Conseils pour maximiser l'efficacité des usines de tubes et de tubes (Partie II)

Tout le monde, dans chaque industrie de transformation, souhaite une disponibilité maximale et un rendement maximal, mais lorsque les matières premières sont chères et rares, ces préoccupations sont particulièrement aiguës. Getty Images

Note de l'éditeur : Il s'agit du deuxième volet d'une série en deux parties sur l'optimisation des opérations d'usines de tubes ou de tuyaux. Lire la première partie ici.

"Les limites se situent souvent dans les zones d'entrée et de sortie", a déclaré Nelson Abbey, directeur d'Abbey Products chez Fives Bronx Inc. L'efficacité des opérations de broyage peut être entravée par la manipulation des matériaux et l'assemblage des bobines à l'extrémité d'entrée ; couper le produit à longueur et retirer les tubes du laminoir ont également tendance à imposer des limites à l'extrémité de sortie.

Obtenir la bobine dans le moulin. Si les bobines sont longues, le soudage bout à bout de la bobine sortante à la bobine entrante peut avoir lieu toutes les 15 ou 20 minutes, et l'opérateur obtient une pause entre chacune, a déclaré Abbey. Si les bobines sont courtes et ne prennent que 5 min. ou alors pour se frayer un chemin à travers l'usine, le processus d'assemblage en bout est susceptible d'être la limite de productivité de l'usine. Des bobines plus longues signifient des arrêts de broyage moins fréquents et mettent moins de stress sur l'opérateur, a-t-il déclaré.

La plupart de ces soudures bout à bout n'ont qu'un seul but - maintenir les deux bobines jointes jusqu'à ce que la nouvelle bobine ait traversé le broyeur - et la soudure bout à bout est jetée après que cette section a traversé la coupure.

Pour certaines applications, la soudure bout à bout a un deuxième objectif. Pour les grandes longueurs de tubes enroulés, qui peuvent atteindre des kilomètres de long, les soudures bout à bout sont une caractéristique du produit et doivent être tout aussi durables et étanches que les soudures longitudinales. Bien qu'un processus de soudage à l'arc soit traditionnel, la technologie laser fait des percées par rapport à cette application, a déclaré Kevin Arnold, directeur des ventes Midwest pour IPG Photonics. Les avantages sont les mêmes que ceux de la réalisation de la soudure longitudinale avec la technologie laser, en particulier l'apport de chaleur minimal et la distorsion minimale qui en résulte.

"L'apport de chaleur plus faible et la zone affectée par la chaleur plus petite créent une soudure plus durable", a déclaré Mark Wagner, vice-président des ventes de Guild International. "Une soudure dure et cassante a tendance à se rompre lorsque le joint se déplace dans le laminoir. La tension peut être énorme et est souvent plus que suffisante pour rompre la soudure. Lors de l'utilisation d'un laser pour joindre les bobines, Guild a constaté que les ruptures de soudure sont considérablement réduite et que la ligne peut se remettre en marche beaucoup plus rapidement. »

"Un autre problème est l'épaisseur du cordon de soudure", a-t-il déclaré. "Les processus de soudage à l'arc laissent généralement un cordon de soudure épais. L'épaisseur supplémentaire accélère l'usure de l'outillage du rouleau et d'autres équipements, comme les niveleurs de tension en ligne, de sorte que la soudure doit être traitée avec un fraisage manuel ou automatique pour réduire le cordon de soudure, donc l'épaisseur est constante. Le soudage au laser ne laisse pas de cordon de soudure en relief, ce qui élimine les traitements post-soudage tels que le fraisage.

Le processus initial, la soudure bout à bout, a également tendance à aller plus rapidement avec le soudage au laser que les processus de soudage à l'arc, a-t-il ajouté.

Faites-le, coupez-le et sortez-le. Lorsque tout est presque dit et fait sur le broyeur, l'accent est mis sur le processus de coupure. Certains produits prennent simplement plus de temps à couper que d'autres. Même un produit qui est généralement fabriqué à un rythme rapide et facile à couper, par exemple un tube à paroi légère et de petit diamètre, peut ralentir une usine si les longueurs de coupe finales sont courtes. La scie doit se déplacer à la même vitesse que le tube pour effectuer la coupe, revenir à sa position de départ, puis remonter à la vitesse de la fraiseuse pour effectuer la coupe suivante. Au fur et à mesure que les longueurs de coupe diminuent, les accélérations de la scie doivent devenir de plus en plus rapides pour suivre le rythme.

