Michael Kellyn, Allied PhotoChemical, ja David Hagoodin, Finishing Technology Solutions -yrityksestä kirjoittamat
Kuvittele, että pystyisit poistamaan lähes kaikki VOC-yhdisteet (haihtuvat orgaaniset yhdisteet) putkien ja letkujen valmistusprosessista, mikä vastaa 10 000 paunaa VOC-yhdisteitä vuodessa. Kuvittele myös, että pystyisit tuottamaan nopeammin, suuremmalla läpimenolla ja pienemmillä kustannuksilla osaa / lineaarijalkaa kohden.
Kestävät valmistusprosessit ovat avainasemassa tehokkaamman ja optimoidun valmistuksen edistämisessä Pohjois-Amerikan markkinoilla. Kestävää kehitystä voidaan mitata useilla eri tavoilla:
VOC-vähennys
Vähemmän energiankulutusta
Optimoitu työvoima
Nopeampi valmistus (enemmän vähemmällä)
Pääoman tehokkaampi käyttö
Lisäksi monia yhdistelmiä yllä mainituista
Äskettäin johtava putkivalmistaja otti käyttöön uuden strategian pinnoitustoiminnoissaan. Valmistajan aiemmat ensisijaiset pinnoitusalustat olivat vesipohjaisia, joissa on paljon VOC-yhdisteitä ja jotka sattuvat olemaan myös syttyviä. Käyttöön otettu kestävä pinnoitusalusta oli 100 % kiinteää ainetta sisältävä ultravioletti (UV) -pinnoitusteknologia. Tässä artikkelissa esitetään yhteenveto asiakkaan alkuperäisestä ongelmasta, UV-pinnoitusprosessista, prosessin yleisistä parannuksista, kustannussäästöistä ja VOC-päästöjen vähentämisestä.
Pinnoitustoiminnot putkien valmistuksessa
Valmistaja käytti vesipohjaista pinnoitusprosessia, joka jätti jälkeensä sotkua, kuten kuvista 1a ja 1b näkyy. Prosessi ei ainoastaan johtanut pinnoitusmateriaalien hukkaan heittämiseen, vaan se myös aiheutti tuotantotilan vaaratilanteen, joka lisäsi altistumista VOC-yhdisteille ja palovaaraa. Lisäksi asiakas halusi paremman pinnoitteen suorituskyvyn verrattuna nykyiseen vesipohjaiseen pinnoitusprosessiin.
Vaikka monet alan asiantuntijat vertaavat vesiohenteisia pinnoitteita suoraan UV-pinnoitteisiin, tämä ei ole realistinen vertailu ja voi olla harhaanjohtava. Varsinainen UV-pinnoite on osa UV-pinnoitusprosessia.
Kuva 1. Projektin aloittamisprosessi
UV on prosessi
UV-käsittely tarjoaa merkittäviä ympäristöetuja, prosessin yleisiä parannuksia, paremman tuotteen suorituskyvyn ja kyllä, myös pinnoituskustannusten säästöjä lineaarijalkaa kohden. UV-pinnoitusprojektin onnistuneen toteuttamisen varmistamiseksi UV-käsittelyä on tarkasteltava prosessina, jossa on kolme pääkomponenttia – 1) asiakas, 2) UV-levitys- ja kovetuslaitteiden integraattori ja 3) pinnoitusteknologiakumppani.
Kaikki nämä kolme ovat kriittisiä UV-pinnoitusjärjestelmän onnistuneelle suunnittelulle ja toteutukselle. Tarkastellaan siis koko projektin aloittamisprosessia (kuva 1). Useimmissa tapauksissa tätä työtä johtaa UV-pinnoitusteknologiakumppani.
Minkä tahansa projektin onnistumisen avain on selkeästi määritellyt yhteistyövaiheet, joissa on sisäänrakennettua joustavuutta ja kykyä mukautua erityyppisiin asiakkaisiin ja heidän sovelluksiinsa. Nämä seitsemän yhteistyövaihetta muodostavat perustan onnistuneelle projektin ja asiakkaan väliselle yhteistyölle: 1) prosessin kokonaiskeskustelu; 2) sijoitetun pääoman tuottoprosentin keskustelu; 3) tuotespesifikaatiot; 4) prosessin kokonaisspesifikaatio; 5) näytekokeilut; 6) tarjouspyyntö / projektin kokonaisspesifikaatio; ja 7) jatkuva viestintä.
