Modernizacja czy zakup nowego?

Trochę inne spojrzenie na bardzo typowy problem.

Każda firma i każdy przedsiębiorca w  pewnym momencie staje przed dylematem czy dokonać zakupu nowego urządzenia czy decydować się na remont i modernizację. Dylemat jak wiele innych w prowadzeniu działalności gospodarczej, tyle tylko, że w tym wypadku można oprzeć się o konkretne dane techniczne mogące spowodować, że wybór staje się racjonalny, a nie emocjonalny, co w technice przekłada się na  konkretne rozwiązania. Często w bardzo dużych firmach działających na obszarze całego kraju, a nawet eksportujących takiego dylematu niema bo rozwijająca się sieć dystrybucji  i dobra marka lub specyficzny produkt, na który jest stały lub rosnący pobyt, decydują o kierunku rozwoju. W takiej sytuacji decyzja jest prosta i oczywista, czyli zakup nowych urządzeń lub linii produkcyjnych.  Gorzej jest z podjęciem decyzji o wydatkowaniu  środków w sytuacji gdy nie chodzi o zwiększenie wydajności, a jedynie o utrzymanie rentowności , poziomu zatrudnienia , bo firma jest jedynym pracodawcą w miejscowości czy gminie, a rynkiem zbytu są mieszkańcy z najbliższej okolicy czy powiatu.

Z takimi dylematami borykają się firmy działające na przykład w województwie warmińsko-mazurskim gdzie nie ma wielkich tradycji przemysłowych. Wyjątkiem jest przemysł drzewny gdzie tradycja jest duża, a ulokowanie zakładów w okolicach dużych kompleksów leśnych wydaje się oczywiste. Przed rozwiązaniem  takiego dylematu stanęła jedna z firm w powiecie ostródzkim, a dokładnie to gospodarstwo ronle prowadzące pozarolniczą działalność gospodarcza polegająca na produkcji  polbruku, bloczków fundamentowych, i tym podobnych elementów wytwarzanych metodą zagęszczania betonu w formach stalowych  przy użyciu wibracji. Firma nie posiada swojej sieci dystrybucji. Oferuje sprzedaż w siedzibie i dowóz własnym transportem do klienta. Jak wynika z opisu nie jest to ani lider okolicznego rynku ani wschodzący producent na tym terenie. Firma ma raczej ustabilizowany rynek odbiorców.

 Niestety po latach eksploatacji zakupionych na początku lat dwutysięcznych używanych maszyn pojawiły się awarie.  Ilość postojów i przerw w produkcji  związanych z awariami  zaczęła wpływać w znaczący sposób na zyski z produkcji. Dodatkowym aspektem problemu stało się zalecenie Państwowej Inspekcji Pracy dotyczącej ograniczenia hałasu i wibracji w miejscu pracy operatora maszyny.  Produkcja przy użyciu prasy wibracyjnej  w oczywisty sposób powoduje bardzo uciążliwe warunki pracy.  I chyba zalecenie PIP było decydujące w podjęciu decyzji  co dalej czy kupić nową, to znaczy nowszą używaną linię, czy modernizować obecną. W tym przypadku należało brać pod uwagę kilka aspektów problemu. Zakup innej linii pociągałby za sobą konieczność przeprowadzenia kilku innych mniejszych inwestycji, miedzy innymi modernizację węzła betoniarskiego czy zmianę transportu palet z wyrobem. Dodatkowym problemem nie występującym w dużych zakładach, była obsługa techniczna maszyny prowadzona przez operatorów, a nie wyspecjalizowane służby techniczne. Przy  zakupie innej linii wystąpiłby problem z nauczeniem się obsługi technicznej nowego urządzenia, a zwłaszcza gdy maszyna była by zbudowana z wykorzystaniem dużej ilości nowoczesnych rozwiązań napędowych, a co za tym idzie i skomplikowanego systemu sterowania.

Do realizacji poszczególnych napędów w linii wykorzystywany jest układ hydrauliki siłowej realizujący napęd przy pomocy siłowników hydraulicznych. Za sterowanie odpowiadał system  zabudowany na przekaźnikach i stycznikach przy wykorzystaniu kilku mechanicznych czasówek odpowiadających za czasy technologiczne. Najnowocześniejszym elementem w układzie automatyki była fotokomórka refleksyjna i zbliżeniowe czujniki położenia. Jak wynika z opisu układ automatyki w tej maszynie był typowy dla przełomu wieków.  Z relacji operatorów wynikało że największy problem stanowiły łamiące się przewody elektryczne między ruchomymi elementami maszyny i coraz częstsze awarie przekaźników oraz praktycznie nie do usunięcia awarie w układzie hydraulicznym. Układ hydrauliczny został zabudowany na płytach przyłączeniowych do zabudowy plastrowej, które pozwalały przy pomocy zaślepek wykorzystywać te same kanały w poszczególnych płytach do realizowania specyficznych przepływów, co miało stanowić uniwersalną alternatywę dla specjalnie wykonywanych bloków hydraulicznych dedykowanych do specyfiki układu hydraulicznego linii. Okazało się z resztą, że to właśnie zaślepki, które po latach eksploatacji  przestały utrzymywać szczelność  stały się główną przyczyną niedomagań starego układu hydraulicznego. Na to wszystko nałożyła się decyzja o konieczności ograniczenia hałasu w miejscu pracy operatora. Maszyna zainstalowana była w betonowej hali której akustyka powodowała wielokrotne odbicie fal dźwiękowych od ścian, a na dodatek wibracje wytwarzane przez pracującą linię przenoszone na fundamenty hali, a co za tym idzie również na ściany powodowały jeszcze większe natężenie hałasu w hali. 

