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Digital logistics

Magazzino automatizzato con Industria 4.0, un ROI oltre i 50mila euro per Poliambulanza

L’ospedale bresciano ha adottato un sistema di stoccaggio automatico per la Farmacia interna, che rifornisce i reparti di medicinali e materiali sanitari, per un valore annuo di 27 milioni di euro. Il progetto di ridisegno in sei fasi ha previsto risparmi su costi del personale, errori e scorte in giacenza, e miglior uso degli spazi, oltre ai benefici fiscali del Piano Industria 4.0

10 Lug 2018

Marco Perona

Professore Ordinario Università di Brescia e Direttore del Laboratorio RISE

Sara Angeli

Junior Project Leader, Fondazione Poliambulanza

Umberto De Peppo Cocco

Direttore Operativo, Fondazione Poliambulanza

L’automazione rappresenta sempre più una leva strategica per migliorare l’efficienza e il controllo dei processi, anche in contesti non industriali. Un esempio è Fondazione Poliambulanza, ospedale privato no-profit a Brescia con 650 posti letto, che realizza ogni anno circa 20.000 interventi chirurgici, 30.000 ricoveri e 77.000 accessi al pronto soccorso. Nel 2017  ha concluso una serie di progetti di innovazione, fra i quali il magazzino automatizzato per la Farmacia interna descritto in questo articolo.

La Farmacia di Poliambulanza è il magazzino centrale che rifornisce i reparti interni con i materiali sanitari necessari. Vi sono svolte intense attività manuali di picking e una serie di controlli visivi dei prodotti per garantire la tracciabilità dei flussi di farmaci. Attualmente il valore delle scorte è di circa 1,5 milioni di euro, con un flusso annuo movimentato di circa 27 milioni.

La tracciabilità dei farmaci è sancita dal DM 15/7/2004, che regola il monitoraggio delle confezioni dei medicinali nel sistema distributivo. Per legge i farmaci vengono immessi sul mercato con un’etichetta dotata di due codici a barre: uno per il codice AIC identificativo del prodotto e l’altro per il codice progressivo di targatura. Dato che le informazioni di lotto di produzione e data di scadenza non sono nei barcode ma stampate sulla confezione, gli ospedali devono impiegare altri strumenti e risorse per garantire la tracciabilità di queste informazioni.

Il magazzino automatizzato

Per fare fronte a queste esigenze di tracciabilità e per ridurre il lavoro manuale, Fondazione Poliambulanza ha deciso di installare un innovativo magazzino automatizzato per lo stoccaggio di confezioni farmaceutiche, capace di movimentare fra 400 e 1200 confezioni/ora.

L’armadio è controllato interamente via WiFi e integrato con il sistema informativo gestionale di Poliambulanza. Dispone inoltre di un apparato di lettura ottica dei codici a barre che consente l’associazione informatica fra il codice di targatura della singola confezione e i relativi dati di lotto e scadenza riportati nel documento di carico.

Uno dei principali vantaggi del magazzino automatizzato è la possibilità di alleggerire il carico di lavoro del personale operativo, ottimizzando i tempi delle attività di messa a dimora e di picking e riducendo le attività non a valore aggiunto. Un altro vantaggio è il controllo e tracciabilità dei farmaci e dispositivi medici per tutto il loro percorso nella struttura sanitaria.

Presupposti dell’adozione del sistema sono stati la verifica della sua adeguatezza rispetto alle esigenze di Poliambulanza e il suo corretto dimensionamento.

Il progetto di ridisegno

Il progetto di analisi, dimensionamento e valutazione del magazzino automatizzato è stato scomposto in sei fasi:

  1. Analisi AS-IS dei processi: studio delle attività svolte nella Farmacia prima dell’installazione del nuovo magazzino, svolta secondo i principi della business process orientation (Davenport, 1993).
  2. Raccolta e studio dei dati storici: creazione di un database di tutte le movimentazioni in ingresso e in uscita dalla Farmacia e delle rispettive giacenze, in un orizzonte temporale abbastanza rappresentativo per fungere da base del processo di dimensionamento.
  3. Identificazione degli scenari TO-BE: definizione di una serie di possibili scenari al variare dei valori di alcuni driver dello stato futuro della farmacia: l’evoluzione nel tempo della domanda dei diversi materiali; il loro indice di copertura a scorta e la modalità di utilizzo del magazzino nelle fasi di carico e di picking dei materiali.
  4. Analisi di sensitività: calcolo dell’impatto delle variazioni di ciascuno dei driver considerati sul dimensionamento dell’area di stoccaggio e sull’occupazione oraria giornaliera del sistema robotizzato. Lo stress test ha consentito di individuare la capienza ideale – circa 55.000 confezioni – e di verificare la robustezza del sistema ai diversi scenari ipotizzati.
  5. Ridisegno del layout e dei flussi: individuazione della posizione ottimale per il sistema automatizzato entro gli spazi della Farmacia.
  6. Valutazione economica: realizzata a partire dalla stima degli investimenti richiesti dall’installazione del sistema automatizzato, dei costi operativi e dei risparmi ottenuti grazie alla sua adozione.

