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Tornando uma operação tranquila ainda mais tranquila: Smith & Nephew

A Smith & Nephew desenvolve tecnologias avançadas que permitem aos médicos fornecer um tratamento eficaz de forma mais rápida e econômica. A empresa oferece uma ampla variedade de sistemas inovadores de substituição de articulação para joelhos, quadris e ombros. Com a ajuda desse equipamento, os cirurgiões podem realizar procedimentos minimamente invasivos que diminuem os efeitos colaterais, minimizam a dor e aceleram a recuperação. Obter o melhor ajuste com o mínimo de trauma cirúrgico significa maior eficiência, custos médicos mais baixos e melhores resultados para o paciente. Para minimizar a invasão e o trauma da cirurgia de substituição do joelho, a empresa desenvolveu o Tibial Sizing Trial Guide, um dispositivo de aço inoxidável que ajuda o cirurgião a determinar, com rapidez e precisão, o tamanho apropriado do implante para cada paciente durante a cirurgia. Quando decidiu realizar uma parte crítica do processo de fabricação desse dispositivo internamente, a empresa precisava ter certeza de que o seu processo proporcionaria tanto máxima eficiência como um produto acabado que excede os rigorosos padrões de qualidade exigidos por um dispositivo cirúrgico. Prashanth Gopal, engenheiro de qualidade, e sua equipe de projeto usaram o Minitab Statistical Software para ajudar a otimizar o processo e provar sua eficácia.

Desafio

O acabamento, ou o brilho, da superfície e a resistência à corrosão do Tibial Guide são essenciais para o seu uso em cirurgias. Além disso, suas dimensões devem satisfazer especificações rigorosas. Portanto, uma etapa fundamental da fabricação desse dispositivo é o processo de eletropolimento. Nesse processo, um objeto de metal é imerso em uma solução eletrolítica de temperatura controlada. À medida que a corrente passa pelo metal e pela solução, o metal da superfície oxida e se dissolve. Além de remover rebarbas, criar uma superfície lisa brilhante e proteger o dispositivo contra corrosão, o processo de polimento também deve minimizar a remoção de metal, para que as dimensões do dispositivo permaneçam dentro das especificações.

Quando a Smith & Nephew, uma fabricante de dispositivos cirúrgicos, passou a realizar uma parte crítica do processo de fabricação internamente, o Minitab a ajudou a alcançar máxima eficiência e cumprir os exigentes padrões de qualidade.

Para reduzir custos e melhorar o controle de qualidade, a Smith & Nephew decidiu transferir suas operações de eletropolimento do exterior para suas próprias instalações. Para o sucesso dessa transferência, era preciso demonstrar que o processo interno cumpria os requisitos críticos de desempenho. A equipe de projeto identificou quatro fatores fundamentais que afetavam o processo de eletropolimento:

  • Gravidade específica da solução
  • Tensão
  • Tempo de ciclo
  • Temperatura ambiente (variável de ruído)

Eles conduziram testes preliminares para estimar a variedade de configurações para cada fator que produziriam uma aparência e uma resistência à corrosão aceitáveis. Agora, a equipe precisava projetar um experimento que lhe permitisse entender completamente os efeitos das três variáveis do processo, considerando, ao mesmo tempo, a variável de ruído: temperatura ambiente. Ela também precisava avaliar as interações entre os fatores.

Como o Minitab ajudou

Usando as ferramentas de Design de Experimento (DOE) do Minitab, Gopal projetou, rapidamente, um experimento para avaliar o processo de eletropolimento e obter respostar para as perguntas da equipe. Primeiro, ele usou o Minitab para criar um design do experimento com base no número de fatores e no número de ensaios que a equipe poderia executar de forma viável, dados os recursos disponíveis.

Para ajudar a projetar um experimento, o Minitab exibe todos os designs disponíveis e indica a relação entre o número de fatores, o número de ensaios e a resolução do design.

