La produzione efficiente e di successo di tubi o condotte richiede l'ottimizzazione di 10.000 dettagli, inclusa la manutenzione delle attrezzature. Data la miriade di parti mobili presenti in ogni tipo di impianto e in ogni componente delle apparecchiature periferiche, attenersi al programma di manutenzione preventiva raccomandato dal produttore non è un compito facile. Foto: T & H Lemont Inc.
Nota dell'editore: Questa è la prima parte di una serie di due articoli sull'ottimizzazione delle operazioni degli impianti di laminazione di tubi. Leggi la seconda parte.
La produzione di prodotti tubolari può essere laboriosa, anche nelle migliori circostanze. Gli stabilimenti sono complessi, richiedono molta manutenzione ordinaria e, a seconda di ciò che producono, la concorrenza è agguerrita. Molti produttori di tubi metallici sono sottoposti a un'enorme pressione per massimizzare i tempi di attività e, di conseguenza, i ricavi, con poco tempo prezioso a disposizione per la manutenzione ordinaria.
Oggigiorno, per il settore non esiste uno scenario ideale. 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. Cicli di produzione più brevi comportano cambi di produzione più frequenti, il che non rappresenta un uso efficiente del tempo e della manodopera.
"In questo momento i tempi di produzione sono un bene prezioso", ha affermato Mark Prasek, responsabile vendite tubi per il Nord America presso EFD Induction.
Le conversazioni con esperti del settore su consigli e strategie per ottenere il massimo dal proprio impianto hanno rivelato alcuni temi ricorrenti:
Gestire un impianto con la massima efficienza significa ottimizzare decine di fattori, la maggior parte dei quali interagisce con altri, quindi ottimizzare le operazioni di un impianto non è necessariamente facile. La celebre frase di Bud Graham, ex editorialista del Tube & Pipe Journal, offre una prospettiva interessante: "Un laminatoio per tubi è un portautensili". Ricordare questa citazione aiuta a semplificare le cose. Capire cosa fa ogni strumento, come funziona e come interagisce con gli altri rappresenta circa un terzo del lavoro. Mantenere tutto in ordine e allineato costituisce un altro terzo. L'ultimo terzo riguarda i programmi di formazione per gli operatori, le strategie di risoluzione dei problemi e le procedure operative specifiche per ogni tubo o produttore di tubi.
La considerazione principale per gestire un mulino in modo efficiente è indipendente dal mulino stesso: la materia prima. Ottenere la massima produzione dal mulino significa ottenere la massima produzione 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 affermato: "I laminatoi per tubi prosperano quando la bobina è la più lunga. Lavorare bobine più corte significa lavorare più estremità della bobina. Ogni estremità della bobina richiede una saldatura di testa, e ogni saldatura di testa produce scarti.
La difficoltà sta nel fatto che le bobine più lunghe possibile possono essere vendute a un prezzo maggiorato. Le bobine più corte potrebbero essere disponibili a prezzi migliori. Gli addetti agli acquisti potrebbero voler risparmiare, ma ciò è in contrasto con il punto di vista del personale di produzione. Quasi tutti coloro che gestiscono una fabbrica concordano sul fatto che la differenza di prezzo debba essere significativa per compensare le perdite di produzione associate a ulteriori fermi impianto.
Un altro aspetto da considerare, ha affermato Abbey, è la capacità dello svolgitore e qualsiasi altro vincolo all'ingresso del laminatoio. Potrebbe essere necessario investire in attrezzature di ingresso con maggiore capacità per gestire bobine più grandi e pesanti, al fine di sfruttare i vantaggi derivanti dall'acquisto di bobine di dimensioni maggiori.
Anche la macchina da taglio è un fattore determinante, sia che il taglio venga effettuato internamente o esternamente. Le macchine da taglio hanno il peso e il diametro massimi che possono gestire, quindi trovare la combinazione migliore tra bobine e macchine da taglio 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 scontato che le bobine debbano avere la larghezza e lo spessore corretti per realizzare un prodotto, ma a volte possono verificarsi degli errori. Gli operatori del laminatoio possono spesso compensare larghezze del nastro leggermente inferiori o superiori, ma si tratta solo di una questione di grado. È fondamentale prestare particolare attenzione alla larghezza delle strisce tagliate.
Anche la condizione dei bordi del nastro è fondamentale. Una presentazione uniforme dei bordi, senza sbavature o altre imperfezioni, è essenziale per mantenere una saldatura omogenea lungo tutta la lunghezza del nastro, afferma Michael Strand, presidente di T&H Lemont. Anche l'avvolgimento iniziale, il taglio e il riavvolgimento giocano un ruolo importante. Le bobine che non sono state maneggiate con cura possono piegarsi, il che rappresenta un problema. Il processo di formatura sviluppato dagli ingegneri degli stampi a rulli inizia con un nastro piatto anziché curvo.
