autorzy: Michael Kelly, Allied PhotoChemical i David Hagood, Finishing Technology Solutions
Wyobraź sobie, że możesz wyeliminować prawie wszystkie LZO (lotne związki organiczne) w procesie produkcji rur, co odpowiada 10 000 funtów LZO rocznie. Wyobraź sobie również produkcję z większą szybkością, większą wydajnością i niższym kosztem na część/stopę liniową.
Zrównoważone procesy produkcyjne są kluczem do bardziej wydajnej i zoptymalizowanej produkcji na rynku północnoamerykańskim. Zrównoważony rozwój można mierzyć na różne sposoby:
Redukcja LZO
Mniejsze zużycie energii
Zoptymalizowana siła robocza
Szybsza wydajność produkcyjna (więcej za mniej)
Bardziej efektywne wykorzystanie kapitału
Plus wiele kombinacji powyższych
Niedawno wiodący producent rur wdrożył nową strategię dotyczącą operacji powlekania. Poprzednie platformy powlekające tego producenta były na bazie wody, która zawiera dużo lotnych związków organicznych i jest również łatwopalna. Wdrożoną zrównoważoną platformą powlekania była technologia powlekania w 100% ciałami stałymi metodą ultrafioletową (UV). W tym artykule podsumowano początkowy problem klienta, proces powlekania UV, ogólne ulepszenia procesu, oszczędności i redukcję LZO.
Operacje powlekania w produkcji rur
Producent zastosował proces powlekania na bazie wody, który pozostawił po sobie bałagan, jak pokazano na zdjęciach 1a i 1b. Proces ten nie tylko doprowadził do marnowania materiałów powłokowych, ale także stworzył zagrożenie w hali produkcyjnej, które zwiększyło narażenie na LZO i zagrożenie pożarowe. Ponadto klient chciał lepszej wydajności powlekania w porównaniu z obecną metodą powlekania na bazie wody.
Chociaż wielu ekspertów branżowych bezpośrednio porównuje powłoki wodne z powłokami UV, nie jest to realistyczne porównanie i może wprowadzać w błąd. Rzeczywista powłoka UV jest podzbiorem procesu powlekania UV.
Rysunek 1. Proces zaangażowania w projekt
UV to proces
UV to proces oferujący znaczące korzyści dla środowiska, ogólne ulepszenia procesu, lepszą wydajność produktu i, tak, oszczędności w przeliczeniu na liniową powłokę stopy. Aby pomyślnie wdrożyć projekt powłok UV, promieniowanie UV należy postrzegać jako proces składający się z trzech głównych elementów – 1) klienta, 2) integratora sprzętu do aplikacji i utwardzania UV oraz 3) partnera w technologii powłok.
Wszystkie trzy z nich mają kluczowe znaczenie dla pomyślnego planowania i wdrażania systemu powłok UV. Przyjrzyjmy się zatem całemu procesowi zaangażowania w projekt (rysunek 1). W większości przypadków wysiłki te są prowadzone przez partnera w dziedzinie technologii powlekania UV.
Kluczem do udanego projektu są jasno określone etapy zaangażowania, wbudowana elastyczność i możliwość dostosowania się do różnych typów klientów i ich zastosowań. Te siedem etapów zaangażowania stanowi podstawę udanej współpracy z klientem w ramach projektu: 1) ogólna dyskusja na temat procesu; 2) dyskusja na temat ROI; 3) specyfikacje produktu; 4) ogólna specyfikacja procesu; 5) próby próbne; 6) Zapytanie ofertowe / ogólna specyfikacja projektu; oraz 7) kontynuacja komunikacji.
Te etapy zaangażowania można realizować sekwencyjnie, niektóre mogą zachodzić w tym samym czasie lub można je zamieniać, ale wszystkie muszą zostać ukończone. Ta wbudowana elastyczność zapewnia uczestnikom największą szansę na sukces. W niektórych przypadkach najlepiej będzie zaangażować eksperta ds. procesów UV jako osobę posiadającą cenne doświadczenie branżowe we wszystkich formach technologii powlekania, ale co najważniejsze, duże doświadczenie w zakresie procesów UV. Ekspert ten może poruszać się po wszystkich kwestiach i działać jako neutralny zasób umożliwiający właściwą i uczciwą ocenę technologii powlekania.
