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

Fabriquer un tube ou un tuyau avec succès, de manière efficace, consiste à optimiser 10 000 détails, y compris la maintenance de l'équipement. S'en tenir au calendrier d'entretien préventif recommandé par le fabricant n'est pas une mince affaire, compte tenu de la myriade de pièces mobiles dans chaque type de broyeur et de chaque pièce d'équipement périphérique. Photo : T & H Lemont Inc.

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

Même dans les meilleures circonstances, la fabrication de produits tubulaires peut être épuisante. Les usines sont complexes, elles nécessitent beaucoup d'entretien programmé et, selon les produits qu'elles fabriquent, la concurrence est féroce. De nombreux producteurs de tubes et tuyaux métalliques sont soumis à une pression incessante pour maximiser la disponibilité afin de maximiser les revenus, laissant peu de temps précieux pour l'entretien de routine.

Ces jours-ci, l'industrie n'a pas le meilleur des cas. Les coûts des matériaux sont exorbitants et les livraisons partielles ne sont pas rares. Les producteurs de tubes et de tuyaux doivent optimiser le temps de disponibilité et réduire les rebuts plus que jamais, et recevoir une livraison partielle signifie faire des séries plus courtes. Des séries plus courtes signifient des changements plus fréquents, ce qui n'est pas une utilisation efficace du temps ou de la main-d'œuvre.

"Le temps productif est extrêmement précieux en ce moment", a déclaré Mark Prasek, directeur des ventes de tubes et tuyaux en Amérique du Nord pour EFD Induction.

Des conversations avec des experts de l'industrie sur des conseils et des stratégies pour tirer le meilleur parti d'une usine ont révélé quelques thèmes récurrents :

Faire fonctionner une usine à son efficacité maximale signifie optimiser des dizaines de facteurs, dont la plupart interagissent avec d'autres facteurs, il n'est donc pas nécessairement facile d'optimiser les opérations d'une usine. Les mots sages de l'ancien chroniqueur du Tube & Pipe Journal, Bud Graham, donnent une certaine perspective : « Une tuberie est un porte-outil. Garder cette phrase à l'esprit aide à rester simple. Comprendre ce que fait chaque outil, et comment il le fait, et comment chacun interagit avec les autres, représente environ un tiers de la bataille. Garder tout maintenu et aligné en est un autre tiers. Le dernier tiers concerne le programme de formation des opérateurs, les tactiques de dépannage et les procédures d'exploitation spécifiques propres à chaque producteur de tubes ou de tuyaux.

La première considération dans la gestion efficace d'une usine ne concerne pas du tout l'usine. C'est la matière première. Obtenir le rendement maximal d'un broyeur signifie obtenir le rendement maximal de chaque bobine qui alimente le broyeur. Cela commence par les décisions d'achat.

Longueur de la bobine. "Les usines de tubes et de tuyaux prospèrent lorsque la bobine est la plus longue possible", a déclaré Nelson Abbey, directeur d'Abbey Products chez Fives Bronx Inc. Le traitement de bobines plus courtes signifie le traitement de plus d'extrémités de bobine. Chaque extrémité de bobine nécessite une soudure bout à bout, et chaque soudure bout à bout crée de la ferraille.

La difficulté ici est que les bobines les plus longues possibles peuvent avoir un prix élevé ; une bobine plus courte pourrait être disponible à un meilleur prix. L'agent d'achat peut vouloir économiser de l'argent, mais cela est en contradiction avec le point de vue des gens de l'atelier de fabrication. Presque tous ceux qui dirigent l'usine seraient d'accord pour dire que la différence de prix devrait être substantielle pour couvrir les pertes de production associées aux arrêts supplémentaires de l'usine.

Une autre considération est la capacité du dérouleur et toute autre limitation à l'entrée de l'usine, a déclaré Abbey. Investir dans un équipement d'entrée de plus grande capacité pour gérer des bobines plus grandes et plus lourdes pourrait être nécessaire pour profiter des avantages de l'achat de bobines plus grosses.

Le refendeur est également un facteur, que le refendage soit effectué en interne ou que ce service soit externalisé. Les refendeuses ont des poids et des diamètres maximaux qu'elles peuvent gérer, il est donc essentiel d'obtenir la meilleure correspondance entre la bobine et la refendeuse pour maximiser le rendement.

En résumé, il s'agit d'une interaction entre quatre facteurs : les dimensions et les poids de la bobine, les largeurs nécessaires des mults de fente, la capacité de la découpeuse et la capacité de l'équipement d'entrée.

