بدأ كل شيء قبل سبع سنوات عندما تحدى الرئيس التنفيذي لشركة باركر حنيفين آنذاك، دون واشكويتش، فريقه بسؤال "ما هو مستقبل شركتنا؟

وقد أدى ذلك إلى موجة من النشاط لرسم مجالات وفرص جديدة من شأنها أن تضمن نمو الشركة في المستقبل. وأدت هذه المبادرة في نهاية المطاف إلى قيام الشركة بدراسة كيفية تكييف كفاءاتها الأساسية في تقنيات الحركة والتحكم لتطوير أجهزة روبوتية قابلة للارتداء في مجال الأطراف الصناعية وتقويم العظام.

وأثناء استكشافها للفرصة بشكل أكبر، تواصلت باركر هانيفين مع باحثين في جامعة فاندربيلت يعملون على تكييف تكنولوجيا الروبوتات لمساعدة المرضى المصابين بالشلل في الأطراف السفلية على زيادة الحركة واستعادة القدرة على المشي. وقد أدى ذلك إلى تطوير هيكل خارجي يمكن ارتداؤه ويتكون من دعامة توضع على الوركين والساقين، ويتم تشغيله بواسطة محركات وبطاريات وإلكترونيات أخرى.

في عام 2012، توصلت شركة Parker Hannifin وشركة Vanderbilt إلى اتفاق لترخيص التكنولوجيا، وبعد فترة وجيزة بدأت الشركة العمل على تسويق هيكل خارجي آلي يسمى Indego. كان الدكتور ريان فارس أحد المشاركين في تطوير هذه التقنية كجزء من عمله في مرحلة الدكتوراه في فاندربيلت، وقد عينته شركة Parker Hannifin كقائد تقني لوحدة الأعمال المكلفة بطرح Indego في السوق.

البحث عن حلول مرنة للمواد والتصنيع

في وقت مبكر من المشروع، سرعان ما وجد فاريس وفريقه في شركة Parker Hannifin أن الوقت الذي يستغرقه انتظار عروض أسعار الإنتاج والأجزاء النهائية من خلال موردي التصنيع التقليديين للشركة طويل جدًا للوفاء بالمواعيد النهائية للتطوير.

أدرك فاريس أنه في سوق شديدة التنافسية، حيث يمكن لكل يوم من أيام تطوير المنتج أن يحقق النجاح أو يفشل، فإن الوقت له أهمية قصوى. وقد قاده هذا السعي - لتقصير دورات التصميم وتصنيع الأجزاء بشكل أسرع - إلى شركة Protolabs للنماذج الأولية وأجزاء الاستخدام النهائي.

وأوضح فاريس: "نستخدم Protolabs في المقام الأول لاختبار الأفكار الجديدة". "على سبيل المثال، عندما نفكر في تحسين محتمل للتصميم، نريد القدرة على إنشاء أجزاء ومعرفة كيفية أدائها في أسرع وقت ممكن."

لمحة سريعة

التحدياحتاج مهندسو شركة Parker Hannifin الذين يصنعون هيكلًا خارجيًا روبوتيًا إلى حل تصنيع سريع لتسريع سرعة التطوير وتقليل مخاطر التصميم.الحل وقد أتاح الجمع بين تقنيات التصنيع الرقمي ونظام الاقتباس الآلي الخاص بشركة Protolabs عملية تصميم متكررة للغاية دون التضحية بالوقت اللازم للتسويق.النتيجة وفرت عملية التشكيل السريع والتصنيع الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد إلى جانب التسعير التفاعلي شهوراً من وقت التطوير لفريق البحث والتطوير.

Indego هو هيكل خارجي روبوتي مصمم لمساعدة المرضى الذين يعانون من شلل الأطراف السفلية على المشي مرة أخرى. أثناء التطوير، استخدمت شركة Parker Hannifin شركة Protolabs لاختبار تحسينات التصميم بسرعة.

كان أحد تحديات التصميم الخاصة التي تطلبت أجزاء سريعة الدوران يتعلق بمكون يعمل كأنبوب إضاءة للجهاز. ينقل هذا الجزء الضوء من مصباح LED صغير على لوحة دوائر مدمجة إلى الخارج حتى يتمكن المستخدم من رؤية حالة الجهاز الحالية.

قال فاريس: "هذا المؤشر الصغير مهم بشكل خاص لأن هذه هي الطريقة التي يعرف بها المستخدم - المصاب بالشلل النصفي أو مريض السكتة الدماغية أو أي شخص يستخدم النظام - الحالة التي هو فيها والوضع الذي هو فيه وما الذي سيحدث مع الجهاز".

تم تصنيع تصميم الأنبوب الضوئي الأولي باستخدام لدائن حرارية شفافة مصبوبة. وبعد عدة دورات اختبار، أصبح من الواضح أن المادة كانت هشة للغاية بحيث لا تتحمل قسوة الاستخدام اليومي، حيث تم تصميم النظام بحيث ينثني مع حركة المستخدم. وأوضح فاريس أيضاً أن الأنبوب الضوئي كان جزءاً من تجميع أكبر، ولم تتعاون الحركة النسبية للتجميع بشكل جيد مع المكون الصلب الشبيه بالبلاستيك.

وقد قاده السعي إلى تقصير دورات التصميم وتصنيع القطع بشكل أسرع إلى Protolabs للنماذج الأولية وقطع الاستخدام النهائي.