Au-delà de la coupure, effectuer la finition dans le cadre du processus de production peut créer un goulot d'étranglement.

"Le rinçage des puces hors du tube, leur face et leur regroupement sont des processus supplémentaires qui ralentissent généralement une ligne", a déclaré Abbey. Le problème est que ceux-ci fonctionnent de différentes manières, a expliqué Abbey.

"Une usine fonctionne plus efficacement lorsqu'elle tourne régulièrement à une vitesse constante", a-t-il déclaré. "Les opérations de finition sont des processus de démarrage et d'arrêt." En surface, la différence est le rythme de l'usine par rapport au rythme des étapes de finition, mais cela va plus loin.

"Chaque arrêt de ligne crée au moins une longueur de ferraille", a déclaré Abbey. Un autre inconvénient est le temps qu'il faut pour accélérer le broyeur. "Vous n'appuyez pas sur un bouton et revenez à pleine vitesse", a-t-il déclaré. "Pour les moulins typiques, cela peut prendre environ 10 minutes."

Selon la conception du système, qui est souvent influencée par un espace au sol limité et des obstacles tels que des colonnes de construction, un tel système connecté peut être intrinsèquement inefficace. Concevoir une capacité tampon généreuse entre des processus qui s'exécutent à des rythmes sensiblement différents est une bonne solution, en fonction de la complexité de la gestion. Mais s'il est impossible d'inclure un tampon, ou si le tampon est sous-dimensionné, un taux de production global inférieur est inévitable.

Il semble contre-intuitif de connecter une usine à un équipement de finition, mais en effet de nombreuses usines sont configurées de cette manière. Selon le produit et la vitesse à laquelle il passe dans l'usine, cette configuration n'est pas préjudiciable à l'efficacité opérationnelle. Par exemple, parmi les usines conçues pour fabriquer des produits selon les spécifications de l'American Petroleum Institute, environ la moitié d'entre elles peuvent être connectées au système de finition sans effet sur la productivité, a déclaré Abbey. Cependant, de nombreuses configurations de ce type fonctionneraient plus rapidement si elles étaient déconnectées.

Quels sont les bénéfices? Une telle configuration utilise moins de main-d'œuvre qu'un système déconnecté et prend moins de place qu'une configuration déconnectée, de sorte que de nombreux producteurs de tubes et de tuyaux sont prêts à sacrifier une certaine vitesse de ligne et éventuellement à réduire les tarifs globaux des produits pour ces avantages.

Sur certaines usines, les processus tels que le rinçage et le regroupement sont manuels, ce qui peut être encore plus préjudiciable. Dans certains cas, ces processus de fin d'usine réduisent de moitié la vitesse de l'usine, a déclaré Abbey. C'est un compromis - l'entreprise fait un investissement en capital plus petit et génère moins de revenus - mais cela peut avoir des conséquences imprévues. Les opérateurs s'habituent au rythme de l'usine, et même si l'entreprise passe au rinçage et au groupage automatisés, elle peut avoir beaucoup de difficulté avec le retour sur investissement. Après avoir appris à faire le travail à 200 pi/min, les opérateurs ne sont tout simplement pas à l'aise de faire fonctionner une scierie qui tourne à deux fois cette vitesse.

L'alignement de l'outillage est la prochaine étape. Des dispositifs de positionnement d'outils automatisés sont disponibles, mais de nombreux producteurs de tubes et de tuyaux s'appuient toujours sur des configurations manuelles.

"Les ajustements motorisés avec retour de position à chaque passage peuvent aider la configuration à aller beaucoup plus vite, ne laissant qu'une petite quantité de réglages manuels pour finaliser la configuration", a déclaré Abbey. Il en va de même pour les réglages du lisseur, précise-t-il. La seule mise en garde est que le personnel de maintenance doit savoir comment chaque appareil fonctionne et comment tout est câblé, et l'entreprise doit conserver suffisamment de pièces de rechange pour chaque appareil critique dans son inventaire. Sinon, un seul composant défectueux, tel qu'un encodeur, peut ralentir considérablement le processus, en particulier s'il est utilisé dans une fraiseuse à changement rapide automatisée.

