Việc sản xuất ống hoặc đường ống thành công và hiệu quả đòi hỏi tối ưu hóa 10.000 chi tiết, bao gồm cả bảo trì thiết bị. Với vô số các bộ phận chuyển động trong mỗi loại máy cán và mỗi thiết bị ngoại vi, việc tuân thủ lịch bảo trì phòng ngừa do nhà sản xuất khuyến nghị không phải là điều dễ dàng. Ảnh: T & H Lemont Inc.
Ghi chú của biên tập viên: Đây là phần đầu tiên trong loạt bài gồm hai phần về tối ưu hóa hoạt động sản xuất ống thép. Hãy đọc phần thứ hai.
Sản xuất các sản phẩm dạng ống có thể rất tốn nhiều công sức, ngay cả trong điều kiện tốt nhất. Các nhà máy rất phức tạp, đòi hỏi nhiều bảo trì thường xuyên, và tùy thuộc vào sản phẩm họ sản xuất, sự cạnh tranh rất khốc liệt. Nhiều nhà sản xuất ống kim loại đang chịu áp lực rất lớn để tối đa hóa thời gian hoạt động nhằm tối đa hóa doanh thu, trong khi thời gian dành cho bảo trì định kỳ lại rất hạn chế.
Hiện nay không có kịch bản lý tưởng nào cho ngành công nghiệp này. Vật liệu đắt đỏ và việc giao hàng không đầy đủ không phải là hiếm. Giờ đây, hơn bao giờ hết, các nhà sản xuất ống cần tối đa hóa thời gian hoạt động và giảm thiểu phế phẩm, và việc nhận hàng giao không đầy đủ đồng nghĩa với việc giảm thời gian hoạt động. Các lô hàng ngắn hơn đồng nghĩa với việc thay đổi dây chuyền sản xuất thường xuyên hơn, điều này không phải là cách sử dụng thời gian và nhân công hiệu quả.
“Thời gian sản xuất hiện nay vô cùng quý giá,” Mark Prasek, Giám đốc Kinh doanh Ống dẫn khu vực Bắc Mỹ tại EFD Induction, cho biết.
Qua các cuộc trò chuyện với các chuyên gia trong ngành về những lời khuyên và chiến lược để tận dụng tối đa năng lực của nhà máy, một số chủ đề lặp đi lặp lại đã được hé lộ:
Vận hành một nhà máy ở hiệu suất tối đa có nghĩa là tối ưu hóa hàng tá yếu tố, hầu hết trong số đó tương tác với nhau, vì vậy việc tối ưu hóa hoạt động của nhà máy không nhất thiết là dễ dàng. Câu nói kinh điển của cựu nhà báo chuyên mục của tạp chí The Tube & Pipe Journal, Bud Graham, đã mang đến một góc nhìn khác: “Nhà máy cán ống là một cái giá đựng dụng cụ.” Ghi nhớ câu nói này giúp mọi thứ trở nên đơn giản hơn. Hiểu được chức năng của từng dụng cụ, cách thức hoạt động và cách mỗi dụng cụ tương tác với các dụng cụ khác chỉ chiếm khoảng một phần ba thành công. Duy trì và đảm bảo mọi thứ được căn chỉnh đúng cách chiếm một phần ba khác. Phần ba cuối cùng liên quan đến các chương trình đào tạo người vận hành, chiến lược khắc phục sự cố và các quy trình vận hành cụ thể, độc đáo cho từng loại ống hoặc nhà sản xuất ống.
Yếu tố quan trọng hàng đầu để vận hành nhà máy hiệu quả không phụ thuộc vào loại nhà máy. Đó chính là nguyên liệu thô. Để đạt được sản lượng tối đa từ nhà máy, cần phải tối đa hóa hiệu suất của từng cuộn thép được đưa vào. Mọi thứ bắt đầu từ quyết định mua hàng.
Chiều dài cuộn. Nelson Abbey, giám đốc của Fives Bronx Inc. Abbey Products, cho biết: “Các nhà máy sản xuất ống hoạt động tốt nhất khi các cuộn ống dài nhất. Gia công các cuộn ống ngắn hơn có nghĩa là phải gia công nhiều đầu cuộn hơn. Mỗi đầu cuộn ống đều cần một mối hàn đối đầu. Mỗi mối hàn đối đầu đều tạo ra phế liệu.”