أدوات مطاط السيليكون السريعة تسد فجوة الإنتاج

أعاد فاريس وفريقه تقييم المواد المستخدمة لمكون الأنبوب الخفيف وقرروا تصنيع الجزء باستخدام مطاط السيليكون السائل (LSR). سيكون الجزء المصبوب من مادة LSR قادرًا على الانثناء بشكل طبيعي مع حركة المستخدم ويتمتع بمتانة تدوم إلى أجل غير مسمى. ولكن التحدي كان أكثر من مجرد تحديد المادة المناسبة. فقد احتاجوا أيضًا إلى خيار قولبة فعالة من حيث التكلفة ومُحسّنة لهذه المرحلة من تطوير المنتج لأن التصميم لم يكن قد تم الانتهاء منه بعد.

كان الهيكل الخارجي الروبوتي لا يزال في مرحلة وضع النماذج الأولية وكانت موافقات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لا تزال معلقة، لذلك لم يكن الاستثمار المكلف في الأدوات التقليدية مثاليًا. لجأ فاريس إلى عملية قولبة بروتولابس LSR لتصنيع العديد من مكونات الأنابيب الخفيفة بسرعة حتى يتمكن من اختبار التصميم الجديد والتمتع بالمرونة اللازمة للتكرار إذا لزم الأمر.

ويشير إلى أن مفتاح تسريع عملية الصب هو آلية Protolabs, نظام الاقتباس التفاعلي. فغالباً ما يقوم هو وفريقه بتحميل الأجزاء للحصول على عروض الأسعار في غضون ساعات قليلة، ثم يمرون بعدة تكرارات حتى يصبح في حدود التكلفة المستهدفة. وقد أتاح ذلك عملية تصميم تكرارية للغاية مع تقليل تكاليف التطوير حيث يمكن تحقيق كل ذلك رقميًا من خلال البرمجيات ولا يتطلب تصنيع الأجزاء النهائية.

ويتكون الهيكل الخارجي الروبوتي من دعامة يتم ارتداؤها حول الوركين وأسفل الساقين، ويتم تشغيله بواسطة محركات وبطاريات وإلكترونيات وبرمجيات ذكية تساعد المستخدم في الحركة.

التسعير الآلي يوفر أسابيع من وقت التطوير

وبعد استلام الأجزاء المصبوبة من مطاط السيليكون السائل، خضع التصميم الجديد للاختبار ووجدوا أنه يتمتع بالمرونة والمتانة لتحمل الاستخدام اليومي لنظام Indego. قال فاريس: "لقد كنا سعداء للغاية بالتحول إلى جزء مطاط السيليكون السائل". "إن نقل الضوء ممتاز، ورؤية المؤشر للمستخدم ممتازة، ولم نواجه أي مشاكل في المتانة منذ التغيير."

ويقدر فاريس أن خدمة القولبة التي تقدمها Protolabs وفرت على فريقه ما بين شهر وشهرين من الوقت من خلال تصنيع أجزاء LSR في غضون أيام. وبفضل الأدوات المحسّنة للإنتاج بكميات منخفضة، تمكنوا من سد الفجوة بين النماذج الأولية المبكرة والإنتاج النهائي.

قال فاريس: "داخلياً، لو حاولنا صنع هذه الأجزاء بأنفسنا، فربما استغرق الأمر شهراً كاملاً بسبب القيود المفروضة على النطاق الترددي".

ولكن إعادة التصميم هذه كانت أكثر بكثير من مجرد تحسين للمنتج تم تطويره في مختبر البحث والتطوير. شارك فاريس أن هذا مثال واحد على الجهود الاستراتيجية الأكبر للشركة للتركيز على خدمة العملاء من خلال الاستماع إلى ملاحظات المستخدمين وتنفيذ تحسينات المنتج بسرعة.

"هدفنا هو أن نكون سريعين قدر الإمكان. عندما يكون لدينا تطورات جديدة، فإن جزءاً من ميزتنا التنافسية هو السرعة. وعندما تكون لدينا مشاكل في هذا المجال، فإن أحد الأمور التي نعتقد أنها تُظهر اهتمامنا بعملائنا بشكل كبير هو سرعة استجابتنا".

بالإضافة إلى جزء LSR المصبوب، اعتمد مهندسو ومصممو Indego بشكل كبير على التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي و الطباعة ثلاثية الأبعاد خلال تطوير الهيكل الخارجي الروبوتي. على سبيل المثال، يشير فاريس إلى أنه قام بتصنيع تركيبات من أجل تثبيت المكونات في مكانها من أجل اللحام بالموجات فوق الصوتية. كما استخدم أيضاً الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء نماذج أولية من النايلون من خلال التلبيد الانتقائي بالليزر قبل الانتقال إلى القولبة بالحقن.

مع التصنيع عند الطلب وقد تمكن باركر هانيفين من خلال هذا الخيار من تقليل الوقت اللازم للتطوير، وتقديم منتجات مبتكرة إلى السوق بشكل أسرع، والاستجابة بفعالية لملاحظات العملاء. وبشكل عام، بما في ذلك أجزاء الإنتاج المقولبة، يقدر فاريس أن وحدة أعمال الحركة البشرية والتحكم في باركر هانيفين قامت بتصنيع آلاف المكونات باستخدام بروتولابس وستواصل الاستفادة من خدمات التصنيع الرقمي في الأجيال القادمة من إنديجو.