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Análisis de Datos
Lunes 27 de Agosto, 2018

Optimización de un proceso ya optimizado: Smith & Nephew

Desde el Blog de Minitab

Optimización de un proceso ya optimizado: Smith & Nephew

 

Smith & Nephew desarrolla tecnologías avanzadas que permiten que los médicos proporcionen tratamientos efectivos de manera más rápida y económica. La compañía ofrece una amplia variedad de innovadores sistemas de prótesis articulares para rodillas, caderas y hombros. Con la ayuda de sus equipos, los cirujanos pueden efectuar procedimientos mínimamente invasivos que disminuyan los efectos secundarios, minimicen el dolor y aceleren la recuperación. Lograr el mejor ajuste con el menor trauma quirúrgico se traduce en más eficiencia, menos costos médicos y mejores resultados para los pacientes. A fin de minimizar lo invasivo y traumático de una artroplastia de rodilla, la compañía desarrolló la Guía experimental de medición tibial, un dispositivo de acero inoxidable que ayuda a que un cirujano determine de manera rápida y precisa el tamaño apropiado del implante para cada paciente durante la cirugía. Cuando la compañía decidió mover una parte crítica del proceso de fabricación de este dispositivo a sus instalaciones, debía asegurarse de que su proceso proporcionara tanto un máximo de eficiencia como un producto acabado que supere las estrictas normas de calidad que exige un dispositivo quirúrgico. El ingeniero de calidad Prashanth Gopal y su equipo de proyecto utilizaron Minitab Statistical Software para ayudar a optimizar el proceso y probar su efectividad.

El Reto

Cuando el fabricante de dispositivos quirúrgicos Smith & Nephew trasladó un proceso de fabricación crítico a las instalaciones de la compañía, Minitab ayudó a alcanzar un máximo de eficiencia al tiempo que se satisfacen las rigurosas normas de calidad.

El acabado superficial, o lustre, y la resistencia a la corrosión de la Guía tibial son críticos para su uso en cirugías y sus dimensiones deben satisfacer rigurosas especificaciones. Por lo tanto, un paso fundamental en la fabricación de este dispositivo corresponde al proceso de electro pulido. En este proceso, se sumerge un objeto metálico en un electrolito de temperatura controlada. A medida que la electricidad pasa a través del metal y el electrolito, el metal de la superficie se oxida y se disuelve. El proceso de pulido no sólo debe eliminar asperezas, crear una superficie lisa y brillante, y proteger el dispositivo de la corrosión, sino que también debe minimizar la eliminación de metal para que las dimensiones del dispositivo se mantengan dentro de las especificaciones.

Para reducir costos y mejorar el control de la calidad, Smith & Nephew decidió llevar las operaciones de electro pulido realizadas en el exterior a sus propias instalaciones. Era necesario demostrar que el proceso en las propias instalaciones cumpliría con los requisitos de rendimiento para que el traslado fuera exitoso. El equipo de proyecto identificó cuatro factores clave que afectaban el proceso de electro pulido:

  • Gravedad específica de la solución
  • Voltaje
  • Tiempo del ciclo
  • Temperatura ambiente (variable de ruido)

Realizaron pruebas preliminares para estimar el rango de configuraciones de cada factor que produciría resistencia a la corrosión y aspecto aceptables. A continuación, el equipo necesitaba diseñar un experimento que le permitiría entender completamente los efectos de las tres variables del proceso, sin dejar de considerar la variable de ruido, la temperatura ambiente. También necesitaban evaluar la interacción entre los factores.

Cómo ayudó Minitab

Utilizando las herramientas de Diseño de experimentos (DOE) de Minitab, el Sr. Gopal diseñó rápidamente un experimento para evaluar el proceso de electro pulido y obtener respuestas a las preguntas del equipo. Primero utilizó Minitab con el fin de crear un diseño para su experimento basándose en el número de factores y de corridas que se podrían ejecutar de manera factible, tomando en cuenta los recursos de los que se disponía.

Para ayudarle a diseñar su experimento, Minita muestra todos los diseños disponibles e indica la relación entre el número de factores, el número de corridas y la resolución del diseño.