Po analizie wszystkich występujących problemów podjęta została decyzja o modernizacji maszyny polegającej na wymianie kompletnego bloku zaworów sterujących układu hydraulicznego oraz zmianą starego układu sterowania na układ sterowania na podbudowie sterownika PLC. Wraz ze zmianą sterowania zapadła decyzja o przeniesieniu szafy sterowniczej i pulpitu sterowniczego do specjalnie do tego celu wykonanego pomieszczenia z izolacja akustyczną, w którym miało się po remoncie znajdować  miejsce pracy operatora. Miało to być rozwiązaniem problemu hałasu w miejscu pracy operatora, zgodnie z zaleceniami PIP-u. Cały zakres prac podzielono na dwa etapy.

Etap pierwszy polegał na zabudowie nowego bloku sterowania układu hydraulicznego. Do zabudowy nowego bloku zostały użyte wyłącznie typowe elementy hydrauliki siłowej. Miało to na celu uprościć gospodarkę częściami zamiennymi ponieważ używając wyłącznie typowych elementów można korzystać z różnych dostawców i producentów tego typu elementów. Daje to możliwość poszukiwania tańszych produktów bo nie uzależnia od jednego dostawcy określonego elementu. System hydrauliczny został zabudowany na typowej płycie przyłączeniowej URLA 10. Wszystkie rozdzielacze użyte do realizacji funkcji to standardowe elektrozawory suwakowe wielkość NG10 z katalogowymi typami suwaków odpowiadającymi za określony sposób łączenia kanałów.  Do realizacji podparcia siłowników wykorzystane zostały zawory zwrotne sterowane bliźniacze do zabudowy plastrowej. W tym samy typie zabudowy zostały też dobrane zawory dławiące, redukcyjne ciśnienia i przelewowe. Po zmontowaniu wszystkich elementów uzyskano jednolity blok sterowania w układzie hydraulicznym z ograniczonymi do niezbędnego minimum gabarytami , co pozwoliło na łatwą aplikację do maszyny bez konieczności przebudowy przyłączy poszczególnych siłowników. Przy zabudowie zastosowano zawory kulowe do odcięcia zbiornika i pompy, co ułatwiło ewentualne naprawy ze względy na usytuowanie pompy i zbiornika nad blokiem. Wcześniej w trakcie wymiany elementów układu hydraulicznego następował grawitacyjny wypływ oleju z otwartych kanałów bloków i zaworów co powodowało duże straty oleju w trakcie naprawy, a sam cieknący olej był zawsze zmorą dla mechaników. Po przebudowie układu hydrauliki zostały przeprowadzone próby robocze przy użyciu starego układu sterowania w celu potwierdzenia funkcjonalności nowo zabudowanego bloku. Po przeprowadzeniu prób produkcyjnych i stwierdzeniu że układ hydrauliczny pozwala na zrealizowanie procesu technologicznego podjęta została decyzja o przeprowadzeniu modernizacji układu sterowania. Taki sposób postępowania pozwolił uniknąć problemu przy uruchomieniu produkcji po modernizacji. W sytuacji gdy zostały by jednocześnie zmodernizowane oba układy, hydrauliczny i sterowania, przy problemach z uruchomieniem nie wiadomo było by czy problem leży w sterowaniu czy w hydraulice, a tak ewentualne niedomagania zostały ograniczone do systemu sterowania.