Largeur et état de la bobine. Dans l'atelier, il va sans dire que la bobine doit avoir la bonne largeur et le bon calibre pour le produit à fabriquer, mais des erreurs peuvent arriver. Les opérateurs d'usine peuvent souvent compenser une largeur de bande légèrement sous-dimensionnée ou surdimensionnée, mais ce n'est qu'une question de degré. Une attention particulière aux largeurs des mults de fente est critique.

L'état des bords de la bande est également une préoccupation primordiale. Une présentation cohérente des bords, sans bavures ni aucune autre incohérence, est essentielle pour maintenir une soudure homogène sur toute la longueur de la bande, a déclaré Michael Strand, président de T&H Lemont. L'enroulement initial, le déroulement pour le refendage et le rembobinage entrent également en jeu. Une bobine qui n'a pas été traitée avec soin peut développer une cambrure, ce qui est problématique. Le processus de formage développé par les ingénieurs de l'outillage de laminage commence par une bande plate et non par une bande cambrée.

Considérations d'outillage. "Une bonne conception d'outillage maximise le rendement", a déclaré Stan Green, directeur général de SST Forming Roll Inc. Il a souligné qu'il n'existe pas de stratégie unique de formage de tubes, et donc qu'il n'existe pas de stratégie unique de conception d'outillage. Les fournisseurs d'outillage pour rouleaux varient, la façon dont ils travaillent le tube varie et, par conséquent, leurs produits varient. Le rendement varie également.

"La surface d'un rouleau a un rayon en constante évolution, de sorte que la vitesse de rotation de l'outillage varie sur la face de l'outil", a-t-il déclaré. Le tube se déplace dans le broyeur à une seule vitesse, bien sûr. De ce fait, la conception influence le rendement. Une mauvaise conception gaspille de la matière lorsque l'outillage est neuf et cela ne fait qu'empirer à mesure que l'outillage s'use, a-t-il ajouté.

Pour les entreprises qui n'ont pas maintenu la ligne en matière de formation et de maintenance, la formulation d'une stratégie pour optimiser l'efficacité de l'usine commence par les bases.

Formation des opérateurs d'usine.La première préoccupation est le personnel et la façon dont ils sont formés.

« Indépendamment du style de moulin et de ce qu'il produit, tous les moulins ont deux choses en commun : les opérateurs et les procédures d'exploitation », a déclaré Abbey. Faire fonctionner une usine aussi régulièrement que possible consiste à fournir une formation standardisée et à respecter les procédures écrites, a-t-il déclaré. Des incohérences dans la formation peuvent entraîner des différences dans la configuration et le dépannage.

"Gérer une usine de manière rentable est une question de formation, de formation et encore de formation", a déclaré Strand.

Pour tirer le meilleur parti d'une scierie, d'un opérateur à l'autre et d'un poste à l'autre, il est impératif que chaque opérateur utilise des procédures de configuration et de dépannage cohérentes. Toutes les différences de procédure sont généralement des questions de malentendus, de mauvaises habitudes, de raccourcis et de solutions de contournement. Invariablement, cela entraîne des difficultés à faire fonctionner efficacement une usine. Il peut s'agir de problèmes locaux ou importés lorsqu'un opérateur mal formé a été embauché chez un concurrent, mais l'origine ne fait aucune différence. La cohérence est la clé, y compris les opérateurs qui apportent leur expérience avec eux.

"Il faut des années pour développer des opérateurs d'usines de tubes, et vous ne pouvez vraiment pas compter sur un programme générique et unique", a déclaré Strand. "Chaque entreprise a besoin de son propre plan de formation adapté à ses propres usines et à son propre fonctionnement."

Faire une routine d'entretien courant.La deuxième préoccupation est l'entretien courant.

"Les trois clés d'un fonctionnement efficace sont la maintenance de la machine, la maintenance des consommables et l'alignement", a déclaré Dan Ventura, président de Ventura & Associates. "La machine comporte de nombreuses pièces mobiles, qu'il s'agisse de la fraiseuse elle-même ou d'équipements périphériques à l'entrée ou à la sortie, ou de la table de faux-rond, etc., et l'entretien de routine est important pour la maintenir en parfait état."

Strand est d'accord. "L'utilisation du calendrier d'inspection de maintenance préventive est là où tout commence", a-t-il déclaré. "Cela offre les meilleures chances de faire fonctionner une usine de manière rentable. Si un producteur de tubes ne répond qu'aux urgences, il n'est pas en contrôle. Il est à la merci de la prochaine crise."

Un bon alignement est tout aussi essentiel que l'entretien de routine.