Näitä sitouttamisvaiheita voidaan seurata sarjana, jotkut voivat tapahtua samaan aikaan tai ne voidaan vaihtaa keskenään, mutta kaikki on suoritettava. Tämä sisäänrakennettu joustavuus tarjoaa osallistujille parhaat onnistumismahdollisuudet. Joissakin tapauksissa voi olla parasta palkata UV-prosessiasiantuntija resurssiksi, jolla on arvokasta alan kokemusta kaikenlaisista pinnoitusteknologioista, mutta ennen kaikkea vahvaa UV-prosessikokemusta. Tämä asiantuntija pystyy navigoimaan kaikissa ongelmissa ja toimimaan puolueettomana resurssina pinnoitusteknologioiden asianmukaisessa ja oikeudenmukaisessa arvioinnissa.
Vaihe 1. Kokonaisvaltainen prosessikeskustelu
Tässä vaiheessa vaihdetaan alustavia tietoja asiakkaan nykyisestä prosessista, ja nykyinen asettelu sekä positiiviset ja negatiiviset puolet määritellään selkeästi. Monissa tapauksissa tulisi olla voimassa molemminpuolinen salassapitosopimus (NDA). Sen jälkeen tulisi tunnistaa selkeästi määritellyt prosessinparannustavoitteet. Näitä voivat olla:
Kestävä kehitys – VOC-yhdisteiden vähentäminen
Työvoiman vähentäminen ja optimointi
Parannettu laatu
Lisääntynyt linjanopeus
Lattiatilan pienentäminen
Energiakustannusten tarkastelu
Pinnoitusjärjestelmän huollettavuus – varaosat jne.
Seuraavaksi määritellään tarkat mittarit näiden tunnistettujen prosessiparannusten perusteella.
Vaihe 2. Sijoitetun pääoman tuottoprosentin (ROI) tarkastelu
On tärkeää ymmärtää projektin ROI alkuvaiheessa. Vaikka yksityiskohtaisuuden tason ei tarvitse olla projektin hyväksymisen edellyttämä, asiakkaalla tulisi olla selkeä kuva nykyisistä kustannuksista. Näihin tulisi sisältyä kustannukset tuotetta tai lineaarijalkaa kohden jne.; energiakustannukset; immateriaalioikeudet (IP); laatukustannukset; operaattori-/ylläpitokustannukset; kestävyyskustannukset; ja pääomakustannukset. (Royal Return -laskurit löytyvät tämän artikkelin lopusta.)
Vaihe 3. Tuotespesifikaatioiden keskustelu
Kuten kaikkien nykyään valmistettujen tuotteiden kohdalla, perustuotteen vaatimukset määritellään alustavissa projektikeskusteluissa. Pinnoitussovellusten osalta nämä tuotevaatimukset ovat kehittyneet ajan myötä vastaamaan tuotantotarpeita, eivätkä ne tyypillisesti täyty asiakkaan nykyisellä pinnoitusprosessilla. Kutsumme sitä "tänään vs. huomenna". Kyse on tasapainoilusta nykyisten tuotevaatimusten ymmärtämisen (joita nykyinen pinnoite ei välttämättä täytä) ja realististen tulevien tarpeiden määrittelyn (mikä on aina tasapainoilua) välillä.
Vaihe 4. Yleiset prosessitiedot
Kuva 2. Prosessin parannukset, joita on saatavilla siirryttäessä vesipohjaisesta pinnoitusprosessista UV-pinnoitusprosessiin
Asiakkaan tulee täysin ymmärtää ja määritellä nykyinen prosessi sekä olemassa olevien käytäntöjen hyvät ja huonot puolet. UV-järjestelmien integraattorin on tärkeää ymmärtää tämä, jotta uuden UV-järjestelmän suunnittelussa voidaan ottaa huomioon sekä hyvin että huonosti toimivat asiat. Tässä UV-prosessi tarjoaa merkittäviä etuja, joihin voi kuulua lisääntynyt pinnoitusnopeus, pienemmät lattiapinta-alan vaatimukset sekä lämpötilan ja kosteuden aleneminen (katso kuva 2). Yhteinen vierailu asiakkaan tuotantolaitoksessa on erittäin suositeltavaa, ja se tarjoaa hyvän viitekehyksen asiakkaan tarpeiden ja vaatimusten ymmärtämiseen.
Vaihe 5. Demonstraatio ja koeajot
Asiakkaan ja UV-järjestelmäintegraattorin tulisi myös vierailla pinnoitetoimittajan tiloissa, jotta kaikki voivat osallistua asiakkaan UV-pinnoitusprosessin simulointiin. Tänä aikana esiin nousee monia uusia ideoita ja ehdotuksia seuraavien toimien yhteydessä:
Simulointi, näytteet ja testaus
Vertailuarvoja testaamalla kilpailevia pinnoitetuotteita
Tarkista parhaat käytännöt
Tarkista laatusertifiointimenettelyt
Tapaa UV-integraattorit
Laadi yksityiskohtainen toimintasuunnitelma jatkoa varten
Vaihe 6. Tarjouspyyntö / Projektin yleinen erittely
Asiakkaan tarjouspyyntöasiakirjan tulee sisältää kaikki prosessikeskusteluissa määritellyt uudelle UV-pinnoitustoiminnolle olennaiset tiedot ja vaatimukset. Asiakirjan tulee sisältää UV-pinnoitusteknologiayrityksen määrittelemät parhaat käytännöt, joihin voi sisältyä pinnoitteen lämmittäminen vesivaippaisella lämmitysjärjestelmällä pistoolin kärkeen; kuljetuslaukun lämmitys ja sekoitus; sekä vaa'at pinnoitteen kulutuksen mittaamiseen.
