パイプやパイプの製造を成功させ、効率的に行うには、設備のメンテナンスを含む 10,000 もの詳細を最適化する必要があります。あらゆるタイプのミルや周辺機器には無数の可動部品があるため、メーカーが推奨する予防保守スケジュールを遵守するのは容易ではありません。写真: T & H Lemont Inc.
編集者注：これは、チューブまたはパイプ製造工場の操業最適化に関する2部構成シリーズの第1部です。第2部も併せてお読みください。
管状製品の製造は、たとえ最良の条件下であっても、骨の折れる作業となる。工場は複雑で、定期的なメンテナンスが頻繁に必要となり、製造する製品によっては競争も激しい。多くの金属パイプメーカーは、稼働時間を最大化して収益を最大化するという大きなプレッシャーにさらされており、定期的なメンテナンスに割ける貴重な時間はほとんどない。
近年の業界にとって、理想的なシナリオは存在しない。材料費は高騰し、分納も珍しくない。パイプメーカーはこれまで以上に稼働時間を最大化し、不良品を削減する必要があるが、分納は稼働時間の短縮を意味する。生産量が減ると切り替え頻度が高くなり、時間と労力の効率的な利用とは言えない。
「現在、生産時間は非常に貴重なものとなっている」と、EFD Induction社の北米チューブ販売マネージャーであるマーク・プラセック氏は述べた。
プラントを最大限に活用するためのヒントや戦略について業界の専門家と話をしたところ、いくつかの共通するテーマが明らかになった。
プラントを最大限の効率で稼働させるには、数十もの要素を最適化する必要があり、それらのほとんどが互いに影響し合うため、プラントの操業を最適化することは必ずしも容易ではありません。かつてThe Tube & Pipe JournalのコラムニストだったBud Graham氏の聖句は、ある種の視点を与えてくれます。「チューブミルはツールホルダーである」。この言葉を覚えておくと、物事をシンプルに保つのに役立ちます。各ツールが何をするのか、どのように機能するのか、そして各ツールが他のツールとどのように相互作用するのかを理解することが、戦いの約3分の1です。すべてを保守し、調整しておくことが、さらに3分の1です。最後の3分の1は、オペレーターのトレーニングプログラム、トラブルシューティング戦略、および各パイプまたはパイプメーカー固有の特定の操作手順に関係します。
製粉所を効率的に運転するための主な考慮事項は、製粉所に依存しない原材料です。製粉所から最大の生産量を得るということは、製粉所に供給される各コイルから最大の生産量を得ることを意味します。それは購入決定から始まります。
コイルの長さ。ファイブズ・ブロンクス・インク・アビー・プロダクツのディレクター、ネルソン・アビー氏は次のように述べています。「チューブミルは、コイルが長いほど効率が良くなります。コイルが短いと、コイルの端を加工する回数が増えます。コイルの端ごとに突合せ溶接が必要となり、突合せ溶接のたびにスクラップが発生します。」
ここでの問題は、できるだけ長いコイルは高値で販売できるという点です。短いコイルの方が安く手に入る場合もあります。購買担当者はコスト削減を望むかもしれませんが、これは製造現場の担当者の考えとは相容れません。工場を経営するほぼ全員が、追加の工場閉鎖に伴う生産損失を補うには、価格差が相当大きくなければならないことに同意するでしょう。
アビー氏によると、もう一つ考慮すべき点は、デコイラーの処理能力と、製紙工場の入口側におけるその他の制約である。より大型で重いコイルを取り扱うためには、より処理能力の高い入口設備に投資し、大型コイルを購入するメリットを享受する必要があるかもしれない。
スリット加工を社内で行うか外部委託するかに関わらず、スリッターも重要な要素です。スリッターは処理できる最大重量と最大直径を備えているため、コイルとスリッターの最適な組み合わせを見つけることがスループットを最大化するために不可欠です。
要約すると、これはコイルのサイズと重量、スリッターに必要な幅、スリッターの処理能力、および投入装置の処理能力という4つの要素間の相互作用によって決まります。