"Chaque pièce d'équipement de l'usine doit être alignée", a déclaré Ventura. "Sinon, le moulin se bat lui-même."

Il est également nécessaire de maintenir l'outillage du rouleau en parfait état.

"Dans de nombreux cas, lorsque les rouleaux sont poussés au-delà de leur durée de vie utile, ils durcissent et finissent par se fissurer", a déclaré Ventura.

Comprendre la maintenance de l'outillage met en lumière l'importance de l'ensemble de la maintenance.

"Si les rouleaux n'ont pas été maintenus en bon état avec un entretien régulier, le jour vient où ils ont besoin d'un entretien d'urgence", a déclaré Ventura. Si les outils ont été négligés, leur remise en état nécessitera de retirer deux à trois fois la quantité de matériau dont ils auraient autrement besoin, a-t-il déclaré. Cela prendra également plus de temps et coûtera plus cher.

Investir dans des outils de rechange peut aider à prévenir les urgences, a noté Strand. Si l'outillage est utilisé fréquemment pour de longues séries, plus de pièces de rechange sont nécessaires que pour l'outillage utilisé rarement pour de courtes séries. La fonction de l'outil influence également le niveau de réserve. Les ailettes peuvent se détacher de l'outillage de passage des ailettes et les rouleaux de soudure succombent à la chaleur de la boîte de soudure, ce qui est un problème qui n'affecte pas les rouleaux de formage et de dimensionnement.

"Un entretien régulier est bon pour l'équipement, et un bon alignement est bon pour le produit qu'il fabrique", a-t-il déclaré. Si ceux-ci sont négligés, le personnel de l'usine passe de plus en plus de temps à tenter de compenser. C'est du temps qui pourrait être consacré à la fabrication de bons produits vendables. Ces deux facteurs sont si vitaux, et si souvent négligés ou négligés, que, selon Ventura, ils offrent les meilleures opportunités pour tirer le meilleur parti d'une usine, en maximisant le débit et en minimisant les rebuts.

Ventura assimile l'entretien de l'usine et des consommables à l'entretien automobile. Personne ne conduirait une voiture sur des dizaines de milliers de kilomètres entre les vidanges d'huile et laisserait les pneus devenir chauves. Cela va conduire à une solution coûteuse ou à un naufrage, et il en va de même pour un moulin mal entretenu.

Des inspections régulières de l'outillage après chaque cycle sont également nécessaires, a-t-il déclaré. La vérification de l'outillage peut révéler un problème tel qu'une fissure capillaire. Trouver de tels dommages immédiatement après avoir retiré l'outillage de la fraiseuse, plutôt que de le trouver juste avant de l'installer pour la prochaine passe, offre le plus de temps pour faire fabriquer un outil de remplacement.

"Certaines entreprises travaillent jusqu'aux fermetures programmées", a déclaré Green. Il comprend qu'il est difficile de respecter un arrêt programmé dans des moments comme ceux-ci, mais il a noté que c'est extrêmement risqué. Les entreprises d'expédition et de camionnage sont tellement surchargées, ou en sous-effectif, ou les deux, que les livraisons ne sont tout simplement pas ponctuelles de nos jours.

"Si quelque chose sur le moulin se casse et que vous devez commander un remplacement, qu'allez-vous faire pour le faire livrer?" Il a demandé. Bien sûr, le fret aérien est toujours une option, mais cela fait monter en flèche le coût de l'expédition.

La maintenance des laminoirs et des cylindres ne consiste pas seulement à suivre les calendriers de maintenance, mais à coordonner les calendriers de maintenance avec les calendriers de production.

"Pour le faire efficacement, vous devez vraiment penser à long terme", a déclaré Strand.

L'étendue et la profondeur de l'expérience comptent dans les trois domaines : opérations, dépannage et maintenance. Les entreprises qui n'ont qu'une ou deux usines pour fabriquer des tubes pour leur propre usage ont généralement peu de personnes dédiées à la maintenance des usines et de l'outillage, a déclaré Warren Wheatman, vice-président de l'unité commerciale d'outillage de T&H Lemont. Même si le personnel de maintenance est extrêmement bien informé, un petit service dispose simplement d'un réservoir d'expérience moins profond qu'un grand service de maintenance, ce qui désavantage le petit personnel. Si l'entreprise n'a pas de service d'ingénierie, le service de maintenance doit faire son propre dépannage ainsi que les réparations.