Analisi as-is dei processi

La Farmacia di Poliambulanza accentra le attività di ricevimento, stoccaggio e consegna dei materiali sanitari a tutti i reparti della struttura. Si occupa dell’interazione con i fornitori, predisponendo gli ordini di acquisto e controllando il materiale ricevuto. Per alcuni codici molto richiesti gestisce anche il mantenimento a scorta, offrendone la disponibilità continua.

Il personale di Farmacia è composto da 8 operatori tecnici, 5 impiegati amministrativi e 4 farmacisti. Il servizio è attivo dal lunedì al venerdì dalle 8 alle 16 con orario continuato: ne usufruiscono un centinaio di soggetti richiedenti, fra reparti di degenza, blocchi operatori e unità di terapia intensiva.

Ogni giorno, in base a un calendario preconcordato con i reparti, il personale di Farmacia elabora a sistema le richieste da evadere. L’evasione, particolarmente labour-intensive, consiste nel prelievo manuale del materiale e successivo controllo visivo della correttezza del materiale preparato, in termini di quantità e lotti assegnati dal sistema informativo. Prelievo e controlli sono effettuati da operatori diversi.

La necessità di ripristinare le scorte della Farmacia viene gestita dal sistema informativo che dà evidenza dei prodotti la cui disponibilità è scesa sotto il punto di riordino (Brandolese et. al., 1991), variabile che tiene conto del consumo medio giornaliero (calcolato da sistema), del lead time di consegna del fornitore, e del tempo di copertura desiderato (inseriti manualmente).

Raccolta e studio dei dati storici

I dati di progetto riguardano le movimentazioni in ingresso e in uscita e le giacenze per un arco di due anni. Le tre serie storiche sono state analizzate separatamente per individuarne i tratti caratteristici e i valori “outlier” rispetto alla distribuzione statistica (Cousineau e Chartier, 2015).

Le movimentazioni in uscita sono state disaggregate per richiedente, per studiare le dinamiche della domanda di ciascun reparto. In particolare sono stati valutati il trend e la variabilità della domanda in relazione ai fattori patologici tipici di ogni reparto. Per i movimenti di materiale in entrata sono stati considerati i principali fornitori, ovvero quel 20% che, secondo la regola di Pareto (Sanders, 1987), procura l’80% del materiale acquistato. I valori di giacenza sono stati suddivisi per ubicazione e tipologia di materiale e per ciascuna sono stati definiti gli indici di rotazione e copertura.

La distribuzione di frequenza dei movimenti in uscita è stata considerata assimilabile a una distribuzione normale grazie al test del Chi Quadrato (Dixon e Massey, 1969), mentre la distribuzione delle giacenze è risultata pressoché costante nel tempo. Nella ricerca dei possibili driver della serie storica dei prelievi, l’unica correlazione risultata significativa è quella fra numero di pazienti ricoverati in un dato reparto, e consumo di materiale in quella giornata.

La distribuzione dei movimenti in ingresso è invece fortemente irregolare nel tempo, essendo influenzata da logiche commerciali non strettamente dipendenti dai consumi; infatti sono molto frequenti gli ordini di grandi lotti, per ottenere sconti di quantità o ottimizzare i costi di trasporto. I movimenti in uscita e le giacenze hanno mostrato alta stagionalità annuale e, in termini generali, è emersa la tendenza a sovradimensionare le scorte, in parte a causa del calcolo del punto di riordino basato prevalentemente su dati di esperienza, anziché su valori rigorosi.

Identificazione degli scenari to-be ed analisi di sensitività

Al fine di definire i possibili carichi di lavoro futuri del sistema di stoccaggio automatizzato, sono stati costruiti degli scenari derivanti dalla variazione della domanda dei diversi materiali, della loro disponibilità a scorta e della modalità di utilizzo del nuovo magazzino.