コイルの幅と状態。工場では、製品を作るためにコイルの幅とゲージが適切でなければならないことは言うまでもないが、時折ミスが発生する。ミルオペレーターは、ストリップの幅がわずかに小さすぎたり大きすぎたりする場合でも補正できることが多いが、これは程度の問題にすぎない。スリット幅に細心の注意を払うことが重要である。
ストリップの端面の状態も最も重要な問題です。バリやその他の不整合のない、一貫した端面の状態は、ストリップの長さに沿って一貫した溶接を維持するために不可欠です、と T&H Lemont の社長である Michael Strand は述べています。最初のコイル巻き、スリット、巻き戻しも関係します。注意深く扱われていないコイルは曲がる可能性があり、これは問題です。ロールダイのエンジニアによって開発された成形プロセスは、湾曲したストリップではなく、平らなストリップから始まります。
ツールノート。「優れた金型設計はスループットを最大化します」と、SST Forming Roll Inc. のゼネラルマネージャーであるスタン・グリーン氏は述べた。同氏は、チューブ成形には単一の戦略はなく、したがって金型設計にも単一の戦略はないと指摘している。ロールツールサプライヤーはチューブの加工方法、ひいては製品の加工方法が異なる。歩留まりも異なる。
「ロール表面の半径は常に変化するため、工具の回転速度も工具表面全体で変化します」と彼は述べた。もちろん、チューブはミル内を一定の速度で通過する。したがって、設計は歩留まりに影響を与える。設計が不十分だと、工具が新品のときに材料が無駄になり、工具が摩耗するにつれて状況は悪化するだけだと彼は付け加えた。
研修やメンテナンスといった従来のやり方に固執しない企業にとって、工場の効率を最適化するための戦略を策定するには、まず基本から始める必要がある。
「工場のスタイルや製造する製品に関わらず、すべての工場には共通点が2つあります。それは作業員と作業手順です」とアビー氏は述べた。工場をできるだけ一貫して運営するには、標準化されたトレーニングを提供し、文書化された手順に従うことが重要だと彼は述べた。トレーニングに一貫性がないと、セットアップやトラブルシューティングに違いが生じる可能性がある。
工場の稼働率を最大限に高めるには、オペレーターからオペレーターへ、シフトからシフトへと、各オペレーターが一貫した設定手順とトラブルシューティング手順を使用する必要があります。手順の違いは、通常、誤解、悪い習慣、近道、回避策などが原因で発生します。これらは常に工場の効率的な稼働を困難にします。これらの問題は、社内で発生した場合もあれば、訓練を受けたオペレーターを競合他社から採用した際に持ち込まれた場合もありますが、発生源は関係ありません。経験豊富なオペレーターも含め、一貫性が鍵となります。
「製管工場のオペレーターを育成するには何年もかかるので、画一的な計画に頼ることはできません」とストランド氏は述べた。「どの企業も、自社の工場と業務内容に合った研修プログラムを必要としています。」
「効率的な操業の鍵となるのは、機械のメンテナンス、消耗品のメンテナンス、そして校正の3つです」と、ベンチュラ＆アソシエイツの社長であるダン・ベンチュラ氏は述べています。「機械には、ミル本体、入口側や出口側の周辺機器、叩き台など、多くの可動部品があります。そのため、機械を最高の状態に保つには、定期的なメンテナンスが重要です。」
ストランド氏も同意見だ。「予防保全点検プログラムの導入こそが、すべての出発点だ」と彼は述べた。「工場を収益性の高い形で運営するための最良の機会を提供してくれる。パイプ製造業者が緊急事態にしか対応しないのであれば、それは制御不能だ。次の危機に翻弄されることになるだろう。」
「工場内のすべての設備は正確に調整されていなければならない」とベンチュラ氏は述べた。「そうでなければ、工場は内部で衝突してしまうだろう。」
「多くの場合、ロールが耐用年数を超えると、加工硬化を起こし、最終的にひび割れが生じる」とベンチュラ氏は述べた。
