Per produrre tubi in modo efficiente e di successo è necessario ottimizzare 10.000 dettagli, tra cui la manutenzione delle attrezzature. Data la miriade di parti mobili presenti in ogni tipo di mulino e in ogni pezzo di attrezzatura periferica, rispettare il programma di manutenzione preventiva consigliato dal produttore non è un compito facile. Foto: T & H Lemont Inc.
Nota dell'editore: questa è la prima parte di una serie in due parti sull'ottimizzazione delle operazioni di produzione di tubi. Leggi la seconda parte.
La produzione di prodotti tubolari può essere laboriosa, anche nelle circostanze migliori. Le fabbriche sono complesse, richiedono molta manutenzione regolare e, a seconda di ciò che producono, la concorrenza è spietata. Molti produttori di tubi metallici sono sottoposti a un'enorme pressione per massimizzare i tempi di attività e quindi i ricavi, con poco tempo prezioso per la manutenzione di routine.
Al giorno d'oggi non esiste uno scenario migliore per il settore. I materiali sono costosi e le consegne parziali non sono rare. Ora più che mai, i produttori di tubi devono massimizzare i tempi di attività e ridurre gli scarti, e ricevere consegne parziali significa ridurre i tempi di attività. Tirature più brevi comportano cambi più frequenti, il che non rappresenta un uso efficiente del tempo o della manodopera.
"In questo momento i tempi di produzione sono preziosi", ha affermato Mark Prasek, responsabile delle vendite di tubi per il Nord America presso EFD Induction.
Le conversazioni con esperti del settore su suggerimenti e strategie per sfruttare al meglio il proprio impianto hanno fatto emergere alcuni temi ricorrenti:
Gestire un impianto alla massima efficienza significa ottimizzare decine di fattori, la maggior parte dei quali interagiscono tra loro, quindi ottimizzare le operazioni dell'impianto non è necessariamente facile. La Sacra Parola dell'ex editorialista del Tube & Pipe Journal Bud Graham offre una prospettiva: "Un laminatoio per tubi è un portautensili". Ricordare questa citazione aiuta a semplificare le cose. Capire a cosa serve ogni utensile, come funziona e come interagisce con gli altri utensili rappresenta circa un terzo della battaglia. Mantenere tutto sotto controllo e allineato rappresenta un altro terzo. L'ultimo terzo riguarda programmi di formazione per gli operatori, strategie di risoluzione dei problemi e procedure operative specifiche per ogni tubo o produttore di tubi.
La considerazione principale per gestire un mulino in modo efficiente è l'indipendenza dal mulino stesso, ovvero la materia prima. Ottenere la massima resa dal mulino significa ottenere la massima resa da ogni bobina alimentata al mulino. Tutto inizia con una decisione di acquisto.
Lunghezza della bobina. Nelson Abbey, direttore di Fives Bronx Inc. Abbey Products, ha dichiarato: "I laminatoi per tubi prosperano quando le bobine sono più lunghe. Lavorare bobine più corte significa lavorare più estremità. Ogni estremità della bobina richiede una saldatura di testa. Ogni saldatura di testa produce scarti.
La difficoltà in questo caso è che le bobine più lunghe possibile possono essere vendute a un prezzo maggiorato. Bobine più corte potrebbero essere disponibili a prezzi migliori. Gli addetti agli acquisti potrebbero voler risparmiare denaro, ma questo è in contrasto con il punto di vista del personale addetto alla produzione. Quasi tutti coloro che gestiscono una fabbrica concorderebbero sul fatto che la differenza di prezzo dovrebbe essere significativa per compensare le perdite di produzione associate a ulteriori chiusure della fabbrica.
Un altro aspetto da considerare, ha affermato Abbey, è la capacità dell'aspo svolgitore e qualsiasi altro vincolo all'ingresso del laminatoio. Potrebbe essere necessario investire in attrezzature di ingresso con capacità maggiore per gestire bobine più grandi e pesanti, per sfruttare i vantaggi derivanti dall'acquisto di bobine più grandi.
Anche la taglierina è un fattore da considerare, indipendentemente dal fatto che il taglio venga effettuato internamente o esternalizzato. Le taglierine hanno il peso e il diametro maggiori che possono gestire, quindi ottenere la migliore corrispondenza tra bobine e taglierine è fondamentale per massimizzare la produttività.
In sintesi, si tratta di un'interazione tra quattro fattori: le dimensioni e il peso della bobina, la larghezza necessaria della taglierina, la capacità della taglierina e la capacità dell'attrezzatura di ingresso.