Etap 1. Ogólna dyskusja na temat procesu
Tutaj wymieniane są wstępne informacje dotyczące bieżącego procesu klienta, z jasną definicją aktualnego układu i jasno określonymi pozytywami/negatywami. W wielu przypadkach powinna obowiązywać wzajemna umowa o zachowaniu poufności (NDA). Następnie należy zidentyfikować jasno określone cele doskonalenia procesu. Mogą one obejmować:
Zrównoważony rozwój – redukcja LZO
Redukcja i optymalizacja pracy
Poprawiona jakość
Zwiększona prędkość linii
Zmniejszenie powierzchni podłogi
Przegląd kosztów energii
Łatwość konserwacji systemu powłokowego – części zamienne itp.
Następnie na podstawie zidentyfikowanych ulepszeń procesu definiowane są konkretne wskaźniki.
Etap 2. Dyskusja na temat zwrotu z inwestycji (ROI).
Ważne jest, aby już na początkowych etapach zrozumieć ROI projektu. Choć poziom szczegółowości nie musi być taki, jaki będzie potrzebny do zatwierdzenia projektu, klient powinien mieć jasny zarys bieżących kosztów. Powinny one obejmować koszt produktu, stopę liniową itp.; koszty energii; koszty własności intelektualnej (IP); koszty jakości; koszty operatora / konserwacji; koszty zrównoważonego rozwoju; i koszt kapitału. (Aby uzyskać dostęp do kalkulatorów ROI, zobacz koniec tego artykułu.)
Etap 3. Omówienie specyfikacji produktu
Jak w przypadku każdego produkowanego obecnie produktu, podstawowe specyfikacje produktu są definiowane podczas wstępnych rozmów projektowych. Jeśli chodzi o zastosowania powłok, specyfikacje produktów ewoluowały z biegiem czasu, aby sprostać potrzebom produkcyjnym i zazwyczaj nie są spełniane w obecnym procesie powlekania klienta. Nazywamy to „dziś kontra jutro”. Jest to balansowanie pomiędzy zrozumieniem aktualnych specyfikacji produktu (które mogą nie zostać spełnione w przypadku obecnej powłoki) a realistycznym określeniem przyszłych potrzeb (co zawsze stanowi równowagę).
Etap 4. Ogólna specyfikacja procesu
Rysunek 2. Ulepszenia procesu dostępne w przypadku przejścia z procesu powłok na bazie wody na proces powłok UV
Klient powinien w pełni zrozumieć i zdefiniować bieżący proces, a także pozytywne i negatywne strony istniejących praktyk. Zrozumienie tego przez integratora systemów UV jest ważne, aby przy projektowaniu nowego systemu UV można było uwzględnić elementy, które działają dobrze, a które nie. W tym przypadku proces UV oferuje znaczące korzyści, które mogą obejmować zwiększoną szybkość nakładania powłok, zmniejszone wymagania dotyczące powierzchni podłogi oraz redukcję temperatury i wilgotności (patrz rysunek 2). Zdecydowanie zaleca się wspólną wizytę w zakładzie produkcyjnym klienta, która zapewnia doskonałe ramy do zrozumienia potrzeb i wymagań klienta.
Etap 5. Przebiegi pokazowe i próbne
Klient i integrator systemów UV powinni również odwiedzić siedzibę dostawcy powłok, aby każdy mógł wziąć udział w symulacji procesu powlekania UV u klienta. W tym czasie pojawi się wiele nowych pomysłów i sugestii w wyniku podjęcia następujących działań:
Symulacja, próbki i testy
Punkt odniesienia poprzez testowanie konkurencyjnych produktów powłokowych
Przejrzyj najlepsze praktyki
Przejrzyj procedury certyfikacji jakości
Poznaj integratorów UV
Opracuj szczegółowy plan działania na przyszłość
Etap 6. Zapytanie ofertowe / Ogólna specyfikacja projektu
Dokument zapytania ofertowego klienta powinien zawierać wszystkie istotne informacje i wymagania dotyczące nowej operacji powlekania UV, jak określono w dyskusjach na temat procesu. Dokument powinien uwzględniać najlepsze praktyki określone przez firmę zajmującą się technologią powlekania UV, które mogą obejmować podgrzewanie powłoki za pomocą systemu grzewczego z płaszczem wodnym do końcówki pistoletu; ogrzewanie i mieszanie toreb; oraz wagi do pomiaru zużycia powłoki.