Note sugli utensili: "Una buona progettazione dello stampo massimizza la produttività", ha affermato Stan Green, direttore generale di SST Forming Roll Inc. Sottolinea che non esiste un'unica strategia per la formatura dei tubi e, di conseguenza, non esiste un'unica strategia per la progettazione degli stampi. I fornitori di utensili per la laminazione variano nel modo in cui lavorano i tubi e, di conseguenza, nei loro prodotti. Anche le rese variano.
"Il raggio della superficie di rotolamento cambia costantemente, quindi la velocità di rotazione dell'utensile varia lungo la sua superficie", ha spiegato. Naturalmente, il tubo attraversa il laminatoio a una sola velocità. Pertanto, la progettazione influisce sulla resa. Una progettazione scadente spreca materiale quando l'utensile è nuovo, e la situazione peggiora ulteriormente con l'usura dell'utensile, ha aggiunto.
Per le aziende che non si attengono al 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 significa fornire una formazione standardizzata e seguire le procedure scritte, ha spiegato. 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, turno dopo turno, ogni operatore deve utilizzare procedure di configurazione e risoluzione dei problemi coerenti. Eventuali differenze procedurali sono solitamente dovute a incomprensioni, cattive abitudini, scorciatoie e soluzioni improvvisate. Queste problematiche rendono sempre difficile la gestione efficiente dell'impianto. Tali problemi possono essere interni o introdotti quando si assumono operatori qualificati provenienti dalla concorrenza, ma la fonte non fa differenza. La coerenza è fondamentale, anche per gli operatori con esperienza.
"Ci vogliono anni per addestrare un operatore di un laminatoio per tubi, e non ci si può affidare a un piano standardizzato", ha affermato Strand. "Ogni azienda ha bisogno di un programma di formazione che si adatti al proprio stabilimento e alle proprie specifiche operazioni."
"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 in movimento, che si tratti del mulino stesso, delle periferiche in ingresso o in uscita, 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'adozione di un programma di ispezione e manutenzione preventiva è il punto di partenza", ha affermato. "Offre la migliore opportunità per gestire una fabbrica in modo redditizio. Se un produttore di tubi interviene solo in caso di emergenza, la situazione sfugge al suo controllo. È alla mercé della prossima crisi."
"Ogni singolo macchinario dello stabilimento deve essere allineato", ha affermato Ventura. "Altrimenti, la fabbrica si bloccherà da sola."
"In molti casi, quando i rulli superano la loro vita utile, si induriscono e alla fine si crepano", ha detto Ventura.
"Se i rulli non vengono mantenuti in buone condizioni con una manutenzione regolare, allora necessitano di manutenzione d'emergenza", afferma Ventura. Se gli utensili venissero trascurati, la loro riparazione richiederebbe la rimozione di una quantità di materiale da due a tre volte superiore rispetto al normale, ha spiegato. Inoltre, richiederebbe più tempo e costerebbe di più.
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 a uno 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 danneggiati dal calore della camera di saldatura, problemi che non affliggono i rulli di formatura e dimensionamento.
"Una manutenzione regolare è fondamentale per le attrezzature, e un corretto allineamento è essenziale per la qualità dei prodotti che realizzano", ha affermato. Se questi aspetti vengono trascurati, i dipendenti della fabbrica impiegano sempre più tempo a rimediare. Questo tempo potrebbe essere impiegato per realizzare prodotti di qualità e di successo commerciale. Questi due fattori sono così importanti e spesso trascurati che, secondo Ventura, rappresentano la migliore opportunità per ottenere il massimo dall'impianto, massimizzare la resa e ridurre gli scarti.
Ventura paragona la manutenzione degli impianti e dei materiali di consumo alla manutenzione delle automobili. Nessuno guiderebbe un'auto per decine di migliaia di chilometri tra un cambio d'olio e l'altro con pneumatici lisci. Questo porterebbe a soluzioni costose o alla distruzione dell'impianto, anche per quelli mal tenuti.
Secondo lui, è inoltre necessaria un'ispezione regolare dell'utensile dopo ogni ciclo di lavorazione. Gli utensili di ispezione possono rivelare problemi come sottili crepe. Tali danni vengono scoperti non appena l'utensile viene rimosso dal laminatoio, anziché immediatamente prima di installarlo per il ciclo successivo, dando così più tempo per fabbricare un utensile di ricambio.
"Alcune aziende stanno lavorando nonostante le chiusure programmate", ha detto 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 le consegne non sono puntuali in questo periodo.
"Se qualcosa si rompe in fabbrica e devi ordinare un pezzo di ricambio, come farai a riceverlo?" ha chiesto. Certo, il trasporto aereo è sempre un'opzione, ma può far lievitare i costi di spedizione.
La manutenzione di laminatoi e rulli non si limita a seguire un programma di manutenzione, ma consiste nel coordinare tale programma con il programma di produzione.
