チューブ、パイプミルの効率を最大化するためのヒント (パート I)

チューブやパイプの製造を効率的に成功させるには、機器のメンテナンスを含む 10,000 の詳細を最適化する必要があります。あらゆる種類のミルやあらゆる周辺機器に無数の可動部品があることを考慮すると、メーカーが推奨する予防保守スケジュールを遵守することは並大抵のことではありません。写真提供：株式会社T&Hレモント

編集者注:これは、チューブまたはパイプのミル操作の最適化に関する 2 部構成のシリーズの最初の記事です。パート II を読んでください。

たとえ最良の環境下であっても、管状製品の製造は骨の折れる作業となることがあります。工場は複雑で、多くの定期的なメンテナンスが必要で、製造する製品によっては競争が熾烈です。多くの金属管およびパイプの製造業者は、収益を最大化するために稼働時間を最大化するという絶え間ないプレッシャーにさらされており、日常的なメンテナンスに費やす貴重な時間はほとんどありません。

最近、業界は決して良い状況ではありません。材料費は高騰しており、分割納品も珍しくありません。チューブ＆パイプの製造業者は、これまで以上に稼働時間を最大化し、スクラップを削減する必要があり、部分的な納品を受けることは、より短い納期を達成することを意味します。稼働時間が短いと、段取り替えが頻繁になるため、時間や労働力の効率的な使用とは言えません。

「現在、生産的な時間は非常に貴重です」とEFD Inductionの北米チューブ＆パイプ販売マネージャーのマーク・プラセック氏は述べています。

工場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会話したところ、いくつかの繰り返し発生するテーマが明らかになりました。

工場を最大効率で稼働させるには、数十の要素を最適化する必要があり、そのほとんどが他の要素と相互作用するため、工場の操業を最適化することは必ずしも簡単ではありません。元ザ・チューブ＆パイプ・ジャーナルのコラムニスト、バド・グラハム氏の賢明な言葉は、「チューブミルはツールホルダーである」という視点を提供します。このフレーズを念頭に置くと、シンプルに保つことができます。各ツールが何を行うのか、どのように実行するのか、そしてそれぞれ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。すべてを維持し調整し続けることが、残りの 3 分の 1 です。最後の 3 番目は、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術、および各チューブまたはパイプのメーカーに固有の特定の操作手順に関するものです。

工場を効率的に運営する際の最初の考慮事項は、工場にはまったく関係ありません。それは原材料です。ミルから最大の収量を得ることは、ミルに供給する各コイルから最大の収量を得ることを意味します。これは購入の決定から始まります。

コイルの長さ。 「チューブアンドパイプミルは、コイルが可能な限り長いときに成功します」とファイブズブロンクス社のアビー製品担当ディレクター、ネルソン・アビー氏は述べています。より短いコイルを加工するということは、より多くのコイルエンドを加工することを意味します。すべてのコイルエンドには突合せ溶接が必要であり、すべての突合せ溶接ではスクラップが発生します。

ここでの問題は、可能な限り長いコイルはプレミアム価格で販売される可能性があることです。短いコイルはより良い価格で入手できる可能性があります。購入代理店はコストを節約したいと考えているかもしれませんが、これは製造現場の人々の視点とは相容れません。工場を経営するほぼ全員が、追加の工場停止に伴う生産損失をカバーするには相当な価格差が必要であることに同意するでしょう。

もう一つの考慮事項は、アンコイラーの能力と、ミルの入口端におけるその他の制限である、とアビー氏は述べた。より大きなコイルを購入するメリットを活かすには、より大きく重いコイルを処理するためのより大容量のエントリー機器への投資が必要になる場合があります。

スリッターが社内で行われるか、このサービスが外部委託されるかどうかも要因となります。スリッターには処理できる最大重量と直径があるため、歩留まりを最大化するにはコイルとスリッターを最適に適合させることが重要です。