「ロールを定期的なメンテナンスで良好な状態に保たなければ、緊急メンテナンスが必要になります」とベンチュラ氏は語る。工具の手入れを怠ると、修理には本来除去しなければならない量の2～3倍の材料を除去する必要が生じると彼は述べた。また、時間も費用もかかるという。
バックアップツールに投資することで、緊急事態を防ぐことができるとストランド氏は指摘した。ツールが長期間にわたって頻繁に使用される場合、短期間にまれに使用されるツールよりも多くのスペアパーツが必要になる。ツールの機能も予備レベルに影響を与える。フィンツールからフィンが外れたり、溶接ロールが溶接ボックスの熱の影響を受けたりする可能性があるが、成形ロールやサイジングロールでは問題にならない。
「定期的なメンテナンスは設備にとって良いことであり、適切な調整は製造される製品にとって良いことです」と彼は述べた。これらが無視されると、工場従業員はそれを補うためにますます多くの時間を費やすことになる。この時間は、優れたベストセラー製品を作るために使うことができる。これら2つの要素は非常に重要であり、しばしば見落とされたり無視されたりするため、ベンチュラの見解では、これらが工場を最大限に活用し、歩留まりを最大化し、不良品を減らすための最良の機会を提供する。
ベンチュラ氏は、製粉工場や消耗品のメンテナンスを自動車のメンテナンスになぞらえている。オイル交換の間隔が空くまで、タイヤが摩耗した状態で何万マイルも車を運転する人はいないだろう。メンテナンスが不十分な工場であっても、このような状況は高額な修理費用や設備の破壊につながる。
また、各加工後に工具を定期的に検査することも必要だと彼は述べた。検査ツールによって、微細な亀裂などの問題が明らかになることがある。このような損傷は、工具を次の加工のために設置する直前ではなく、加工機から工具を取り外した直後に発見されるため、交換用工具を製造するための時間を最大限に確保できる。
「一部の企業は予定されていた休業期間中も業務を続けています」とグリーン氏は述べた。彼は、このような状況で予定された休業に従うのは難しいだろうと分かっていたが、非常に危険だと指摘した。海運会社や貨物輸送会社は、過密状態だったり人手不足だったり、あるいはその両方だったりするため、最近は配達が時間通りに行われていない。
「工場で何かが壊れて交換品を注文しなければならない場合、どうやってそれを届けてもらうつもりですか？」と彼は尋ねた。もちろん、航空貨物は常に選択肢の一つだが、輸送コストが急激に上昇する可能性がある。
圧延機とロールのメンテナンスは、単にメンテナンススケジュールに従うだけでなく、メンテナンススケジュールと生産スケジュールを調整することである。
運用、トラブルシューティング、メンテナンスの 3 つの分野すべてにおいて、経験の幅と深さが重要です。T&H Lemont のダイ事業部門の副社長である Warren Wheatman 氏は、自社でチューブを生産する工場が 1 つまたは 2 つしかない企業は、工場とダイのメンテナンスに専念する人員が少ないことが多いと述べています。メンテナンス スタッフは知識豊富ですが、小規模な部門は大規模なメンテナンス部門よりも経験が少なく、小規模なスタッフは不利な立場に置かれます。会社にエンジニアリング部門がない場合、メンテナンス部門がトラブルシューティングと修理を自分たちで行う必要があります。
ストランド氏は、運用・保守部門のトレーニングがこれまで以上に重要になっていると付け加えた。ベビーブーム世代の高齢化に伴う退職の波は、かつて企業を揺るがした暗黙知が枯渇しつつあることを意味する。多くのチューブ製造業者は依然として機器サプライヤーのコンサルティングやアドバイスに頼ることができるが、この専門知識もかつてほど豊富ではなく、縮小している。
溶接工程は、パイプや配管を製造する際に行われる他のどの工程にも劣らず重要であり、溶接機の役割はいくら強調してもしすぎることはありません。
誘導溶接。「現在、当社の受注の約3分の2は改修工事向けです」とプラセック氏は述べた。「通常、古くて問題のある溶接機を交換するものです。今は生産量が主な原動力となっています。」