Khó khăn ở đây là các cuộn dây càng dài càng tốt có thể được bán với giá cao hơn. Các cuộn dây ngắn hơn có thể được bán với giá tốt hơn. Các nhà thu mua có thể muốn tiết kiệm tiền, nhưng điều này không phù hợp với quan điểm của nhân viên sản xuất. Hầu hết mọi người điều hành nhà máy đều đồng ý rằng sự chênh lệch giá phải đáng kể để bù đắp cho những tổn thất sản xuất liên quan đến việc ngừng hoạt động nhà máy thêm nữa.
Abbey cho biết, một yếu tố khác cần xem xét là công suất của máy tháo cuộn và bất kỳ hạn chế nào khác ở đầu vào của nhà máy. Có thể cần phải đầu tư vào thiết bị đầu vào có công suất cao hơn để xử lý các cuộn thép lớn hơn, nặng hơn nhằm tận dụng lợi ích của việc mua các cuộn thép lớn hơn.
Máy xẻ cuộn cũng là một yếu tố quan trọng, dù việc xẻ cuộn được thực hiện nội bộ hay thuê ngoài. Máy xẻ cuộn có khả năng xử lý trọng lượng và đường kính lớn nhất, vì vậy việc lựa chọn máy xẻ cuộn phù hợp là rất quan trọng để tối đa hóa năng suất.
Tóm lại, đó là sự tương tác giữa bốn yếu tố: kích thước và trọng lượng của cuộn dây, chiều rộng cần thiết của máy cắt, công suất của máy cắt và công suất của thiết bị đầu vào.
Chiều rộng và tình trạng cuộn thép. Trên dây chuyền sản xuất, điều hiển nhiên là các cuộn thép phải có chiều rộng và độ dày phù hợp để tạo ra sản phẩm, nhưng sai sót vẫn xảy ra thường xuyên. Các công nhân vận hành máy cán thường có thể bù trừ cho chiều rộng dải thép hơi nhỏ hơn hoặc lớn hơn một chút, nhưng đây chỉ là vấn đề về mức độ. Việc chú ý cẩn thận đến chiều rộng của các cuộn thép xẻ rãnh là rất quan trọng.
Tình trạng mép của dải thép cũng là vấn đề quan trọng nhất. Theo Michael Strand, chủ tịch của T&H Lemont, việc đảm bảo mép thép đồng nhất, không có gờ hoặc bất kỳ sự không đồng nhất nào khác, là rất quan trọng để duy trì các mối hàn nhất quán dọc theo chiều dài dải thép. Quá trình cuộn ban đầu, xẻ rãnh và cuộn lại cũng đóng vai trò quan trọng. Các cuộn thép không được xử lý cẩn thận có thể bị cong, điều này gây ra vấn đề. Quy trình tạo hình được phát triển bởi các kỹ sư khuôn cuộn bắt đầu với dải thép phẳng chứ không phải dải thép cong.
Ghi chú về dụng cụ. “Thiết kế khuôn tốt sẽ tối đa hóa năng suất,” ông Stan Green, tổng giám đốc của SST Forming Roll Inc., cho biết. Ông chỉ ra rằng không có một chiến lược duy nhất nào cho việc tạo hình ống, và do đó không có một chiến lược duy nhất nào cho thiết kế khuôn. Các nhà cung cấp dụng cụ cán khác nhau về cách họ xử lý ống và do đó, sản phẩm của họ cũng khác nhau. Năng suất cũng khác nhau.
“Bán kính bề mặt trục lăn liên tục thay đổi, do đó tốc độ quay của dụng cụ cũng thay đổi trên bề mặt dụng cụ,” ông nói. Tất nhiên, ống chỉ đi qua máy cán với một tốc độ duy nhất. Vì vậy, thiết kế ảnh hưởng đến năng suất. Thiết kế kém sẽ gây lãng phí vật liệu khi dụng cụ còn mới, và tình trạng này càng tồi tệ hơn khi dụng cụ bị mòn, ông nói thêm.
Đối với các công ty không chỉ tập trung vào đào tạo và bảo trì, việc xây dựng chiến lược tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của nhà máy bắt đầu từ những điều cơ bản.
“Bất kể kiểu dáng nhà máy và sản phẩm mà nó sản xuất, tất cả các nhà máy đều có hai điểm chung – đó là người vận hành và quy trình vận hành,” Abbey nói. Ông cho biết, vận hành một nhà máy một cách nhất quán nhất có thể là vấn đề cung cấp đào tạo tiêu chuẩn hóa và tuân theo các quy trình bằng văn bản. Sự không nhất quán trong đào tạo có thể dẫn đến sự khác biệt trong thiết lập và khắc phục sự cố.