要約すると、コイルの寸法と重量、スリットマルチの必要な幅、スリッターの能力、エントリー機器の能力という 4 つの要素の相互作用です。

コイルの幅と状態。現場では、製品を作るのに適切なコイル幅と適切なゲージが必要であることは言うまでもありませんが、間違いは起こります。工場のオペレーターは、ストリップの幅がわずかに小さすぎたり、大きすぎたりしても補正できることがよくありますが、それは程度の問題です。スリットマルチの幅には細心の注意を払うことが重要です。

ストリップのエッジの状態も最も重要な問題です。 T&H Lemont の社長、Michael Strand 氏は、「バリやその他の不一致のない一貫したエッジのプレゼンテーションは、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非常に重要です」と述べています。最初のコイリング、スリットのためのアンコイル、およびリコイルも関係します。丁寧に加工されていないコイルはキャンバーが発生する可能性があり、問題が発生します。ロールツーリングエンジニアによって開発された成形プロセスは、反りのあるストリップではなく、平らなストリップから始まります。

ツールに関する考慮事項。 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、「優れた金型設計は歩留まりを最大化します」と述べ、単一のチューブ成形戦略は存在せず、したがって単一の金型設計戦略も存在しないと指摘しました。ロールツーリングのサプライヤーはさまざまで、チューブの加工方法もさまざまなので、製品もさまざまです。収量も変動します。

「ロールの表面の半径は連続的に変化するため、工具の回転速度は工具の面全体で変化します」と彼は言いました。もちろん、チューブはただ 1 つの速度でミル内を移動します。このため、設計が歩留まりに影響を与えます。不適切な設計は、工具が新品のときに材料を無駄にし、工具が摩耗するにつれて悪化するだけである、と彼は付け加えた。

トレーニングやメンテナンスに熱心に取り組んでいない企業の場合、工場の効率を最適化する戦略の策定は基本から始まります。

工場オペレーターのトレーニング。まず最初に懸念されるのは、スタッフとそのトレーニング方法です。

「工場のスタイルや生産するものに関係なく、すべての工場にはオペレーターと作業手順という 2 つの共通点があります」とアビー氏は語った。工場を可能な限り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、書面化された手順を遵守することが重要であると同氏は述べた。トレーニングに一貫性がない場合、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ります。

「工場を利益を上げて運営するには、訓練、訓練、そしてさらなる訓練が必要です」とストランド氏は語った。

工場を最大限に活用するには、オペレータからオペレータ、シフトからシフトまで、すべてのオペレータが一貫したセットアップ手順とトラブルシューティング手順を使用することが不可欠です。手順の違いは通常、誤解、悪い習慣、近道、回避策の問題です。これらは常に、工場を効率的に運営する際の困難につながります。これらは国内で発生した問題である可能性もあれば、十分な訓練を受けていないオペレーターが競合他社から雇用されたときに持ち込まれたものである可能性もありますが、原因に違いはありません。経験を積んだオペレーターも含め、一貫性が鍵となります。

「チューブミルのオペレーターを育成するには何年もかかります。汎用的な画一的なプログラムに頼ることはできません」とストランド氏は言う。「各企業には、自社の工場や自社の業務に適した独自の研修計画が必要です。」

定期メンテナンスのルーチン化。2番目の懸念は定期的なメンテナンスです。

「効率的に運営するための 3 つの鍵は、機械のメンテナンス、消耗品のメンテナンス、調整です」と Ventura & Associates の社長である Dan Ventura 氏は述べています。「機械には多くの可動部品があり、それがミル自体であれ、入口端や出口端の周辺機器、振れテーブルなどであれ、機械を最高の状態に保つため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する。「予防保守点検スケジュールを使用することがすべての始まりです」と彼は言いました。「これは、工場を利益を上げて運営するための最高のチャンスを提供します。チューブ製造業者が緊急事態にのみ対応している場合、制御できません。次の危機に翻弄されることになります。」