Un producteur de tubes a-t-il besoin de matériel à changement rapide, de dispositifs de positionnement électroniques et d'autres matériels pour réduire son temps de changement ? Non. Selon Abbey, de bonnes procédures et une équipe motivée peuvent réduire de près de moitié le temps de changement. Il a cité un 10-in. moulin qui avait un équipement standard et aucune fonctionnalité de changement rapide ni aucune aide à la configuration de quelque sorte que ce soit. Alors que la plupart de ces usines ont besoin de cinq à huit heures pour un changement, une entreprise avec une équipe motivée équipée de procédures bien documentées pourrait le faire en trois heures et demie.

Si une usine peut accueillir des radeaux - des sous-plaques avec des supports d'outillage - cela peut réduire considérablement les temps d'arrêt de l'usine, souvent jusqu'à 75 %. Il faut encore du temps pour effectuer le changement, donc l'entreprise a encore besoin de main-d'œuvre pour changer l'outillage sur le radeau, mais elle le fait pendant que l'usine continue de fonctionner et de gagner de l'argent.

Bien sûr, la planification entre dans ce domaine comme tout le reste. Michael Strand, président de T&H Lemont, suggère trois radeaux par moulin. Pendant qu'un radeau est sur le moulin et gagne de l'argent, un deuxième radeau peut être préparé avec de l'outillage pour la prochaine passe. Les radeaux eux-mêmes ont un grand nombre de pièces mobiles, de sorte que le troisième radeau peut être mis de côté pour un démontage, une inspection et des réparations si nécessaire.

"Le filetage est également un candidat à l'amélioration sur certaines usines", a déclaré Abbey. "Lors de l'enfilage d'une nouvelle bande dans le laminoir, il est courant de faire marcher le laminoir, en le démarrant et en s'arrêtant plusieurs fois. Une fois enfilé, le laminoir est ensuite généralement exécuté sur une courte distance pour vérifier la soudure et effectuer des ajustements de dimensionnement, ce qui génère un important quantité de ferraille. Des améliorations simples dans ce domaine peuvent être obtenues en rationalisant les étapes et en incluant des verrouillages avec le soudeur afin qu'il puisse souder et travailler en même temps."

"Cela générerait moins de rebut si l'entreprise qui a fabriqué l'alimentation électrique de soudage modifiait les commandes afin que l'usine puisse faire avancer le matériau, souder et érafler simultanément", a-t-il poursuivi. "Sur les grandes usines, c'est une nécessité, et cela réduit vraiment la quantité de déchets générés à chaque démarrage."

Les meilleures pratiques.Ces experts de l'industrie, qui ont chacun des décennies d'expérience dans le domaine, ont fourni des idées et des perspectives éclairées concernant les meilleures pratiques :

"Il est important d'effectuer chaque action de maintenance conformément au calendrier et de tout documenter", a déclaré Strand. Suivez chaque action sur l'usine, y compris le nombre de pieds de produit fabriqué par chaque ensemble d'outils de rouleau lors de chaque cycle, pour rester au top de la maintenance de l'usine dans une perspective globale sur plusieurs années.

L'utilisation de systèmes et de dispositifs automatisés pour aider à la configuration de l'usine peut réduire au minimum le temps de changement. Abbey a cité un moulin spécial et automatisé qui a été transformé en une science, s'appuyant largement sur ce matériel, et il a atteint une durée constante de 15 minutes. changements. Dans ce cas, il était nécessaire de réduire au minimum l'intervention de l'opérateur.

"Les producteurs de tubes et de tuyaux doivent faire attention à la façon dont ils utilisent l'usine", a déclaré Stan Green, directeur général de SST Forming Roll Inc. "De nombreux matériaux disponibles de nos jours sont beaucoup plus durs que les aciers au carbone courants, et les producteurs d'acier semblent introduire des matériaux plus résistants tout le temps », a-t-il déclaré. L'utilisation d'un broyeur conçu pour l'acier au carbone avec une limite d'élasticité minimale de 50 000 psi pour traiter un matériau de 80 000 psi va accélérer l'usure de chaque composant du broyeur et risque de casser quelque chose, et le plus tôt possible.