Để vận hành nhà máy hiệu quả nhất, từ người vận hành này đến người vận hành khác, từ ca này đến ca khác, mỗi người vận hành phải sử dụng các quy trình thiết lập và khắc phục sự cố nhất quán. Bất kỳ sự khác biệt nào về quy trình thường là do hiểu lầm, thói quen xấu, lối tắt và cách làm tắt. Những điều này luôn gây khó khăn cho việc vận hành nhà máy một cách hiệu quả. Những vấn đề này có thể phát sinh nội bộ hoặc do việc tuyển dụng những người vận hành được đào tạo từ các đối thủ cạnh tranh, nhưng nguồn gốc không quan trọng. Tính nhất quán là chìa khóa, bao gồm cả những người vận hành có kinh nghiệm.
“Phải mất nhiều năm để đào tạo một người vận hành máy cán ống, và bạn thực sự không thể dựa vào một kế hoạch áp dụng cho tất cả,” Strand nói. “Mỗi công ty cần một chương trình đào tạo phù hợp với nhà máy và hoạt động riêng của mình.”
“Ba yếu tố then chốt để vận hành hiệu quả là bảo trì máy móc, bảo trì vật tư tiêu hao và hiệu chuẩn,” Dan Ventura, chủ tịch của Ventura & Associates, cho biết. “Một máy móc có rất nhiều bộ phận chuyển động – cho dù đó là chính máy nghiền hay các thiết bị ngoại vi ở đầu vào hoặc đầu ra, hoặc bàn đập, hoặc bất cứ thứ gì khác – và bảo trì định kỳ rất quan trọng để giữ cho máy móc ở trạng thái tốt nhất.”
Strand đồng ý. "Việc sử dụng chương trình kiểm tra bảo trì phòng ngừa là bước khởi đầu," ông nói. "Nó mang lại cơ hội tốt nhất để vận hành nhà máy một cách có lợi nhuận. Nếu một nhà sản xuất ống chỉ phản ứng khi có sự cố khẩn cấp, họ sẽ mất kiểm soát. Họ sẽ phụ thuộc vào cuộc khủng hoảng tiếp theo."
“Mọi thiết bị trong nhà máy đều phải được đồng bộ hóa,” Ventura nói. “Nếu không, nhà máy sẽ tự xung đột với chính nó.”
“Trong nhiều trường hợp, khi các trục lăn vượt quá tuổi thọ sử dụng, chúng sẽ bị cứng lại và cuối cùng bị nứt”, Ventura nói.
“Nếu các trục lăn không được bảo dưỡng thường xuyên và giữ gìn trong tình trạng tốt, thì chúng sẽ cần bảo dưỡng khẩn cấp,” Ventura nói. Ông cho biết thêm, nếu các dụng cụ bị bỏ bê, việc sửa chữa sẽ đòi hỏi phải loại bỏ lượng vật liệu gấp hai đến ba lần so với bình thường. Điều này cũng tốn nhiều thời gian và chi phí hơn.
Ông Strand lưu ý rằng đầu tư vào các công cụ dự phòng có thể giúp ngăn ngừa các trường hợp khẩn cấp. Nếu công cụ được sử dụng thường xuyên trong thời gian dài, sẽ cần nhiều phụ tùng thay thế hơn so với công cụ được sử dụng không thường xuyên trong thời gian ngắn. Chức năng của công cụ cũng ảnh hưởng đến mức dự trữ. Các cánh tản nhiệt có thể bị bong ra khỏi công cụ tạo cánh tản nhiệt và các con lăn hàn có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của hộp hàn, những vấn đề không xảy ra với các con lăn định hình và định cỡ.
“Bảo trì thường xuyên rất tốt cho thiết bị, và việc căn chỉnh đúng cách rất tốt cho các sản phẩm mà nó sản xuất ra,” ông nói. Nếu bỏ qua những điều này, nhân viên nhà máy sẽ phải dành ngày càng nhiều thời gian để bù đắp lại. Thời gian đó có thể được sử dụng để sản xuất ra những sản phẩm tốt, bán chạy nhất. Hai yếu tố này rất quan trọng và thường bị bỏ qua hoặc xem nhẹ, theo quan điểm của Ventura, chúng mang lại cơ hội tốt nhất để tận dụng tối đa nhà máy, tối đa hóa năng suất và giảm phế phẩm.
Ventura ví việc bảo dưỡng máy móc và vật tư tiêu hao giống như bảo dưỡng ô tô. Không ai lại lái một chiếc ô tô hàng chục nghìn dặm mà không thay dầu với lốp mòn hết. Điều này sẽ dẫn đến những giải pháp tốn kém hoặc hư hỏng, ngay cả đối với những nhà máy được bảo trì kém.
