺寸的植入物，然后在仓库和医院之间来回移动时管理库存。这相当于高库存要求，可能会耗尽公司的资源。

Mach Medical 是一家骨科植入物合同制造商，其成立是为了利用先进的制造和自动化解决骨科植入物 OEM 面临的一些挑战，包括库存。

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库存控制

Mach Medical 联合创始人兼业务开发负责人戴夫·安德森 (Dave Anderson) 解释说，根据其工作性质，骨科植入物公司通常会保留 12 个月的库存来为客户提供服务。 “产品在手术中使用，医院需要立即补充，或者他们可能需要在架子上放置 6 个相同尺寸的产品，以防当天有两个、三个或四个患者堆积在一起，而这些患者都需要 5 号产品的左侧膝盖。”

使问题更加复杂的是库存始终在变化。 Mach Medical 联合创始人兼总经理 Steve Rozow 表示，骨科植入物有点像鞋子，有多种类型和尺寸。 当人们想要一双新鞋时，他们可能会去鞋店，那里备有多种尺码的每种鞋款供顾客试穿。但需要骨科植入物的患者不能去商店尝试不同的植入物。商店（或其预定的子集）需要来到医院手术室的患者身边。外科医生在手术前就知道患者需要哪种尺寸的植入物，但他们在手术室中通常有多种选择，这样他们就可以在手术时选择最合适的，或者重复选择，以防植入物被污染。然后，未使用的库存将被退回，并补充已使用的库存。他说：“这些库存会不断移动并支持手术，或者如果医院是一家大容量医院，则可能会驻扎在医院。”在任何给定时间，至少 50% 的制造商库存要么在医院，要么在运输途中。 “为了让骨科制造商增加客户，很多时候他们必须增加库存足迹才能为这些客户提供服务，”他继续说道。

零件制造系列的挑战使库存管理变得更加复杂。安德森说：“与制造相关的最低订购量很大程度上取决于机器设置时间。” “假设您需要八个小时来设置一台机器来运行一个 SKU。您希望运行尽可能多的部件，以便在拆解机器之前获得可观的单位成本。”但某些 SKU 的使用频率高于其他 SKU。他解释说，对于位于人体尺寸钟形曲线较大端和较小端的尺寸，如果制造商“生产 20 或 50 个单个 SKU，则可能需要 5 到 10 年的库存”。 “那就这样吧。”

从标准化开始

Mach Medical 应对这些挑战的方法之一是尽可能标准化生产流程。例如，该公司不是为不同的植入物和尺寸采购不同的铸件，而是为每种植入物类型购买更通用的铸件。 “几乎没有任何工具开发，而且都是现成的，”罗佐夫说。虽然这可能意味着植入物比定制的铸件要花费更多的时间在机器上，并且需要去除更多的材料，但灵活性是值得权衡的。 “如果设计发生变化，或者客户想要到处调整，通常都是相当简单的程序更改，”他继续说道。 “为了适应这一点，我们不必改变工具，这会增加更大的成本。”他补充说，随着客户扩大植入物生产规模，Mach Medical 可以改用定制铸件，这种铸件的加工效率更高且更具成本效益。

正如马赫医疗公司希望减少客户的最终产品库存一样，它也致力于保持自己的铸件和其他原材料库存精简。罗佐夫表示：“我们倾向于将这些产品的库存保持在相当低的水平，并与这些公司做出安排，以相当严格的准时生产方式将其流向我们。”它位于印第安纳州哥伦比亚市的工厂距离原材料和铸件供应商足够近，他们每周可以进行两次“牛奶运行”，一次运送马赫医疗公司几天所需的材料。

原材料经过初始生产过程。 Rozow 表示，这通常包括两个加工过程：检查、清洁和涂层（这发生在 Mach Medical 的姊妹公司 Sites Medical）。此时，骨科植入物已开始成形，但仍不完整。从这一点来看，公司可以将零件变成多个SKU，例如不同尺寸或左右版本。然后，当客户下订单时，Mach Medical 通过最终加工操作完成植入物，将其切割成正确的尺寸和形状、清洁过程、检查、精加工过程，然后是最终清洁。

这种“灵活批量调整”系统为 Mach Medical 提供了两全其美的优势：可以使铸造和热处理更具成本效益的批量，以及处理低至一份订单量的灵活性。它还大大缩短了客户的交货时间，从 20 周缩短到 3 周。 Rozow 表示，灵活的批量大小和更短的交货时间使 Mach Medical 的客户能够减少仓库库存。 “他们可以在更短的周期内进行补货，而且不需要那么多订购那些异常值，”他解释道。