適切な位置調整は、定期的なメンテナンスと同様に重要です。

「工場のすべての機器は位置が揃っていなければなりません」とベンチュラ氏は語った。「そうしないと、工場自体が戦うことになります。」

ロールツーリングも同様に最高の状態に保つことが必要です。

「多くの場合、ロールが使用可能な耐用年数を超えて押し込まれると、加工硬化が起こり、最終的には亀裂が入ります」とベンチュラ氏は述べた。

工具のメンテナンスを理解すると、あらゆるメンテナンスの重要性が明らかになります。

「定期的なメンテナンスによってロールが良好な状態に保たれていない場合、緊急メンテナンスが必要になる日が来ます」とベンチュラ氏は言う。ツールが放置されていた場合、ツールを再調整するには、除去する必要がある量の2～3倍の量の材料を除去する必要があるだろうと同氏は述べた。また、時間もかかり、費用も高くなります。

ストランド氏は、予備の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指摘した。ツーリングが長期間の実行で頻繁に使用される場合、短期間の実行でめったに使用されないツールよりも多くのスペアが必要になります。ツールの機能もスペアレベルに影響します。フィンがフィンパスツールから破損したり、溶接ロールが溶接ボックスの熱に負けたりする可能性がありますが、これらは成形ロールやサイジングロールを悩ませる問題ではありません。

「定期的なメンテナンスは機器にとって良いことであり、適切な調整は製造する製品にとって良いことです」と彼は言いました。これらが無視されると、工場スタッフ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ります。これは、販売可能な優れた製品を作成するために費やすことができる時間です。これら 2 つの要素は非常に重要であり、見落とされたり無視されたりすることが多いため、ベンチュラの意見では、この 2 つの要素が工場の能力を最大限に活用し、スループットを最大化し、スクラップを最小限に抑える最良の機会を提供します。

ベンチュラは、工場や消耗品のメンテナンスを自動車のメンテナンスと同等に考えています。オイル交換の合間に何万マイルも車を運転し、タイヤがハゲるのを放置する人はいないでしょう。これは高価な解決策または大破につながり、メンテナンスが不十分な工場にも同じことが当てはまります。

毎回の走行後の定期的な工具検査も必要である、と彼は言いました。工具をチェックすると、ヘアラインクラックなどの問題が見つかる可能性があります。次回の稼働のために工具を取り付ける直前に発見するのではなく、工具を工場から取り外した直後にそのような損傷を発見したほうが、交換工具を作成するのに最も時間がかかります。

グリーン氏は「一部の企業は計画閉鎖期間中も業務を継続している」と述べた。彼は、このような時期に計画的な閉鎖を遵守するのが難しいことは理解していますが、それは非常に危険であると指摘しました。運送会社やトラック運送会社は、過積載か人員不足、またはその両方により、最近では配達がタイムリーに行われていません。

「工場の何かが壊れて交換品を注文しなければならない場合、それを届けるために何をしますか?」彼は尋ねた。もちろん、航空輸送はいつでも選択肢にありますが、そうすると輸送コストが高騰します。

ミルアンド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はなく、メンテナンススケジュールを生産スケジュールと調整する必要があります。

「これを効果的に行うには、本当に長期的に考える必要があります」とストランド氏は言う。

運用、トラブルシューティング、メンテナンスの 3 つの領域すべてにおいて、経験の幅広さと深さが重要です。自社使用のチューブを製造する工場が 1 つか 2 つしかない企業には、通常、工場や工具のメンテナンスに専念する人員がほとんどいないと、T&H Lemont の工具事業部門の副社長、ウォーレンウィートマン氏は述べています。たとえメンテナンス担当者が非常に知識が豊富だったとしても、小規模な部門では大規模なメンテナンス部門に比べて経験の蓄積が浅いため、小規模なスタッフは不利な立場にあります。会社にエンジニアリング部門がない場合、保守部門が修理だけでなくトラブルシューティングも独自に行う必要があります。