Ông cũng cho biết, việc kiểm tra định kỳ dụng cụ sau mỗi lần vận hành là rất cần thiết. Các dụng cụ kiểm tra có thể phát hiện ra các vấn đề như vết nứt nhỏ. Những hư hỏng như vậy được phát hiện ngay khi dụng cụ được tháo ra khỏi máy, thay vì ngay trước khi dụng cụ được lắp đặt cho lần vận hành tiếp theo, giúp có nhiều thời gian nhất để chế tạo dụng cụ thay thế.
“Một số công ty đang hoạt động theo lịch trình đóng cửa,” Green nói. Ông biết rằng việc tuân thủ lịch đóng cửa trong tình huống này sẽ rất khó khăn, nhưng ông nhấn mạnh rằng điều đó rất nguy hiểm. Các công ty vận chuyển và vận tải hàng hóa đang quá tải hoặc thiếu nhân viên, hoặc cả hai, dẫn đến việc giao hàng không đúng giờ trong những ngày này.
“Nếu có thứ gì đó bị hỏng ở nhà máy và bạn phải đặt hàng thay thế, bạn sẽ làm gì để vận chuyển nó đến?” ông ấy hỏi. Tất nhiên, vận chuyển bằng đường hàng không luôn là một lựa chọn, nhưng nó có thể làm tăng chi phí vận chuyển lên rất cao.
Việc bảo trì các nhà máy cán thép và trục cán không chỉ đơn thuần là tuân theo lịch bảo trì, mà còn phải phối hợp lịch bảo trì với lịch sản xuất.
Trong cả ba lĩnh vực – vận hành, khắc phục sự cố và bảo trì – bề rộng và chiều sâu kinh nghiệm đều rất quan trọng. Warren Wheatman, phó chủ tịch bộ phận khuôn mẫu của T&H Lemont, cho biết các công ty chỉ có một hoặc hai nhà máy sản xuất ống thường có ít nhân viên chuyên trách bảo trì nhà máy và khuôn mẫu. Mặc dù đội ngũ bảo trì có kiến ​​thức chuyên môn, nhưng các bộ phận nhỏ thường có ít kinh nghiệm hơn các bộ phận bảo trì lớn hơn, khiến nhân viên ít kinh nghiệm hơn gặp bất lợi. Nếu công ty không có bộ phận kỹ thuật, bộ phận bảo trì phải tự mình thực hiện việc khắc phục sự cố và sửa chữa.
Strand nói thêm rằng việc đào tạo cho các bộ phận vận hành và bảo trì hiện nay quan trọng hơn bao giờ hết. Làn sóng nghỉ hưu của thế hệ bùng nổ dân số đang già đi đồng nghĩa với việc kiến ​​thức chuyên môn từng làm nên chuyện của các công ty đang dần cạn kiệt. Mặc dù nhiều nhà sản xuất ống vẫn có thể dựa vào tư vấn và lời khuyên từ các nhà cung cấp thiết bị, nhưng ngay cả chuyên môn này cũng không còn dồi dào như trước và đang ngày càng thu hẹp.
Quá trình hàn cũng quan trọng như bất kỳ quá trình nào khác diễn ra trong quá trình sản xuất ống hoặc đường ống, và vai trò của máy hàn là không thể xem nhẹ.
Hàn cảm ứng.“Hiện nay, khoảng hai phần ba đơn đặt hàng của chúng tôi là để nâng cấp,” Prasek nói. “Chúng thường thay thế các máy hàn cũ, hay gặp sự cố. Năng suất là yếu tố chính thúc đẩy hiện nay.”
Ông nói rằng nhiều người chậm tiến độ tám mục tiêu vì nguyên liệu thô đến muộn. "Thông thường khi nguyên liệu cuối cùng cũng đến, thì máy hàn lại bị hỏng", ông nói. Một số lượng đáng ngạc nhiên các nhà sản xuất ống thậm chí còn sử dụng máy móc dựa trên công nghệ ống chân không, điều đó có nghĩa là họ đang sử dụng những máy móc ít nhất 30 năm tuổi để bảo trì. Kiến thức về bảo dưỡng những máy móc như vậy không rộng rãi, và bản thân các ống thay thế cũng khó tìm.
Thách thức đối với các nhà sản xuất ống vẫn đang sử dụng loại ống này là vấn đề tuổi thọ của chúng. Chúng không hỏng đột ngột mà xuống cấp từ từ. Một giải pháp là sử dụng ít nhiệt hàn hơn và vận hành máy ở tốc độ chậm hơn để bù lại, điều này có thể dễ dàng tránh được chi phí đầu tư ban đầu cho một máy móc mới. Điều này tạo ra cảm giác sai lầm rằng mọi thứ đều ổn.