Etap 7. Ciągła komunikacja
Sposób komunikacji pomiędzy klientem, integratorem UV i firmą produkującą powłoki UV ma kluczowe znaczenie i należy go promować. Dzisiejsza technologia sprawia, że planowanie i uczestniczenie w regularnych połączeniach typu Zoom/konferencyjnych jest bardzo wygodne. Podczas instalacji sprzętu lub systemu UV nie powinno być żadnych niespodzianek.
Wyniki osiągnięte przez producenta rur
Krytycznym obszarem do rozważenia w każdym projekcie powlekania UV są ogólne oszczędności. W tym przypadku producent zrealizował oszczędności w kilku obszarach, m.in. w kosztach energii, kosztach pracy i materiałach eksploatacyjnych do powłok.
Koszty energii – promieniowanie UV zasilane mikrofalami a ogrzewanie indukcyjne
W typowych systemach powłok na bazie wody istnieje potrzeba wstępnego lub następczego nagrzewania rury indukcyjnie. Nagrzewnice indukcyjne są drogimi odbiornikami zużywającymi dużo energii i mogą powodować poważne problemy w konserwacji. Ponadto rozwiązanie na bazie wody wymagało zużycia energii przez nagrzewnicę indukcyjną o mocy 200 kW w porównaniu z 90 kW zużywanymi przez mikrofalowe lampy UV.
Tabela 1. Oszczędności kosztów większe niż 100 kw/godz. dzięki zastosowaniu 10-lampowego mikrofalowego systemu UV w porównaniu z systemem ogrzewania indukcyjnego
Jak widać w tabeli 1, producent rur osiągnął oszczędności przekraczające 100 kW na godzinę po wdrożeniu technologii powlekania UV, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów energii o ponad 71 000 USD rocznie.
Rysunek 3. Ilustracja rocznych oszczędności kosztów energii elektrycznej
Oszczędności wynikające ze zmniejszonego zużycia energii oszacowano w oparciu o szacunkowy koszt energii elektrycznej na poziomie 14,33 centów/kWh. Redukcja zużycia energii o 100 kw/h, obliczona na dwie zmiany przez 50 tygodni w roku (pięć dni w tygodniu, 20 godzin na zmianę), skutkuje oszczędnościami w wysokości 71 650 USD, jak pokazano na rysunku 3.
Redukcja kosztów pracy – operatorzy i konserwacja
Ponieważ podmioty produkcyjne w dalszym ciągu oceniają swoje koszty pracy, proces UV zapewnia wyjątkowe oszczędności w zakresie godzin pracy operatora i konserwacji. W przypadku powłok na bazie wody mokra powłoka może zestalić się w dalszej części urządzenia do transportu materiału, co ostatecznie musi zostać usunięte.
Operatorzy zakładu produkcyjnego spędzili łącznie 28 godzin tygodniowo na usuwaniu/czyszczeniu powłoki wodnej z urządzeń do transportu materiałów znajdujących się poniżej.
Oprócz oszczędności kosztów (szacunkowe 28 godzin pracy x 36 USD [obciążony koszt] na godzinę = 1008,00 USD tygodniowo lub 50 400 USD rocznie), wymagania dotyczące pracy fizycznej operatorów mogą być frustrujące, czasochłonne i wręcz niebezpieczne.
Klient zaplanował czyszczenie powłoki na każdy kwartał, co wiązało się z kosztami robocizny wynoszącymi 1900 USD na kwartał plus poniesione koszty usunięcia powłoki, co daje łącznie 2500 USD. Całkowite oszczędności rocznie wyniosły 10 000 dolarów.
Oszczędności na powłokach – na bazie wody vs. UV
Produkcja rur u klienta wynosiła 12 000 ton miesięcznie rur o średnicy 9,625 cala. Podsumowując, odpowiada to około 570 000 stóp liniowych / ~ 12 700 sztuk. Proces aplikacji nowej technologii powlekania UV obejmował pistolety natryskowe o dużej objętości i niskim ciśnieniu o typowej grubości docelowej wynoszącej 1,5 milimetra. Utwardzanie przeprowadzono przy użyciu lamp mikrofalowych Heraeus UV. Oszczędności na kosztach powłok oraz kosztach transportu/manipulacji wewnętrznej podsumowano w tabelach 2 i 3.