La temperatura ambiente, la variable de ruido, la cual se mantuvo controlada durante el experimento, debía tratarse como un factor de bloque. Entonces seleccionó un diseño factorial completo con tres factores, dos bloques para las configuraciones de temperaturas ambiente baja y alta y dos réplicas a fin de incrementar la potencia estadística del experimento. También agregó puntos centrales al diseño a fin de detectar cualquier curvatura, si la hubiera. ¿El resultado final? Un experimento eficiente que utilizó pocos recursos, requirió sólo 20 corridas, dio cuenta de la variación producida por la temperatura y permitió la evaluación independiente de todas las interacciones entre los factores.

El Diagrama de Pareto permite a los usuarios observar de manera clara los efectos principales y las interacciones que cruzan la línea roja y que, por lo tanto, son estadísticamente significativas. El diagrama anterior muestra que tanto voltaje (B) como la interacción entre voltaje y tiempo (BC) tienen valores p significativos.

La gráfica de interacciones facilita la revisión y comprensión de las relaciones entre factores experimentales.

Resultados

Según los resultados del análisis de DOE de Minitab, el equipo encontró que la temperatura ambiente, una fuente potencial de variación no deseada difícil de controlar, no ejercía un efecto estadísticamente significativo sobre el cambio de las dimensiones, lo cual representaba buenas noticias. La gravedad específica de la solución utilizada tampoco fue significativa. Sin embargo, el voltaje utilizado en el proceso de electro pulido (factor B abajo) sí tenía un efecto significativo sobre cuánto variaba la altura del dispositivo después del pulido.

De hecho, encontraron una interacción estadísticamente significativa entre voltaje (B) y tiempo del ciclo (C). Para explorar la dinámica de esta interacción y entender mejor cómo se relaciona con los cambios de altura, se utilizó la gráfica de interacciones de Minitab.

El espacio blanco en el gráfica de contornos identifica la región del espacio de diseño que satisface los criterios de todas las respuestas. Establecer los factores en cualquiera de los niveles que aparecen en el área blanca debería producir respuestas que se encuentren dentro de los rangos especificados.

La gráfica de interacciones facilitó la revisión y compresión de la relación entre estos factores. Cuando el voltaje era bajo (línea negra), el tiempo del ciclo tenía poco efecto sobre la respuesta. Sin embargo, cuando el voltaje era alto, un tiempo del ciclo más prolongado producía un cambio de altura mucho mayor. Esta interacción acentuó el desafío que plantea mantener los cambios de altura dentro de un intervalo óptimo, al tiempo que se garantiza que el dispositivo quede adecuadamente pulido. Para producir óptimos resultados, la configuración del diseño debería dar cuenta de la relación empujar-halar entre la eliminación de suficiente material para alisar la superficie sin que se produzca un desgaste excesivo que cambie las dimensiones.

Para hallar esa configuración, el equipo utilizó Minitab a fin de crear una gráfica superpuesta de contornos a partir de sus datos experimentales. Especificó los límites inferiores y superiores para ambas respuestas, el cambio de altura y el cambio de aspereza. Minitab entonces mostró los contornos correspondientes a dichos límites en función del voltaje y el ciclo del tiempo en los ejes de la gráfica, resaltando la región donde ambas respuestas se encontraban dentro de los límites. Esta gráfica permitió que el equipo observara las configuraciones de voltaje y tiempo que producirían óptimos resultados.

Según los resultados, Smith & Nephew determinó que el proceso de electro pulido produjo resultados que se encontraban dentro de las especificaciones cuando el voltaje era aproximadamente 7 y 9 voltios y el ciclo del tiempo se encontraba entre 50 y 70 segundos. Utilizando esta configuración, minimizaron los defectos, se aseguraron de que todas las partes se encontraran dentro de los límites de especificación y demostraron de manera satisfactoria un nivel de fiabilidad que satisfacía las directrices reguladoras correspondientes al producto.

Publicado originalmente en Minitab.com

Blackberrycross es representante oficial de Minitab republicación con autorización

 
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