In tutti e tre i settori – operazioni, risoluzione dei problemi e manutenzione – l'ampiezza e la profondità dell'esperienza sono fondamentali. Warren Wheatman, vicepresidente della Die Business Unit di T&H Lemont, ha affermato che le aziende che possiedono solo uno o due stabilimenti per la produzione interna di tubi spesso hanno un numero inferiore di persone dedicate alla manutenzione di stabilimenti e stampi. Anche se il personale addetto alla manutenzione è competente, i reparti più piccoli hanno meno esperienza rispetto a quelli più grandi, il che li pone in una posizione di svantaggio. Se l'azienda non dispone di un reparto di ingegneria, il reparto di manutenzione deve occuparsi direttamente 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 dei baby boomer significa che il sapere tradizionale che un tempo era fondamentale per le aziende si sta esaurendo. Sebbene molti produttori di tubi possano ancora contare sulla consulenza e sui consigli dei fornitori di attrezzature, anche questa competenza non è più così abbondante come un tempo ed è in calo.
Il processo di saldatura è importante quanto qualsiasi altro processo che si verifica nella fabbricazione di un tubo o di una conduttura, e il ruolo di una saldatrice non può essere sottovalutato.
Saldatura a induzione. "Oggi, circa due terzi dei nostri ordini riguardano ammodernamenti", ha affermato Prasek. "Di solito sostituiscono saldatrici vecchie e problematiche. La produttività è il fattore determinante al momento."
Ha detto che molti erano indietro di otto obiettivi perché la materia prima arrivava in ritardo. "Di solito, quando il materiale finalmente arriva, 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 della manutenzione di tali macchine non è estesa e i tubi di ricambio stessi sono difficili da trovare.
La sfida per i produttori di tubi che li utilizzano ancora è il loro invecchiamento. 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'investimento iniziale in una nuova macchina. Questo crea la falsa impressione 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, soprattutto quelli con una popolazione numerosa e reti elettriche sovraccariche, offrono generosi sgravi fiscali sull'acquisto di apparecchiature a basso consumo energetico. Un secondo incentivo a investire in nuovi prodotti è il potenziale per nuove possibilità di produzione, ha aggiunto.
"Un'unità di saldatura più recente è spesso più efficiente di una più vecchia e può far risparmiare migliaia di dollari offrendo una maggiore capacità di saldatura senza dover potenziare l'impianto elettrico", ha affermato Prasek.
Anche l'allineamento della bobina di induzione e della resistenza è importante. John Holderman, direttore generale di EHE Consumables, afferma che una bobina di induzione selezionata e installata correttamente ha una posizione ottimale rispetto al rullo di saldatura e deve mantenere un'adeguata e costante distanza di sicurezza 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, dirigendola verso il bordo del nastro. Come per ogni altra cosa sul laminatoio, il posizionamento è fondamentale, afferma. La posizione corretta è all'apice della saldatura, ma non è l'unica considerazione. L'installazione è fondamentale. Se è fissato a un mandrino non sufficientemente rigido per sostenerlo, la posizione del bloccante potrebbe cambiare, trascinando di fatto il diametro interno lungo la parte inferiore del tubo.
Sfruttando le tendenze nella progettazione dei materiali di consumo per la saldatura, il concetto di bobina divisa può avere un impatto significativo sui tempi di attività dell'impianto di laminazione.
"I mulini di grande diametro utilizzano da tempo design a bobina divisa", ha affermato Haldeman. "Sostituire un singolo pezzo di bobina di induzione richiede di tagliare il tubo, sostituire la bobina e rifilettarla", ha spiegato. Il design a bobina divisa è composto da due parti, risparmiando tempo e fatica.
"Sono stati utilizzati nei grandi laminatoi, ma ci è voluta una certa ingegneria per applicare questo principio alle piccole bobine", ha affermato. "Ancora meno lavoro per il produttore. Le piccole bobine in due pezzi hanno componenti specializzati e morsetti progettati in modo intelligente", ha aggiunto.
Per quanto riguarda il processo di raffreddamento del bloccante, i produttori di tubi hanno due opzioni tradizionali: il sistema di raffreddamento centralizzato dello stabilimento o un sistema idrico dedicato separato, che può risultare costoso.
"È preferibile raffreddare la resistenza con un liquido refrigerante pulito", ha affermato Holderman. Per questo motivo, un piccolo investimento in un sistema di filtraggio dedicato per il liquido refrigerante del mulino può aumentare notevolmente la durata della resistenza.
Il liquido di raffreddamento del mulino viene spesso utilizzato sulla valvola di strozzatura, ma raccoglie particelle metalliche fini. Nonostante tutti gli sforzi per intrappolare le particelle fini in un filtro centrale o catturarle con un sistema magnetico centrale, alcune riescono a superare il filtro e a raggiungere l'ostacolo. Questo non è il posto adatto per le polveri metalliche.
"Si surriscaldano nel campo di induzione e si bruciano nell'involucro del resistore e nella ferrite, causando un guasto prematuro e quindi lo spegnimento per la sostituzione del resistore", ha affermato Holderman. "Inoltre, si accumulano sulle bobine di induzione e alla fine causano danni dovuti agli archi elettrici anche in quella zona."