Tabela 2. Porównanie kosztów powłok – powłoki UV i wodne na stopę liniową
Tabela 3. Dodatkowe oszczędności dzięki niższym kosztom transportu przychodzącego i zmniejszonej obsłudze materiałów na miejscu
Ponadto można uzyskać dodatkowe oszczędności w kosztach materiałów i pracy oraz zwiększyć wydajność produkcji.
Powłoki UV podlegają recyklingowi (powłoki na bazie wody nie), co pozwala uzyskać wydajność na poziomie co najmniej 96%.
Operatorzy spędzają mniej czasu na czyszczeniu i konserwacji sprzętu do aplikacji, ponieważ powłoka UV nie wysycha, jeśli nie zostanie wystawiona na działanie energii UV o dużej intensywności.
Prędkości produkcji są większe, a klient ma potencjał zwiększenia prędkości produkcji z 30 metrów na minutę do 150 stóp na minutę – co oznacza wzrost o 50%.
Sprzęt do procesu UV ma zazwyczaj wbudowany cykl płukania, który jest śledzony i planowany według godzin pracy produkcyjnej. Można to dostosować do potrzeb klienta, co skutkuje mniejszą ilością siły roboczej potrzebnej do czyszczenia systemu.
W tym przykładzie klient uzyskał oszczędności w wysokości 1 277 400 USD rocznie.
Redukcja LZO
Wdrożenie technologii powlekania UV również zmniejszyło LZO, jak widać na rysunku 4.
Rysunek 4. Redukcja LZO w wyniku zastosowania powłoki UV
Wniosek
Technologia powłok UV pozwala producentom rur praktycznie wyeliminować LZO w operacjach powlekania, zapewniając jednocześnie zrównoważony proces produkcyjny, który poprawia produktywność i ogólną wydajność produktu. Systemy powłok UV również zapewniają znaczne oszczędności. Jak opisano w tym artykule, całkowite oszczędności klienta przekroczyły 1 200 000 dolarów rocznie oraz wyeliminowały ponad 54 000 funtów emisji LZO.
Aby uzyskać więcej informacji i uzyskać dostęp do kalkulatorów ROI, odwiedź stronę www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Dodatkowe ulepszenia procesów i przykład kalkulatora ROI można znaleźć na stronie www.uvebtechnology.com.
PASEK BOCZNY
Zrównoważony rozwój procesu powlekania UV / zalety środowiskowe:
Brak lotnych związków organicznych (LZO)
Brak niebezpiecznych substancji zanieczyszczających powietrze (HAP)
Niepalny
Nie zawiera rozpuszczalników, wody ani wypełniaczy
Brak problemów z produkcją wilgoci i temperatury
Ogólne ulepszenia procesu oferowane przez powłoki UV:
Duże prędkości produkcyjne sięgające od 800 do 900 stóp na minutę, w zależności od wielkości produktu
Mały rozmiar fizyczny mniejszy niż 35 stóp (długość liniowa)
Minimalna ilość pracy w toku
Natychmiastowe wysychanie, bez konieczności utwardzania
Brak dalszych problemów z mokrym powlekaniem
Brak regulacji powłoki ze względu na temperaturę lub wilgotność
Nie ma potrzeby specjalnego przenoszenia/przechowywania podczas zmian zmian, konserwacji lub przestojów w weekendy
Redukcja kosztów siły roboczej związanej z operatorami i konserwacją
Możliwość odzyskiwania nadmiaru lakieru, ponownego filtrowania i ponownego wprowadzenia do systemu powłokowego
Poprawiona wydajność produktu dzięki powłokom UV:
Lepsze wyniki testów wilgotności
Świetne wyniki testów mgły solnej
Możliwość dostosowania atrybutów i koloru powłoki
Dostępne lakiery bezbarwne, metaliczne i kolory
Niższe koszty pokrycia stopy liniowej, jak pokazuje kalkulator ROI:
Czas publikacji: 14 grudnia 2023 r