Larghezza e condizioni della bobina. In officina, è ovvio che le bobine devono avere la larghezza e il calibro giusti per realizzare un prodotto, ma di tanto in tanto capitano degli errori. Gli operatori della laminazione possono spesso compensare larghezze delle strisce leggermente troppo piccole o troppo grandi, ma è solo una questione di grado. È fondamentale prestare molta attenzione alla larghezza delle strisce tagliate.
Anche le condizioni dei bordi della striscia rappresentano l'aspetto più importante. Una presentazione uniforme dei bordi, senza sbavature o altre incongruenze, è fondamentale per mantenere saldature uniformi lungo tutta la lunghezza della striscia, afferma Michael Strand, presidente di T&H Lemont. Anche l'avvolgimento iniziale, il taglio e il riavvolgimento entrano in gioco. Le bobine che non sono state maneggiate con cura possono piegarsi, il che è problematico. Il processo di formatura sviluppato dagli ingegneri degli stampi a rulli inizia con una striscia piatta anziché curva.
Note sugli utensili."Una buona progettazione dello stampo massimizza la produttività", ha affermato Stan Green, direttore generale di SST Forming Roll Inc. Egli sottolinea che non esiste una strategia univoca per la formatura dei tubi e, di conseguenza, nemmeno una strategia univoca per la progettazione dello stampo. I fornitori di utensili a rulli variano nel modo in cui lavorano i tubi e, di conseguenza, i loro prodotti. Anche le rese variano.
"Il raggio della superficie del rullo cambia costantemente, quindi la velocità di rotazione dell'utensile cambia lungo tutta la superficie dell'utensile", ha affermato. Naturalmente, il tubo passa attraverso il mulino a una sola velocità. Pertanto, la progettazione influisce sulla resa. Una progettazione scadente spreca materiale quando l'utensile è nuovo e la situazione peggiora con l'usura dell'utensile, ha aggiunto.
Per le aziende che non seguono il percorso di formazione e manutenzione, lo sviluppo di una strategia per ottimizzare l'efficienza degli impianti inizia dalle basi.
"Indipendentemente dallo stile della fabbrica e dai prodotti che realizza, tutte le fabbriche hanno due cose in comune: gli operatori e le procedure operative", ha affermato Abbey. Gestire una fabbrica nel modo più coerente possibile è una questione di fornire una formazione standardizzata e seguire procedure scritte, ha affermato. Le incongruenze nella formazione possono portare a differenze nella configurazione e nella risoluzione dei problemi.
Per ottenere il massimo da un impianto, da operatore a operatore, da turno a turno, ogni operatore deve utilizzare procedure di configurazione e risoluzione dei problemi coerenti. Qualsiasi differenza procedurale è solitamente dovuta a incomprensioni, cattive abitudini, scorciatoie e soluzioni alternative. Questi rendono sempre difficile gestire l'impianto in modo efficiente. Questi problemi possono essere interni o introdotti quando vengono assunti operatori qualificati dalla concorrenza, ma la fonte non fa differenza. La coerenza è fondamentale, anche per gli operatori che apportano esperienza.
"Ci vogliono anni per formare un operatore di un laminatoio per tubi e non si può davvero fare affidamento su un piano universale", ha affermato Strand. "Ogni azienda ha bisogno di un programma di formazione adatto al proprio stabilimento e alle proprie attività".
"I tre elementi chiave per un funzionamento efficiente sono la manutenzione della macchina, la manutenzione dei materiali di consumo e la calibrazione", ha affermato Dan Ventura, presidente di Ventura & Associates. "Una macchina ha molte parti mobili, che si tratti del mulino stesso o di periferiche in ingresso o in uscita, o del tavolo di battitura, o di qualsiasi altra cosa, e la manutenzione ordinaria è importante per mantenere la macchina in condizioni ottimali".
Strand concorda: "L'utilizzo di un programma di ispezione per la manutenzione preventiva è il punto di partenza di tutto", ha affermato. "Offre la migliore opportunità per gestire una fabbrica in modo redditizio. Se un produttore di tubi interviene solo in caso di emergenza, è fuori controllo. È in balia della prossima crisi".
"Ogni pezzo di attrezzatura nello stabilimento deve essere allineato", ha detto Ventura. "Altrimenti, la fabbrica andrà in crisi da sola".
"In molti casi, quando i rulli superano la loro vita utile, si induriscono e alla fine si rompono", ha affermato Ventura.