Vaihe 7. Jatkuva viestintä
Asiakkaan, UV-integraattorin ja UV-pinnoiteyrityksen väliset viestintätavat ovat kriittisiä ja niitä tulisi edistää. Nykyteknologia tekee säännöllisten Zoom-/konferenssityyppisten puheluiden aikatauluttamisesta ja niihin osallistumisesta erittäin kätevää. UV-laitteiden tai -järjestelmien asennuksen yhteydessä ei pitäisi olla yllätyksiä.
Putkivalmistajan saavuttamat tulokset
Yksi UV-pinnoitusprojektin kriittisistä huomioitavista asioista on kokonaiskustannussäästöt. Tässä tapauksessa valmistaja saavutti säästöjä useilla osa-alueilla, kuten energiakustannuksissa, työvoimakustannuksissa ja pinnoitteiden kulutusmateriaaleissa.
Energiakustannukset – Mikroaaltokäyttöinen UV- vs. induktiolämmitys
Tyypillisissä vesipohjaisissa pinnoitejärjestelmissä putki on lämmitettävä induktiolämmittimen esi- tai jälkikäteen. Induktiolämmittimet ovat kalliita, kuluttavat paljon energiaa ja niillä voi olla merkittäviä huolto-ongelmia. Lisäksi vesipohjainen ratkaisu vaati 200 kW:n induktiolämmittimen energiankulutuksen verrattuna mikroaalto-UV-lamppujen käyttämään 90 kW:iin.
Taulukko 1. Yli 100 kW/tunti kustannussäästöt käyttämällä 10-lamppuista mikroaalto-UV-järjestelmää verrattuna induktiolämmitysjärjestelmään
Kuten taulukosta 1 nähdään, putkivalmistaja saavutti yli 100 kW:n säästöt tunnissa UV-pinnoitustekniikan käyttöönoton jälkeen ja samalla alensi energiakustannuksiaan yli 71 000 dollaria vuodessa.
Kuva 3. Vuosittaisten sähkökustannussäästöjen kuvaus
Tämän energiankulutuksen vähenemisen kustannussäästöt arvioitiin sähkön hinnan perusteella, joka oli arviolta 14,33 senttiä/kWh. 100 kW/tunti energiankulutuksen vähennys, laskettuna kahdelle vuorolle 50 viikon ajan vuodessa (viisi päivää viikossa, 20 tuntia vuoroa kohden), johtaa 71 650 dollarin säästöön, kuten kuvassa 3 on esitetty.
Työvoimakustannusten alentaminen – käyttäjät ja kunnossapito
Valmistusyritysten jatkuvasti arvioidessa työvoimakustannuksiaan, UV-prosessi tarjoaa ainutlaatuisia säästöjä käyttäjän ja kunnossapidon työtuntien suhteen. Vesiohenteisten pinnoitteiden avulla märkä pinnoite voi jähmettyä materiaalinkäsittelylaitteiden alajuoksulla, joka lopulta on poistettava.
Tuotantolaitoksen operaattorit käyttivät yhteensä 28 tuntia viikossa vesipohjaisen pinnoitteen poistamiseen/puhdistamiseen sen loppupään materiaalinkäsittelylaitteista.
Kustannussäästöjen (arviolta 28 työtuntia x 36 dollaria [lisäkustannukset] tunnissa = 1 008,00 dollaria viikossa tai 50 400 dollaria vuodessa) lisäksi käyttäjien fyysiset työvoimavaatimukset voivat olla turhauttavia, aikaa vieviä ja suorastaan vaarallisia.
Asiakas kohdisti pinnoitteen puhdistukseen kunkin vuosineljänneksen työvoimakustannukset 1 900 dollaria vuosineljännestä kohden, minkä lisäksi pinnoitteen poistokustannukset olivat yhteensä 2 500 dollaria. Kokonaissäästöt vuodessa olivat 10 000 dollaria.