Strand a ajouté que la formation des services d'exploitation et de maintenance est plus importante que jamais. La vague de départs à la retraite associée au vieillissement de la génération du baby-boom signifie qu'une grande partie des connaissances tribales qui permettaient autrefois aux entreprises de traverser vents et marées sont en train de s'épuiser. Et tandis que de nombreux producteurs de tubes et tuyaux peuvent toujours compter sur les consultations et les conseils des fournisseurs d'équipements, même cette expertise n'est plus aussi abondante qu'elle l'était autrefois, et elle aussi diminue.

Le processus de soudage est tout aussi critique que tout autre processus qui a lieu lors de la fabrication d'un tube ou d'un tuyau, et le rôle de la machine à souder ne peut être surestimé.

Soudage par induction. "Environ les deux tiers de nos commandes concernent des rénovations ces jours-ci", a déclaré Prasek. "Ils remplacent généralement les anciens soudeurs problématiques. Le débit est le principal facteur en ce moment."

Beaucoup sont derrière la balle huit parce que la matière première arrive tard, a-t-il déclaré. "Souvent, lorsque le matériau apparaît enfin, le soudeur tombe en panne", a-t-il déclaré. Un nombre surprenant de producteurs de tubes et de tuyaux utilisent même des machines basées sur la technologie des tubes à vide, ce qui signifie qu'ils entretiennent des machines qui ont au moins 30 ans. Les connaissances en matière d'entretien de ces machines ne sont pas abondantes et les tubes de remplacement eux-mêmes peuvent être difficiles à trouver.

Le défi pour les producteurs de tubes et de tuyaux qui les utilisent encore est leur vieillissement. Ils n'échouent pas de manière catastrophique, mais ils se dégradent lentement. Une solution de contournement consiste à utiliser moins de chaleur de soudage et à faire fonctionner le broyeur plus lentement pour compenser, ce qui permet d'éviter facilement les dépenses en capital liées à l'investissement dans une nouvelle machine. Cela crée un faux sentiment que tout va bien.

Investir dans une nouvelle alimentation électrique pour le soudage par induction peut faire une grande différence dans la consommation d'électricité de l'usine, a déclaré Prasek. Certains États, en particulier ceux dont la population est importante et les réseaux électriques sous tension, offrent une généreuse réduction d'impôt à la suite de l'achat d'équipements éconergétiques. Un deuxième facteur de motivation pour investir dans un nouveau est le potentiel de nouvelles possibilités de production, a-t-il ajouté.

"Souvent, une nouvelle unité de soudage est tellement plus efficace qu'une ancienne qu'elle offre une capacité de soudage nettement supérieure sans mettre à niveau le service électrique, ce qui permet d'économiser des milliers de dollars", a déclaré Prasek.

Les alignements de la bobine d'induction et de l'obstacle sont également critiques. Une bobine d'induction correctement sélectionnée et montée a un emplacement optimal par rapport aux rouleaux de soudure, et elle a besoin d'un dégagement approprié et cohérent autour du tube, a déclaré John Holderman, directeur général d'EHE Consumables. La bobine tombera en panne prématurément si elle n'est pas réglée correctement.

Le travail d'un obstacle est simple - il empêche le flux de courant, le dirigeant vers les bords de la bande - et comme tout le reste sur le laminoir, le positionnement est essentiel, a-t-il déclaré. La bonne position est juste au sommet de la soudure, mais ce n'est pas la seule considération. Le montage est critique. S'il est fixé à un mandrin qui n'est pas assez rigide pour le supporter, la position de l'entrave peut changer et il peut en fait traîner sur l'ID le long du bas du tube.

Profitant d'une tendance dans la conception des consommables de soudage, le concept de bobine divisée peut avoir un impact important sur la disponibilité de l'usine.

"Les broyeurs à grand diamètre utilisent des conceptions de bobines divisées depuis longtemps", a déclaré Holderman. "Le remplacement d'une bobine d'induction monobloc nécessite de couper le tuyau, de remplacer la bobine et de réenfiler le broyeur", a-t-il déclaré. Une conception à bobine divisée, qui est en deux parties, permet de contourner tout ce temps et ces efforts.

"Ils ont été utilisés par nécessité sur de grands moulins, mais il a fallu une ingénierie sophistiquée pour appliquer ce principe à de petites bobines", a-t-il déclaré. Les fabricants avaient simplement moins de ressources. "Les petites bobines en deux parties ont un matériel spécialisé et des pinces intelligemment conçues", a-t-il déclaré.

En ce qui concerne le processus de refroidissement de l'entrave, les producteurs de tubes et tuyaux ont deux choix conventionnels : le système de refroidissement central de l'usine ou un système d'eau séparé et dédié, qui peut être coûteux.