"Se i rulli non vengono tenuti in buone condizioni con una manutenzione regolare, allora necessitano di manutenzione di emergenza", afferma Ventura. Se gli utensili fossero stati trascurati, ripararli richiederebbe la rimozione di una quantità di materiale da due a tre volte superiore a quella che altrimenti si dovrebbe rimuovere, ha affermato. Inoltre, richiederebbe più tempo e sarebbe più costoso.
Investire in strumenti di riserva può aiutare a prevenire le emergenze, ha osservato Strand. Se lo strumento viene utilizzato frequentemente per operazioni a lungo termine, saranno necessari più pezzi di ricambio rispetto allo strumento utilizzato raramente per operazioni a breve termine. Anche la funzione dello strumento influisce sul livello di riserva. Le alette possono staccarsi dallo strumento per alette e i rulli di saldatura possono essere interessati dal calore della scatola di saldatura, problemi che non affliggono i rulli di formatura e dimensionamento.
"Una manutenzione regolare fa bene alle attrezzature e un corretto allineamento fa bene ai prodotti che realizza", ha affermato. Se questi aspetti vengono ignorati, i dipendenti della fabbrica dedicano sempre più tempo a cercare di recuperare. Questo tempo può essere utilizzato per realizzare prodotti di qualità e di successo. Questi due fattori sono così importanti e spesso trascurati o trascurati che, secondo Ventura, offrono la migliore opportunità per ottenere il massimo dall'impianto, massimizzare la resa e ridurre gli scarti.
Ventura paragona la manutenzione degli stabilimenti e dei materiali di consumo alla manutenzione delle automobili. Nessuno guiderebbe un'auto per decine di migliaia di miglia tra un cambio dell'olio e l'altro con le gomme scoperte. Ciò porterebbe a soluzioni costose o alla distruzione, anche per gli impianti scarsamente manutenuti.
È inoltre necessaria un'ispezione regolare dell'utensile dopo ogni lavorazione, ha affermato. Gli strumenti di ispezione possono rivelare problemi come sottili crepe. Tali danni vengono scoperti non appena l'utensile viene rimosso dalla fresatrice, anziché immediatamente prima che venga installato per la lavorazione successiva, dando così il tempo necessario per produrre un utensile sostitutivo.
"Alcune aziende stanno lavorando nonostante le chiusure programmate", ha affermato Green. Sapeva che sarebbe stato difficile rispettare una chiusura programmata in questa situazione, ma ha sottolineato che era molto pericoloso. Le aziende di spedizione e trasporto merci sono così sovraffollate o a corto di personale, o entrambe le cose, che ultimamente le consegne non vengono effettuate in tempo.
"Se qualcosa si rompe in fabbrica e devi ordinare un pezzo sostitutivo, cosa fai per fartelo consegnare?" ha chiesto. Naturalmente, il trasporto aereo è sempre un'opzione, ma può far salire alle stelle i costi di spedizione.
La manutenzione di laminatoi e cilindri non consiste semplicemente nel seguire un programma di manutenzione, ma nel coordinare il programma di manutenzione con il programma di produzione.
In tutte e tre le aree (operazioni, risoluzione dei problemi e manutenzione), l'ampiezza e la profondità dell'esperienza sono importanti. Warren Wheatman, vicepresidente della Die Business Unit di T&H Lemont, ha affermato che le aziende che dispongono solo di uno o due stabilimenti per produrre i propri tubi spesso hanno meno personale dedicato alla manutenzione degli stabilimenti e degli stabilimenti. Anche se il personale addetto alla manutenzione è competente, i piccoli reparti hanno meno esperienza rispetto ai reparti di manutenzione più grandi, il che svantaggia il personale più esiguo. Se l'azienda non dispone di un reparto di ingegneria, il reparto di manutenzione deve occuparsi autonomamente della risoluzione dei problemi e delle riparazioni.
Strand ha aggiunto che la formazione per i reparti operativi e di manutenzione è ora più importante che mai. L'ondata di pensionamenti associata all'invecchiamento della generazione dei baby boomer significa che la conoscenza tribale che un tempo scuoteva le aziende si sta esaurendo. Mentre molti produttori di tubi possono ancora contare sulla consulenza e sui consigli dei fornitori di apparecchiature, anche questa competenza non è più così abbondante come un tempo e si sta riducendo.
Il processo di saldatura è importante tanto quanto qualsiasi altro processo che avviene durante la produzione di un tubo o di una condotta, e il ruolo di una saldatrice non può essere sopravvalutato.
Saldatura a induzione. "Oggi, circa due terzi dei nostri ordini riguardano retrofit", ha affermato Prasek. "Di solito sostituiscono saldatrici vecchie e problematiche. La produttività è il fattore principale al momento".