ストランド氏は、運用部門と保守部門の両方に対する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。団塊の世代の高齢化に伴う退職の波は、かつて企業の存続を支えてきた部族の知識の多くが枯渇しつつあることを意味している。また、多くのチューブ＆パイプ製造業者は依然として機器ベンダーからの相談やアドバイスに頼ることができますが、その専門知識さえかつてほど豊富ではなく、また縮小しつつあります。

溶接プロセスは、管やパイプを製造する際に行われる他のプロセスと同じくらい重要であり、溶接機の役割を過大評価することはできません。

高周波溶接。 「最近では当社の注文の約3分の2が改修用です」とプラセク氏は語った。「彼らは通常、問題のある古い溶接機を置き換えています。現在の主な推進要因はスループットです。」

素材の出現が遅いため、エイトボールに遅れている人が多いという。「最終的に材料が現れたとき、溶接工がダウンしてしまうことがよくあります」と彼は言う。驚くべき数のチューブ＆パイプ製造業者は、真空管技術に基づいた機械を使用しています。これは、少なくとも 30 年以上前の機械を使用していることを意味します。このような機械のサービス知識は豊富ではなく、交換用チューブ自体を見つけるのは困難です。

現在もチューブとパイプを使用している製造業者にとっての課題は、チューブとパイプがどのように老化するかです。致命的な障害は発生しませんが、ゆっくりと劣化します。回避策は、溶接熱の使用量を減らし、工場の運転速度を遅くして補償することです。これにより、新しい機械への投資による資本支出を簡単に回避できます。これにより、すべてが順調であるという誤った感覚が生まれます。

新しい誘導溶接電源に投資すると、工場の電力消費量に大きな違いが生じる可能性があるとプラセク氏は述べています。一部の州、特に人口が多く送電網が逼迫している州では、エネルギー効率の高い機器の購入後に寛大な税還付を提供しています。新しいものに投資する2番目の動機は、新たな生産の可能性の可能性である、と同氏は付け加えた。

「多くの場合、新しい溶接ユニットは古いものよりもはるかに効率的であるため、電力サービスをアップグレードすることなく大幅に多くの溶接能力を提供し、数千ドルを節約できます」とプラセク氏は述べています。

誘導コイルとインピーダンスの位置合わせも重要です。 EHE Consumablesのゼネラルマネージャー、ジョン・ホルダーマン氏は、適切に選択され取り付けられた誘導コイルには溶接ロールに対して最適な位置があり、チューブの周囲に適切で一貫したクリアランスが必要であると述べています。適切に設定されていない場合、コイルは早期に故障します。

インペーダーの仕事は単純で、電流の流れを妨げてストリップの端に誘導します。そして、工場の他のすべてのものと同様に、位置決めが重要であると彼は言いました。適切な位置は溶接頂点の直下ですが、考慮すべき点はこれだけではありません。取り付けは重要です。マンドレルをサポートするのに十分な剛性がないマンドレルに取り付けられている場合、インピーダーの位置が移動し、実際にチューブの底部に沿って ID を引きずってしまう可能性があります。

溶接消耗品設計のトレンドであるスプリットコイルコンセプトを利用すると、工場の稼働時間に大きな影響を与える可能性があります。

「大口径ミルでは長い間、スプリットコイル設計が使用されてきました」とホルダーマン氏は語った。「一体型の誘導コイルを交換するには、パイプを切断し、コイルを交換し、ミルのネジを切り直す必要があります」と彼は言いました。 2 つの部分からなるスプリットコイル設計により、こうした時間と労力を回避できます。

「それらは必然的に大規模な工場で使用されてきましたが、この原理を小さな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」と彼は言いました。メーカーは単純に取り組むべき仕事が減りました。「小さな 2 ピースのコイルには、特殊なハードウェアと巧妙に設計されたクランプが付いています」と彼は言いました。