Considerando i più significativi fattori demografici e patologici, si è ricavata la previsione della domanda di ciascun articolo, sfruttando la relazione già determinata tra numero di ricoveri per reparto e richieste di medicinali al magazzino. Per esempio, il fenomeno d’invecchiamento della popolazione evidenziato da Istat (Indicatori demografici, 2015) è stato considerato come un driver della domanda di materiale, da parte dei reparti di Geriatria (coefficiente positivo), Ostetricia e Pediatria (coefficiente negativo); mentre l’incremento delle patologie oncologiche e cardiovascolari, stimato da autorevoli riviste medico-scientifiche (European Heart Journal, 2016), è stato impiegato per definire i volumi previsti per i reparti di Oncologia e Cardiochirurgia.

La domanda così calcolata è stata poi perturbata nei volumi e nella variabilità, definendo 9 possibili scenari in base alla combinazione del valore medio dei volumi: ridotti (- 50%), non modificati (0%), aumentati (+ 50%); con la loro variabilità nel tempo ridotta (- 50%); non modificata (0%); aumentata (+50%).

Per quanto riguarda la copertura a scorta, si è rilevata la presenza in diverse circostanze di un livello di stock eccessivo: sono stati quindi introdotti 2 scenari con livello di copertura invariato e decrementato del 10%.

Infine, sono stati simulati 9 diversi scenari di funzionamento del magazzino automatizzato, relativi alla modalità di picking del gruppo di presa e alla modalità di carico delle confezioni di medicinali. Il picking può essere effettuato in mono-confezione o multi-confezione, a seconda della dimensione delle stesse. Questo incide sulla produttività oraria del sistema in termini di numero di confezioni/ora movimentabili. Sono stati quindi definiti 3 scenari con incidenze del prelievo mono-confezione al 10%, al 15% e al 25%.

Il carico del materiale all’interno dell’armadio automatizzato può essere svolto mediante due sistemi: il meccanismo di nastri e lettura ottica completamente automatico e il sistema semiautomatico dove sono richiesti la lettura e il posizionamento manuale sul nastro. Nel primo caso, il ritmo di carico è di 400 confezioni/ora, mentre il secondo raggiunge le 1.200 confezioni/ora. Si valutano 3 scenari con le seguenti combinazioni: 80% automatico e 20% semiautomatico; 70% automatico e 30% semiautomatico; 50% automatico e 50% semiautomatico.

Per ogni combinazione ottenuta dall’incrocio degli scenari descritti è stata sviluppata una simulazione del funzionamento del magazzino automatizzato, ottenendo i relativi valori di: movimentazioni (in-out), giacenza (media e massima) ed occupazione oraria del sistema. Come esempio si riportano in Tabella 1 i risultati ottenuti per il tempo di occupazione del sistema rispetto ad alcuni degli scenari introdotti.

Tabella 1 – Riepilogo dei risultati in termini di ore/giorno di impiego del sistema automatizzato

Ridisegno del layout e dei flussi

La posizione del magazzino automatizzato è stata definita a seguito di una valutazione tecnico-impiantistica che ha individuato come ottimale la soluzione lunga 20 metri e alta 3. L’immagine di apertura dell’articolo mostra una panoramica del sistema automatizzato a installazione compiuta, dove in primo piano si nota il sistema di riempimento automatico delle ceste destinate alla consegna ai reparti.

L’immagine 1 illustra invece un dettaglio dell’interno del sistema, che pone in evidenza il gruppo di presa, in grado di traslare lungo il corridoio centrale ad una velocità media di 5 metri al secondo.

Immagine 1 – il gruppo di presa wireless e il corridoio interno del nuovo magazzino

La valutazione economica

Per la valutazione economica dell’investimento, i flussi di cassa uscenti considerati sono stati: l’investimento necessario per l’installazione del sistema (comprensivo del costo di ristrutturazione dei locali di Farmacia) e i costi di periodo relativi a manutenzione e servizio di assistenza full time.

Sulla base delle simulazioni svolte sono inoltre stati stimati e valorizzati i seguenti benefici: risparmio sul costo del personale, che con il sistema a regime può essere indirizzato ad attività a maggior valore aggiunto; risparmio per il migliore uso dello spazio, grazie alla maggior densità di stoccaggio delle confezioni garantita dal nuovo sistema; riduzione della spesa per prodotti scaduti; diminuzione degli errori ottenuta dalla conversione del 34% delle attività da manuali ad automatiche e riduzione della scorta complessiva grazie all’aumento dell’efficienza dei processi. In più, Poliambulanza si avvale dell’iperammortamento al 250% del piano Nazionale Industria 4.0. In conclusione, il bilancio fra costi e benefici determina la convenienza dell’investimento con indice di profittabilità del 22%, NPV pari a 51.000 euro e Pay Back Time intorno ai 7-8 anni.

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