Ha detto che molti erano in ritardo di otto gol perché la materia prima è arrivata in ritardo. "Di solito, quando finalmente arriva il materiale, il saldatore si ferma", ha detto. Un numero sorprendente di produttori di tubi utilizza addirittura macchine basate sulla tecnologia dei tubi a vuoto, il che significa che utilizzano macchine che hanno almeno 30 anni per la manutenzione. La conoscenza dell'assistenza per tali macchine non è ampia e i tubi di ricambio sono difficili da trovare.
La sfida per i produttori di tubi che ancora li utilizzano è il modo in cui invecchiano. Non si rompono in modo catastrofico, ma si degradano lentamente. Una soluzione è quella di utilizzare meno calore di saldatura e far funzionare il laminatoio a una velocità inferiore per compensare, il che può facilmente evitare l'esborso di capitale per investire in una nuova macchina. Ciò crea la falsa sensazione che tutto vada bene.
Investire in una nuova fonte di alimentazione per la saldatura a induzione può ridurre significativamente il consumo di elettricità dell'impianto, ha affermato Prasek. Alcuni stati, in particolare quelli con grandi popolazioni e reti elettriche sotto stress, offrono generosi sgravi fiscali sugli acquisti di apparecchiature a risparmio energetico. Una seconda motivazione per investire in nuovi prodotti è il potenziale per nuove possibilità di produzione, ha aggiunto.
"In genere, una nuova unità di saldatura è molto più efficiente di una vecchia e può far risparmiare migliaia di dollari offrendo una maggiore capacità di saldatura senza dover aggiornare il servizio elettrico", ha affermato Prasek.
Anche l'allineamento della bobina di induzione e del resistore è importante. John Holderman, direttore generale di EHE Consumables, afferma che una bobina di induzione correttamente selezionata e installata ha una posizione ottimale rispetto al rullo di saldatura e deve mantenere una distanza adeguata e costante attorno al tubo. Se impostata in modo errato, la bobina si guasterà prematuramente.
Il compito del bloccante è semplice: blocca il flusso di corrente elettrica, indirizzandolo verso il bordo della striscia e, come per ogni altra cosa nel laminatoio, il posizionamento è fondamentale, afferma. La posizione corretta è all'apice della saldatura, ma non è l'unico aspetto da considerare. L'installazione è fondamentale. Se è fissato a un mandrino che non è sufficientemente rigido da supportarlo, la posizione del bloccante potrebbe cambiare, trascinando di fatto il diametro interno lungo il fondo del tubo.
Sfruttando le tendenze nella progettazione dei materiali di consumo per saldatura, il concetto di bobina divisa può avere un impatto significativo sui tempi di attività dell'acciaieria.
"I mulini di grande diametro utilizzano da tempo design con bobina divisa", ha affermato Haldeman. "Per sostituire un singolo pezzo di bobina di induzione è necessario tagliare il tubo, sostituire la bobina e reinfilarla", ha spiegato. Il design della bobina divisa è composto da due parti, consentendo di risparmiare tempo e fatica.
"Sono stati utilizzati in grandi laminatoi, ma ci è voluta una certa ingegneria per applicare questo principio a piccole bobine", ha affermato. Ancora meno lavoro per il produttore. "Le piccole bobine in due pezzi hanno hardware specializzato e morsetti progettati in modo intelligente", ha affermato.
Per quanto riguarda il processo di raffreddamento del blocco, i produttori di tubi hanno due opzioni tradizionali: un sistema di raffreddamento centralizzato in fabbrica o un sistema idrico dedicato separato, che può risultare costoso.
"È meglio raffreddare il resistore con un refrigerante pulito", ha affermato Holderman. Per questo motivo, un piccolo investimento in un sistema di filtraggio dedicato per il refrigerante del laminatoio può aumentare notevolmente la durata dello starter.
Spesso il refrigerante del mulino viene utilizzato sullo starter, ma raccoglie le polveri metalliche. Nonostante tutti gli sforzi per intrappolare le polveri in un filtro centrale o catturarle con un sistema magnetico centrale, alcuni riescono a superarle e si ritrovano davanti all'ostacolo. Questo non è il posto giusto per le polveri metalliche.
"Si riscaldano nel campo di induzione e si bruciano nell'alloggiamento del resistore e nella ferrite, causando un guasto prematuro e quindi lo spegnimento per sostituire il resistore", ha affermato Holderman. "Si accumulano anche sulle bobine di induzione e alla fine causano danni da arco elettrico anche lì".