Drugi etap to przebudowa a właściwie zabudowa nowego układu sterowania. Nowy system sterowania  został podzielony na trzy elementy: szafę sterownicza, pulpit sterowniczy i szafę rozdzielczą zainstalowaną w miejscu starej szafy sterującej na maszynie. Wszystkie elementy zostały ze sobą połączone kablami sterowniczymi wielożyłowymi zakończonymi wtykami wielopinowymi.  Takie rozwiązanie miało na celu ograniczenie ilości zmian w systemie prowadzenia okablowania na maszynie, a kable z wtyczkami  mają pozwolić na jak najprostszą wymianę okablowania miedzy ruchomymi częściami maszyny i szafą sterowniczą.  W zabudowie pulpitu sterowniczego wykorzystano oczywiście najbardziej typowe elementy sterujące. Najważniejszą zmianą w systemie sterowania  jest zmiana sterowania analogowego na cyfrowe. Zabudowany w szafie sterownik to Simatic S7-1200 produkowany przez firmę SIEMENS, jest to uniwersalne narzędzie przy pomocy, którego można zautomatyzować każdy proces produkcji. Cechuje się dobrą ceną przy bardo dobrej jakości. Nie bez znaczenia jest też wsparcie producenta przy rozwiązywaniu problemów technicznych związanych z eksploatacją sterowników Simatic. Szafa oczywiście została zabudowana w całości z nowych komponentów. Przy okazji  rozwiązane zostały problemy z zabezpieczaniem silników elektrycznych wibratorów pracujących parami. W maszynie pracują trzy wibratory każdy napędzany parą silników. Dotychczas zabezpieczenie było jedno dla wszystkich silników. Jeżeli jeden z silników z pary został uszkodzony to drugi ulegał przegrzaniu z powodu mechanicznej blokady wirowania. Przy zabudowie nowej szafy układ zasilania silników został tak podzielony, że każdy silnik miał swoje zabezpieczenie, a uszkodzenie jednego z pary silników powoduje wyłączenie drugiego. Najważniejszą zmianą mającą wpływ na BHP była zmiana napięcia sterowania elektrozaworów z 230V AC na 24VDC. Jest to bardzo ważne zagadnienie bo eliminuje możliwość porażenia prądem zmiennym osoby obsługującej czy serwisującej maszynę. Poza tym jest to zgodne z obecnymi wymogami bezpieczeństwa dla nowo produkowanych maszyn.  W trakcie pisania oprogramowania do sterownika przy współpracy z doświadczonym operatorem zostały wprowadzone zmiany w sposobie sterowania maszyną, aby polepszyć parametry technologiczne linii. Po latach użytkowania okazało się, że producent nie przewidział, iż przy produkcji niektórych typów bloczków potrzebne będą inne parametry ustawień typu czasy technologiczne lub zmiana sposobu rozszalowania formy. W trakcie eksploatacji pojawiła się też potrzeba  stworzenia cyklu pracy „ustawianie”, co umożliwiło pracownikowi wykonywanie ruchów potrzebnych  przy ustawianiu maszyny czy montażu formy, a niedopuszczalnych w trakcie normalnej eksploatacji.  Oczywiście nowa szafa sterownicza i pulpit zgodnie z założeniami zostały zamontowane w wygłuszonej sterówce co podniosło znacznie komfort pracy operatora. Dodatkową zaletą są warunki pracy układu sterowania, który dzięki instalacji w zamkniętym pomieszczeniu nie ma kontaktu z wilgocią i kurzem , co nie jest bez znaczenia dla bezawaryjnej pracy. Po przeprowadzeniu prób produkcyjnych i drobnych poprawkach w programie sterującym maszyna osiągnęła zakładane parametry robocze.

W trakcie pierwszego miesiąca eksploatacji po modernizacji okazało się, że są też korzyści nie zakładane przy podejmowaniu decyzji o remoncie. Okazało się bowiem  że maszyna bez zamiany wydajności pompy stała się szybsza do tego stopnia, że operator musiał zredukować prędkości niektórych posuwów. Skrócił się tez czas cyklu maszyny. Wzrosła powtarzalność cyklu, a co za tym idzie i powtarzalność produktu. W znaczącym stopniu dzięki kabinie dla operatora i dodatkowej kurtynie miedzy miejscem składowania gotowego produktu, a miejscem posadowienia maszyny spadło też natężenie hałasu w miejscu pracy operatora. Zostało to potwierdzone pomiarami hałasu wykonanymi przez PIP.

Biorąc wszystkie za i przeciw wykonaniu modernizacji takiej linii trzeba jasno powiedzieć, że wykonana modernizacja przyniosła zakładane efekty, a w niektórych aspektach nawet je przekroczyła. Analizując poziom  wydatków, wartość całego przedsięwzięcia jest porównywalna z kosztami demontażu starej linii i montażu nowej, można stwierdzić, że w warunkach funkcjonowania takiej firmy całość przedsięwzięcia była w pełni uzasadniona ekonomicznie i technicznie.  Dzięki przeprowadzonej modernizacji możliwe jest utrzymanie dotychczasowych kosztów produkcji, a być może i ich obniżenia ze względu na podniesioną sprawność maszyny. Oczywiście wiadomo, że w perspektywie czasu trzeba będzie brać pod uwagę kolejne modernizacje czy remonty, choćby strony mechanicznej maszyny, ale zanim do tego dojdzie maszyna w obecnym stanie będzie zarabiała sama na kolejny remont. Myślę że opisany przypadek jest dobra ilustracją, która ułatwi rozwiązanie dylematu:  czy nowe, czy modernizowane? Jak widać  z powyższego przykładu, w określonych warunkach bardziej racjonalnym może być modernizowanie i remont maszyny, niż zakup nowego urządzenia. Realne spojrzenie na problem przynosi racjonalne rozwiązanie, a to w biznesie decyduje o opłacalności prowadzonego przedsięwzięcia.