彼は、原材料の到着が遅れたために、多くの企業が8つの目標に遅れをとっていると述べた。「通常、材料がようやく届くと、溶接機が故障する」と彼は言った。驚くべきことに、真空管技術に基づいた機械を使用しているチューブ製造業者も多数あり、これは少なくとも30年前の機械を保守に使用していることを意味する。このような機械のサービスに関する知識は豊富ではなく、交換用チューブ自体を見つけるのも難しい。
パイプ製造業者が現在も使用しているパイプの課題は、パイプの経年劣化です。パイプは突然故障するのではなく、ゆっくりと劣化します。解決策の一つは、溶接熱を減らし、ミルを低速で運転して補うことで、新しい機械への投資という資本支出を容易に回避できます。これにより、すべてが順調であるという誤った認識が生まれます。
プラセク氏によると、新しい誘導溶接電源に投資することで、工場の電力使用量を大幅に削減できるという。人口が多く電力網に負荷がかかっている州などでは、エネルギー効率の高い機器の購入に対して寛大な税額控除を提供しているところもある。新製品への投資の2つ目の動機は、新たな生産の可能性が開けることだと同氏は付け加えた。
「一般的に、新しい溶接装置は古いものよりもはるかに効率が良く、電気設備をアップグレードすることなく溶接能力を向上させることで、数千ドルのコスト削減につながります」とプラセック氏は述べた。
誘導コイルと抵抗器の位置合わせも重要です。EHEコンシューマブルズのゼネラルマネージャーであるジョン・ホルダマン氏は、適切に選択および設置された誘導コイルは溶接ロールに対して最適な位置にあり、チューブの周囲に適切かつ一定のクリアランスを維持する必要があると述べています。設定が間違っていると、コイルは早期に故障します。
ブロッカーの役割は単純で、電流の流れを遮断し、ストリップの端に電流を誘導することです。そして、ミル上の他のすべてのものと同様に、位置決めが重要だと彼は言います。正しい位置は溶接の頂点ですが、考慮すべき点はそれだけではありません。取り付けが重要です。ブロッカーを支えるのに十分な剛性のないマンドレルに固定すると、ブロッカーの位置が変わってしまい、実際にはチューブの底に沿って内径が引きずられてしまいます。
溶接消耗品の設計におけるトレンドを活用することで、分割コイル方式は製鉄所の稼働時間に大きな影響を与える可能性がある。
「大口径の圧延機では、長年にわたり分割コイル設計が採用されてきました」とハルデマン氏は述べた。「誘導コイルを1つ交換するには、パイプを切断し、コイルを交換し、再びねじ込む必要があります」と彼は述べた。分割コイル設計は2つの部品で構成されているため、時間と労力を節約できます。
「これらは大型圧延機で使用されてきましたが、この原理を小型コイルに適用するには高度なエンジニアリングが必要でした」と彼は述べた。「メーカーにとってはさらに手間が省けます。小型の2ピースコイルには、専用のハードウェアと巧妙に設計されたクランプが使用されています」と彼は述べた。
ブロッカーの冷却プロセスに関して、パイプメーカーには従来から2つの選択肢がある。工場内の中央冷却システムか、または費用がかさむ可能性のある専用の独立した水システムである。
「抵抗器を冷却するには、きれいな冷却液を使うのが一番です」とホルダマン氏は述べた。そのため、製鉄所の冷却液専用のチョークフィルターシステムに少し投資するだけで、チョークの寿命を大幅に延ばすことができる。
ミル冷却液はチョークによく使用されますが、ミル冷却液は金属粉を集めます。中央フィルターで粉を捕捉したり、中央磁石システムで捕集したりするあらゆる努力にもかかわらず、一部の人はそれを通り抜けて障害物にたどり着きます。ここは金属粉末を扱う場所ではありません。
「それらは誘導磁場の中で加熱され、抵抗器の筐体やフェライトに焼き付いてしまうため、早期故障の原因となり、抵抗器を交換するためにシステムが停止します」とホルダマン氏は述べた。「また、誘導コイルにも蓄積し、最終的にはそこでアーク放電を起こして損傷を引き起こすこともあります。」