Ông Prasek cho biết, đầu tư vào nguồn điện hàn cảm ứng mới có thể giảm đáng kể lượng điện tiêu thụ của nhà máy. Một số tiểu bang—đặc biệt là những tiểu bang có dân số đông và lưới điện quá tải—cung cấp các khoản giảm thuế hào phóng cho việc mua thiết bị tiết kiệm năng lượng. Ông nói thêm, động lực thứ hai để đầu tư vào các sản phẩm mới là tiềm năng mở ra các khả năng sản xuất mới.
“Thông thường, một máy hàn mới sẽ hiệu quả hơn nhiều so với máy cũ, và nó có thể tiết kiệm hàng ngàn đô la bằng cách cung cấp công suất hàn lớn hơn mà không cần nâng cấp hệ thống điện,” ông Prasek cho biết.
Việc căn chỉnh cuộn cảm ứng và điện trở cũng rất quan trọng. John Holderman, tổng giám đốc của EHE Consumers, cho biết một cuộn cảm ứng được lựa chọn và lắp đặt đúng cách sẽ có vị trí tối ưu so với trục hàn, và cần duy trì khoảng cách phù hợp và ổn định xung quanh ống. Nếu đặt không đúng cách, cuộn cảm ứng sẽ bị hỏng sớm.
Chức năng của bộ phận chặn rất đơn giản – nó chặn dòng điện, hướng dòng điện về phía mép của dải kim loại – và cũng như mọi thứ khác trên máy, vị trí đặt rất quan trọng, ông nói. Vị trí chính xác là ở đỉnh của mối hàn, nhưng đó không phải là yếu tố duy nhất cần xem xét. Việc lắp đặt rất quan trọng. Nếu nó được gắn vào một trục gá không đủ cứng để đỡ nó, vị trí của bộ phận chặn có thể thay đổi, thậm chí nó còn kéo phần bên trong của ống dọc theo đáy ống.
Tận dụng các xu hướng trong thiết kế vật liệu hàn, khái niệm cuộn dây chia nhỏ có thể tác động đáng kể đến thời gian hoạt động của nhà máy.
“Các nhà máy cán đường kính lớn từ lâu đã sử dụng thiết kế cuộn cảm tách rời,” Haldeman cho biết. “Việc thay thế một cuộn cảm ứng nguyên khối đòi hỏi phải cắt ống, thay thế cuộn cảm và làm lại ren,” ông nói. Thiết kế cuộn cảm tách rời gồm hai phần, giúp tiết kiệm thời gian và công sức của bạn.
“Chúng đã được sử dụng trong các nhà máy cán thép lớn, nhưng cần một số kỹ thuật phức tạp để áp dụng nguyên lý này cho các cuộn thép nhỏ,” ông nói. “Thậm chí còn ít công việc hơn cho nhà sản xuất. Các cuộn thép nhỏ hai mảnh có phần cứng chuyên dụng và kẹp được thiết kế khéo léo,” ông cho biết.
Về quy trình làm mát bộ phận chặn, các nhà sản xuất ống có hai lựa chọn truyền thống: hệ thống làm mát trung tâm trong nhà máy hoặc hệ thống nước riêng biệt, điều này có thể tốn kém.
“Tốt nhất là nên làm mát điện trở bằng chất làm mát sạch,” Holderman nói. Vì lý do này, một khoản đầu tư nhỏ vào hệ thống lọc chuyên dụng cho chất làm mát máy cán có thể giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của bộ phận điều tiết lưu.
Chất làm mát máy nghiền thường được sử dụng trên van tiết lưu, nhưng chất làm mát này lại thu gom các hạt kim loại mịn. Mặc dù đã nỗ lực hết sức để giữ lại các hạt mịn trong bộ lọc trung tâm hoặc thu giữ chúng bằng hệ thống nam châm trung tâm, nhưng vẫn có một số hạt lọt qua và rơi vào tình trạng tắc nghẽn. Đây không phải là nơi dành cho bột kim loại.
“Chúng nóng lên trong từ trường cảm ứng và tự cháy vào vỏ điện trở và lõi ferrite, gây ra hỏng hóc sớm và sau đó làm tắt máy để thay thế điện trở,” Holderman nói. “Chúng cũng tích tụ trên các cuộn cảm ứng và cuối cùng gây ra hư hỏng do phóng điện hồ quang ở đó.”