インピーダーの冷却プロセスに関して、チューブアンドパイプの製造業者には従来から 2 つの選択肢があります。工場の中央冷却システムか、高価になる可能性がある別個の専用水システムです。

「きれいな冷却液でインペダーを冷却するのが最善です」とホルダーマン氏は言う。この目的を達成するには、工場冷却材用の専用のインピーダンス濾過システムに少額の投資をするだけで、インピーダンスの寿命を延ばすのに大いに役立ちます。

工場の冷却液はインペダーに使用されることが多いですが、工場の冷却液には金属微粉が集まります。微粒子を中央のフィルターに捕捉したり、中央の磁石システムで捕捉したりするあらゆる努力にもかかわらず、一部は通過して障害物に到達します。ここは金属の罰金が入る場所ではありません。

「これらは誘導磁界で加熱され、インピーダーケーシングとフェライトに焼き付くため、早期故障につながり、その後インピーダーを交換するためのダウンタイムが発生します」とホルダーマン氏は述べた。「それらは誘導コイルにも蓄積し、最終的にはそこにもアーク放電による損傷を引き起こします。」

レーザー溶接。ステンレス鋼工場にとって、レーザー溶接の役割は大きくなり、ますます高まっています。当初、これらは CO2 共振器を備えたレーザーユニットでしたが、ファイバーレーザーにその分野を譲りました。このテクノロジーには、一貫性と信頼性という、チューブまたはパイプのミル操作に適した 2 つの特性があります。

IPG Photonicsの中西部営業マネージャー、Kevin Arnold氏は、「レーザー源は、熱を生成し、伝達する方法が非常に安定しています。溶接は一日中安定しています」と述べています。「システムには、一貫した出力を提供するために自己調整する機能があります。」また、熱を集中させることができるため、他の溶接法に比べて少ない入熱で溶接を成功させることができるという特徴もあります。熱が少ないほど歪みも少なくなります。また、高度に集中した熱により、多くの場合、他の熱源を使用する場合よりも工場をより速く稼働させることができ、スループットが向上すると彼は言いました。

おそらく同様に重要なのは、セットアップとメンテナンスの容易さです。 CO2 テクノロジーを使用する際に、正確な位置合わせを維持し、入念に洗浄する必要があるミラーや複雑な集束システムは不要になります。

「レーザー光線照射システムは一桁シンプルです」と彼は言う。

密接に関係しているのは信頼性です。可動部品が少ないほど稼働時間が長くなります。数十年前に金属加工で使用されていた最初のレーザーと比較すると、今日のレーザー機械の信頼性は比較にすらなりません、と彼は言いました。

「初期の頃、メーカーは扱いにくいレーザーでもなんとかやっていけました」と彼は言う。「最近のファイバーレーザーマシンは、忠実な従業員のように、ほとんど目に見えない形でバックグラウンドで毎日稼働しており、信頼性が高いです」と彼は言いました。

レーザー電源は安価ではないことは理解されていますが、価格は数十年にわたって大幅に低下しました。

「20年前、管やパイプのメーカーがレーザー溶接システムを導入するには、年間数千万ドルの収益が必要でした」と同氏は語った。「最近ではそれはずっと安くなり、場合によっては年間100万ドル程度になることもあります。」

停電。ストランド氏は、一部の企業は時折の停電に対処しなければならず、これは加工産業にとって大きな問題であると指摘した。

「米国では通常問題にならないが、南米では珍しいことではない」と同氏は語った。人口が増加し、インフラ整備が進むにつれ、これは避けられません。電力需要が供給を上回っているため、電力会社（または政府）は輪番で断続的な停電を実施するしかありません。

もちろん、米国でも停電が発生する可能性があり、実際に停電が発生する可能性があります。一部の州では消費ピーク時の停電が日常茶飯事です。プラセク氏とストランド氏はともに、一部の企業は時折停電を受け入れていると指摘した。時折電源が停止する不便さと引き換えに、使用する電力の料金が高くなります。

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