"Il est préférable de refroidir l'entrave avec un liquide de refroidissement propre", a déclaré Holderman. À cette fin, un petit investissement dans un système de filtration d'entrave dédié pour le liquide de refroidissement du broyeur peut contribuer grandement à améliorer la longévité d'une entrave.

Le liquide de refroidissement du broyeur est souvent utilisé sur l'entrave, mais le liquide de refroidissement du broyeur recueille les fines métalliques. Malgré tous les efforts pour piéger les fines dans un filtre central ou les capter avec un système d'aimant central, certaines passent à travers et se frayent un chemin jusqu'à l'entrave. Ce n'est pas un endroit pour les fines métalliques.

"Ils chauffent dans le champ d'induction et se brûlent dans le boîtier et la ferrite de l'empêcheur, ce qui entraîne une défaillance prématurée, puis des temps d'arrêt pour changer l'empêcheur", a déclaré Holderman. "Ils s'accumulent également sur les bobines d'induction et finissent par causer des dommages en créant des arcs là-bas également."

La soudure au laser. Pour les aciéries inoxydables, le soudage au laser joue un rôle important et croissant. Au départ, il s'agissait d'unités laser avec des résonateurs à CO2, mais celles-ci ont cédé le champ aux lasers à fibre. Cette technologie présente deux caractéristiques qui s'intègrent bien dans les opérations d'usines de tubes ou de tuyaux : l'uniformité et la fiabilité.

"Une source laser est extrêmement stable dans la façon dont elle génère et fournit de la chaleur. La soudure est constante tout au long de la journée", a déclaré Kevin Arnold, directeur des ventes Midwest pour IPG Photonics. "Les systèmes ont la capacité de s'autoréguler pour fournir une sortie cohérente." Une autre caractéristique est sa capacité à concentrer la chaleur, ce qui signifie que cette technologie peut réaliser une soudure réussie avec moins d'apport de chaleur que les autres méthodes de soudage. Moins de chaleur équivaut à moins de distorsion. En outre, la chaleur hautement concentrée permet souvent aux broyeurs de fonctionner plus rapidement qu'avec d'autres sources de chaleur, a-t-il déclaré, améliorant ainsi le débit.

La facilité d'installation et de maintenance est peut-être tout aussi importante. Finis les miroirs et le système de mise au point compliqué qui doivent être maintenus dans un alignement précis et scrupuleusement propres lors de l'utilisation de la technologie CO2.

"Le système de livraison de faisceau laser est d'un ordre de grandeur plus simple", a-t-il déclaré.

La fiabilité est étroitement liée. Moins de pièces mobiles signifie une plus grande disponibilité. La fiabilité des machines laser d'aujourd'hui, comparée aux premiers lasers utilisés dans la fabrication des métaux il y a des décennies, n'est même pas comparable, a-t-il déclaré.

"Au début, les fabricants pouvaient vivre avec un laser capricieux", a-t-il déclaré. "De nos jours, une machine laser à fibre est fiable, jour après jour, travaillant en arrière-plan, presque invisiblement, comme un employé fidèle", a-t-il déclaré.

Et bien qu'il soit entendu que les sources d'alimentation laser ne sont pas bon marché, les prix ont considérablement baissé au fil des décennies.

"Il y a vingt ans, un producteur de tubes ou de tuyaux aurait besoin de dizaines de millions de dollars de revenus annuels pour s'offrir un système de soudage au laser", a-t-il déclaré. "De nos jours, c'est beaucoup moins, dans certains cas aussi peu que 1 million de dollars par an."

Des pannes de courant.Strand a noté que certaines entreprises doivent faire face à des coupures de courant occasionnelles, ce qui est un gros problème pour les industries de transformation.

"Ce n'est généralement pas un problème aux États-Unis, mais ce n'est pas rare en Amérique du Sud", a-t-il déclaré. À mesure que les populations augmentent et prennent de l'avance sur le développement des infrastructures, cela est inévitable. La demande d'électricité dépasse l'offre et le service public d'électricité (ou le gouvernement) n'a d'autre choix que d'instituer des coupures de courant intermittentes et rotatives.

Bien sûr, des pannes de courant peuvent se produire et se produisent aux États-Unis. Les baisses de tension pendant les périodes de pointe de consommation sont une réalité dans certains États. Prasek et Strand ont tous deux noté que certaines entreprises adoptent des coupures de courant occasionnelles. Ils obtiennent un meilleur taux sur la puissance qu'ils utilisent en échange des inconvénients des coupures de courant occasionnelles.