自动化单件工作流程

由于 Mach Medical 的战略依赖于快速向客户提供零件，因此自动化和无人值守加工是关键。然而，公司实施的任何自动化系统都需要能够处理小批量零件的生产，以免客户（或公司本身）的库存过多。 “我们可以设置 20 或 50 股股骨的经济订单规模，这些股骨都是相同的 SKU，并全天实现自动化。这非常简单，”Rozow 说。 “但是，当您加载 1 个 SKU X、5 个 SKU Y 和 3 个 SKU Z 时，Flexxbotics 的幕后软件优势就会发挥作用，因为它可以容纳单件流程。”

Mach Medical 的 Flexxbotics 单元可自动将半成品植入物初步加工成最终产品——最终加工、检查和清洁过程。由于 Mach Medical 的批量大小各不相同且可能很小，因此该公司需要确保单元能够抓取正确的部件并加载该部件的相应程序。 “我们必须防止我们的机器和坐标测量机崩溃，”Rozow 说。 Flexxbotics 提供了一个平台，使单元的所有组件（包括视觉系统）能够相互通信。优傲机器人协作机器人从暂存架上抓取零件并将其带到视觉系统，视觉系统通过零件上的代码确认机床具有正确的工具和程序。在 Okuma 五轴机床上加工后，机器人将零件带到超声波清洗站进行过程中清洗。然后机器人将零件带回视觉系统，视觉系统使用心轴确认零件，然后将其移至坐标测量机进行检查。如果坐标测量机检测到不合格品，它会将该零件移动到专用于不合格零件的暂存架上的六个点之一。如果该区域已满，单元就会关闭并通知操作员。六个用于不合格零件的槽位看似不多，但考虑到该公司的不合格率不到 1%，Rozow 实际上认为这有点过分了。

尽管整个单元运行的 SKU 多种多样，但 Mach Medical 仍对单元中的其他组件进行了标准化。 “由于采用了标准化工具，机器人对我们带入其中的任何东西都非常不可知，”罗佐夫说。这些部件固定在具有通用接口的固定装置上，机器人使用该接口将它们移动通过单元。

标准化还延伸到切削工具，尽管罗佐夫表示这比较棘手。该公司从机床的标准化工具包开始，但偶尔需要添加专门的工具来实现复杂的功能。由于刀具是一个成本驱动因素，Mach Medical 不断努力优化刀具寿命。它对手动收集的刀具寿命数据使用帕累托分析来确定下一个优化优先级。 Flexxbotics 还可以根据 CMM 的检测数据促进切削参数的闭环调整，从而延长刀具寿命、保持零件质量一致并减少废品。 “如果我们出现工具磨损或类似情况，就会实时调整，”他说。

在扩大无人值守加工之前，Mach Medical 仍在努力验证和稳定其工艺。目前，该单元的运行时间为 36 小时，但该公司计划建立一个更大的搁架系统，使其能够运行更长时间。 “我们要做的另一件事是添加另一台机器，”罗佐夫说。 “一旦我们有信心，我们就会把机器滑过去。”未来还可以在该单元中添加第三台机器。该公司还计划在更多上游流程中实现自动化，例如半成品植入物的生产。

该单元不仅可以灵活调整批量大小，还可以帮助 Mach Medical 重复地保持严格的公差。 Rozow 表示，客户通常允许 1 毫米的公差，但该公司使用的公差不到 25%。他认为，该公司可能只是在这些公差方面处于领先地位，并且随着外科医生从手动转向更精确和一致的机器人骨骼准备，植入物的公差将需要收紧。

肩膀、膝盖和脚趾

Mach Medical 最初专注于膝盖和脚踝植入物，但计划将这种生产模式扩展到其他类型的植入物，例如髋部、脊柱组件甚至胫骨，罗佐夫表示，这些植入物的变体比其他类型的植入物更多，并且可能需要极低的数量或单件订单。

Flexxbotics 单元是 Mach Medical 朝着为骨科植入物创建准时生产模型的最终目标迈出的一步。 “我们可以接受订单并在三周内交付。嗯，这通常在患者的手术安排窗口内，”安德森指出。术前规划软件的进一步进步将使医生或医生助理能够确定患者可能需要哪种尺寸的植入物，因此马赫医疗可以制造这些部件并及时将其运送到医院进行手术。即使制造商运送多个植入物（例如，几种不同尺寸的选择或重复的以防污染的情况），安德森认为这可以使植入物公司将库存减少 85%。 “这相当于每年节省数亿美元，”他说。