Pinnoitteiden säästöt – vesiohenteinen vs. UV-pohjainen
Asiakkaan tehtaan putkituotanto oli 12 000 tonnia kuukaudessa halkaisijaltaan 9,625 tuuman putkia. Yhteenvetona tämä vastaa noin 570 000 lineaarijalkaa / noin 12 700 kappaletta. Uuden UV-pinnoitusteknologian levitysprosessiin kuuluivat suuritehoiset/matalapaineiset ruiskupistoolit, joiden tyypillinen tavoitepaksuus oli 1,5 milliä. Kovetus tehtiin Heraeus-UV-mikroaaltolamppujen avulla. Pinnoituskustannusten ja kuljetus-/sisäisten käsittelykustannusten säästöt on esitetty yhteenvetona taulukoissa 2 ja 3.
Taulukko 2. Pinnoitteiden kustannusvertailu – UV- ja vesipohjaiset pinnoitteet lineaarijalkaa kohden
Taulukko 3. Lisäsäästöt alhaisemmista saapuvien kuljetusten kustannuksista ja vähentyneestä materiaalinkäsittelystä työmaalla
Lisäksi voidaan saavuttaa lisäsäästöjä materiaali- ja työvoimakustannuksissa sekä tuotannon tehokkuutta.
UV-pinnoitteet ovat kierrätettäviä (vesipohjaiset pinnoitteet eivät), mikä mahdollistaa vähintään 96 %:n tehokkuuden.
Käyttäjät käyttävät vähemmän aikaa levityslaitteiden puhdistukseen ja huoltoon, koska UV-pinnoite ei kuivu, ellei sitä altisteta voimakkaalle UV-energialle.
Tuotantonopeudet ovat nopeampia, ja asiakkaalla on mahdollisuus nostaa tuotantonopeutta 30 metristä minuutissa 45 metriin minuutissa – 50 prosentin kasvu.
UV-prosessilaitteistossa on tyypillisesti sisäänrakennettu huuhtelusykli, jota seurataan ja aikataulutetaan tuotantotuntien mukaan. Tätä voidaan säätää asiakkaan tarpeiden mukaan, mikä vähentää järjestelmän puhdistukseen tarvittavaa työvoimaa.
Tässä esimerkissä asiakas saavutti 1 277 400 dollarin vuosittaiset kustannussäästöt.
VOC-vähennys
UV-pinnoitusteknologian käyttöönotto vähensi myös VOC-yhdisteitä, kuten kuvasta 4 nähdään.
Kuva 4. VOC-päästöjen väheneminen UV-pinnoitteen käyttöönoton seurauksena
Johtopäätös
UV-pinnoitusteknologian avulla putkivalmistajat voivat käytännössä poistaa VOC-yhdisteet pinnoitustoiminnoissaan ja samalla tarjota kestävän valmistusprosessin, joka parantaa tuottavuutta ja tuotteen yleistä suorituskykyä. UV-pinnoitusjärjestelmät tuovat myös merkittäviä kustannussäästöjä. Kuten tässä artikkelissa todetaan, asiakkaan kokonaissäästöt ylittivät 1 200 000 dollaria vuodessa, ja lisäksi VOC-päästöt vähenivät yli 154 000 paunalla.
Lisätietoja ja ROI-laskimien käyttö on osoitteessa www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Lisää prosessiparannuksia ja esimerkki ROI-laskurista on osoitteessa www.uvebtechnology.com.
SIVUPALKKI
UV-pinnoitusprosessin kestävyys / ympäristöedut:
Ei haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC)
Ei vaarallisia ilmansaasteita (HAP)
Palamaton
Ei liuottimia, vettä tai täyteaineita
Ei kosteus- tai lämpötilaongelmia tuotannossa
UV-pinnoitteiden tarjoamat yleiset prosessiparannukset:
Nopeat tuotantonopeudet, jopa 800–900 jalkaa minuutissa tuotteen koosta riippuen
Pieni fyysinen jalanjälki, alle 35 jalkaa (lineaarinen pituus)
Minimaalinen keskeneräinen työmäärä
Välittömästi kuivuva ilman jälkikovetusvaatimuksia
Ei märkäpinnoitusongelmia alavirran puolella
Ei pinnoitteen säätöä lämpötila- tai kosteusongelmien vuoksi
Ei erityistä käsittelyä/säilytystä vuoronvaihdosten, huollon tai viikonloppuseisokkien aikana
Käyttäjä- ja kunnossapitoon liittyvien työvoimakustannusten aleneminen
Mahdollisuus kerätä ylimääräinen ruiskutus, suodattaa uudelleen ja lisätä takaisin pinnoitusjärjestelmään
Parannettu tuotteen suorituskyky UV-pinnoitteilla:
Parannetut kosteustestaustulokset
Hienot suolasumutestaustulokset
Mahdollisuus säätää pinnoitteen ominaisuuksia ja väriä
Saatavilla kirkkaita lakkoja, metallivärejä ja värejä
ROI-laskurin mukaan alhaisemmat pinnoituskustannukset lineaarijalkaa kohden:
Julkaisun aika: 14.12.2023