Les inspections, la maintenance, les alignements et le rendement fonctionnent ensemble, en particulier avec l'outillage et les cages à rouleaux.

"Le point le plus faible est le point qui se déplace [hors de position]", a déclaré Green. Il a cité un tout petit peu de mouvement, rien de plus de 0,010 pouce, comme trop de mouvement. « La bonne position de l'outillage est importante pour un processus cohérent et pour maximiser le rendement, mais vous ne pouvez pas maintenir l'outillage dans la bonne position si les roulements et les arbres sont usés », a-t-il déclaré.

Questions budgétaires. Un entretien régulier est toujours important. C'est un problème critique jour après jour, semaine après semaine, mois après mois, année après année. Suivre le calendrier d'entretien suggéré pour chaque article n'est pas plus important lorsque les cycles sont plus courts et les changements plus fréquents, mais ces activités sont plus susceptibles d'être retardées ou même négligées pendant les périodes difficiles.

"Quand les temps sont bons, les producteurs de tubes et tuyaux hésitent à arrêter la production pour l'entretien", a déclaré Michael Strand, président de T&H Lemont. "Quand les temps sont durs, ils ne veulent pas dépenser d'argent." Et bien que de nombreuses usines tournent à plein régime en ce moment, signe de la prospérité, certaines conditions commerciales sont difficiles, en particulier le coût exorbitant des matières premières et les chaînes d'approvisionnement peu fiables, retombées de la pandémie.

"Plus d'argent dépensé pour la matière première et plus de temps consacré aux changements signifie moins d'argent et de temps pour l'entretien programmé", a déclaré Dan Ventura, président de Ventura & Associates. Il ne s'agit pas seulement de dépenser de l'argent, mais de le dépenser judicieusement. Il faut des machines et des consommables de haute qualité pour fabriquer des produits de haute qualité, et de meilleurs investissements peuvent être rentables.

"Lors de l'achat d'outillage, de nombreux producteurs de tubes travaillent directement sur les devis et prennent des décisions en fonction du prix", a déclaré Strand. S'il ne s'agit pas d'un fournisseur d'outillage digne de confiance, il est impossible de savoir si l'outillage est conçu selon la bonne conception pour votre fraiseuse, fabriqué à partir du bon alliage et s'il a été traité thermiquement correctement.

Il en va de même pour la ferrite utilisée dans l'impédance, a déclaré John Holderman, directeur général d'EHE Consumables.

Peu de gens iraient jusqu'à rechercher quelque chose que beaucoup considéreraient comme un détail infime, mais la ferrite varie en grade, ce qui équivaut à sa capacité à faire son travail. Pour fournir la meilleure utilisation de l'énergie électrique, la ferrite doit avoir trois caractéristiques : de faibles pertes, une perméabilité élevée et une saturation élevée de la densité de flux. Pour sa durabilité, il a besoin de méthodes de construction et de liants qui résistent à la chaleur.

Il en va de même pour tout le reste du moulin. La frugalité est une chose, mais aller trop loin peut signifier consacrer un temps et des efforts disproportionnés aux réparations et subir plus de temps d'arrêt que nécessaire à mesure que l'équipement vieillit.

Briser la limite de vitesse. Si une entreprise adhère à toutes les meilleures pratiques, où peut-elle aller à partir de là ? Pour ceux qui sont préparés, il reste une limite à repousser.

"Lorsque tout est connecté, l'opérateur a encore une chose à faire pour maximiser le débit", a déclaré Abbey. "Un opérateur motivé peut faire fonctionner la scierie un peu plus vite que d'habitude." Abbey reconnaît que cela signifie que l'opérateur doit travailler en dehors de sa zone de confort, et ce n'est pas facile, mais c'est un dernier domaine pour les gains de productivité, et peut-être la seule façon de découvrir ce que l'usine peut vraiment faire.