A variável de ruído, temperatura ambiente, que era controlada durante o experimento, precisava ser tratada como um fator de bloqueio. Assim, ele selecionou um design fatorial completo com três fatores, dois blocos para as configurações de temperatura ambiente alta e baixa e duas réplicas para aumentar a potência estatística do experimento. Ele também adicionou pontos centrais ao design para detectar qualquer curvatura, caso existisse. O resultado final? Um experimento enxuto e eficiente que exigiu apenas 20 ensaios, levou em consideração a variação devido à temperatura e permitiu que todas as interações entre os fatores fossem avaliadas de forma independente.

O gráfico de Pareto permite que os usuários vejam claramente os principais efeitos e interações que cruzam a linha vermelha e, portanto, são estatisticamente significativos. O gráfico acima mostra que a tensão (B) e a interação entre tensão e tempo (BC) têm valores p significativos.
Com o gráfico de interação, fica fácil ver e entender as relações entre fatores experimentais.

Resultados

Com base nos resultados da análise DOE do Minitab, a equipe descobriu que a temperatura ambiente, uma fonte potencial de variação não desejada que era difícil de controlar, não tinha nenhum efeito estatisticamente significativo na mudança de dimensões, o que foi uma boa notícia. A gravidade específica da solução usada também não foi significativa. No entanto, a tensão usada no processo de eletropolimento (fator B abaixo) teve um efeito significativo na mudança de altura do dispositivo depois do polimento.

Além disso, eles encontraram uma interação estatisticamente significativa entre a tensão (B) e o tempo de ciclo (C). Para explorar a dinâmica dessa interação e entender melhor a sua relação com a mudança de altura, eles usaram o gráfico de interação do Minitab.

O espaço branco no gráfico de contorno identifica a região do espaço do design que satisfaz os critérios para todas as respostas. A configuração de fatores em qualquer um dos níveis mostrados na área branca deve fornecer respostas que se enquadram dentro dos limites especificados.

Com o gráfico de interação, ficou fácil ver e entender a relação entre esses fatores. Com uma tensão baixa (linha preta), o tempo de ciclo teve pouco efeito na resposta. No entanto, com uma tensão alta, um tempo de ciclo mais longo resultou em uma mudança muito maior de altura. Essa interação enfatizou o desafio de manter as mudanças de altura dentro de uma faixa ideal e, ainda assim, garantir o polimento adequado do dispositivo. Para produzir resultados ideais, as configurações do projeto precisam considerar a relação simétrica entre remover material suficiente para aplainar a superfície e não remover uma quantidade execessiva que altere as dimensões significativamente.

Para encontrar essas configurações, a equipe usou o Minitab para criar um gráfico de contorno sobreposto dos seus dados experimentais. Ela especificou limites superior e inferior para as duas respostas: mudança de altura e mudança de aspereza. O Minitab exibiu contornos para esses limites em relação à tensão e ao tempo de ciclo nos eixos do gráfico, destacando a região onde as duas respostas estavam dentro dos limites. Esse gráfico permitiu que a equipe visse as configurações de tensão e de tempo que produziriam os resultados ideais.

Com base nos resultados, a Smith & Nephew determinou que, com a tensão entre aproximadamente 7 e 9 volts e com o tempo de ciclo entre 50 e 70 segundos, o processo de eletropolimento produzia resultados de acordo com a especificação. Usando essas configurações, eles minimizaram defeitos, garantiram que todas as peças estavam dentro dos limites das especificações e demonstraram, com êxito, um nível de confiabilidade que atendia às diretrizes normativas do seu produto.

ORGANIZAÇÃO

Smith & Nephew

VISÃO GERAL

  • Fabricante de dispositivos médicos e produtos de saúde avançados
  • A maior empresa de tecnologia médica do Reino Unido
  • Mais de 150 anos de histórico operacional
  • Operações internacionais em 32 países
  • Vendas anuais de US$ 3,8 bilhões

DESAFIO

Otimizar um novo processo interno de eletropolimento de um dispositivo médico usado em cirurgias de substituição de joelho.

PRODUTOS USADOS

Minitab® Statistical Software

RESULTADOS

  • Utilizou o DOE para avaliar o impacto de vários fatores.
  • Otimizou um novo processo interno.
  • Minimizou os efeitos.
 
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