Korzyści ze stosowania spektrometrów | Inwestycja napędzająca zysk

Dlaczego spektrometr iskrowy jest tak niezbędny, a jednocześnie tak niedoceniany

Jak spektrometr wpływa na organizację? Czy jest to jedynie narzędzie potrzebne do spełnienia wymagań audytowych? Czy jest to tylko instrument, pozwalający uzyskać certyfikat badania, spełniający konkretne wymagania klienta? A może po prostu posiadanie spektrometru brzmi nieźle, kiedy przedstawiamy ofertę sprzedaży kontrahentowi, kupującemu odlewy? Czy sprawdzanie gatunku materiału nie jest jedyną rzeczą, jaką w rzeczywistości robi spektrometr? Dlaczego zamiast tego po prostu nie użyć prostego ręcznego XRF? Kilka, jeśli nie większość firm, błędnie uważa spektrometr iskrowy za jedynie drogie narzędzie kontroli jakości, które zwiększa ich koszt i jest używane tylko w celu spełnienia wymagań określonych nabywców lub agencji certyfikujących.

W rzeczywistości jednak, spektrometr iskrowy potrafi znacznie więcej niż tylko to. Prawidłowo wykorzystywany, dobry spektrometr emisyjny może pozwolić firmie zaoszczędzić miliony rocznie - dodając je bezpośrednio do zysków! Rzeczywiście, dobry spektrometr pozytywnie wpływa na każdy z elementów wpływających na uzyskiwane zyski, w tym na przychody, koszty materiałów, produktywność i rentowność, co skutkuje wyższymi dochodami brutto i netto!

Aby jednak zrozumieć, w jaki sposób spektrometr iskrowy wpływa na te wszystkie kwestie, ważne jest zrozumienie, czym jest „jakość” - i być może, w przypadku niektórych, zmiana sposobu postrzegania jakości w organizacji!

Jakość - inwestycja, a nie koszt:

Historycznie rzecz biorąc, wiele organizacji na początku i w połowie XX wieku popełniło błąd, traktując Dział Jakości jedynie jako centrum kosztów - nie było bowiem widocznego strumienia przychodów, do którego Dział ten się przyczyniał. Jednak od drugiej połowy XX wieku, wraz z pojawieniem się lepszych analiz i testów porównawczych, ostatecznie udowodniono, że zarządzanie jakością zapewnia dwie wyraźne korzyści:

  1. Firmy, które inwestują w jakość, uzyskują większe przychody, wyższy zysk operacyjny (EBITDA) i konsekwentnie od dziesięcioleci zwiększają wartość przedsiębiorstwa
  2. Są bardziej trwale - firmy, które inwestują w jakość, mają 5-8 razy większe szanse na przetrwanie cykli koniunkturalnych.

Firmy takie nie tylko cieszą się lepszą reputacją, ale również osiągają znacznie wyższe przychody i - prawie wbrew intuicji - niższe koszty jednostkowe; dotyczy to wszystkich branż i obszarów geograficznych, bez wyjątków! Na przykład w sektorze motoryzacyjnym jest to kwestia niemal niezbędna, ponieważ awarie mogą być nie tylko kosztowne i kłopotliwe, ale także katastrofalne w skutkach, przynosząc rannych, ofiary śmiertelne, procesy sądowe i oczywiście ogromne szkody dla reputacji - a co za tym idzie utratę zaufania klientów, pogorszenie wizerunku rynkowego i udziałów w rynku. Nic więc dziwnego, że uczestnicy rynku bez wyjątku stawiają na najwyższą jakość - a jedynymi, którzy przetrwają i zyskają w perspektywie długoterminowej, są ci, którzy spełniają najbardziej rygorystyczne standardy.

Nawet na rynku towarowym (np. w przypadku odlewni czy formierni), gdzie jakość i cena nie zawsze są postrzegane jako silnie skorelowane, zyski firm o wysokiej jakości są wyższe - ponieważ mają one ogólnie niższą strukturę kosztów. Widać to również po prostym, empirycznym przyjrzeniu się największym i najbardziej rentownym firmom. Bez wyjątku, mają one większe zyski - a także ponoszą najwyższe wydatki na jakość. W związku z tym pytania, które zespoły kierownicze muszą sobie zadawać, nie dotyczą tego, czy inwestować w jakość, ale w jakie narzędzia warto inwestować i jak, korzystając z nich, generować zyski.

Potrzeby jakościowe dotyczące metali

Kiedy firma produkuje wadliwy materiał, nawet jeśli nie zdaje sobie z tego sprawy, ponosi stratę. Materiał przed rozpoczęciem nowego cyklu produkcyjnego musi zostać ponownie przetopiony i ponownie odlany lub zezłomowany. W związku z tym koszty energii, koszty pracy i koszty operacyjne, a także wszystkie koszty ogólne tej konkretnej partii ulegają podwojeniu.Strata nie jest widoczna na pierwszy rzut oka, można ją jednak zauważyć zagłębiając się w strukturę kosztów. Dlatego w miarę rozwoju firmy należy zacząć skupiać się na eliminowaniu lub przynajmniej znacznym zmniejszaniu prawdopodobieństwa, że wadliwa jednostka w ogóle zostanie wyprodukowana.To prawdziwa zmiana paradygmatu w podejściu do biznesu.

Zmiana ta obejmuje oczywiście wdrażanie lepszych procesów, ale także kładzie nacisk na testowanie w trakcie trwania procesu. Jeśli wada zostanie wyłapana w trakcie trwania produkcji, można ją usunąć w tym określonym czasie, dzięki czemu nie dojdzie do generowania dodatkowych kosztów, związanych z przesuwaniem się wadliwego elementu przez kolejne etapy procesu oraz ostatecznie możliwe będzie uzyskanie pewności, że produkt finalny jest wystarczająco dobry, aby przejść końcową kontrolę jakości.Pozwala to osiągnąć wysoki współczynnik produktów prawidłowych bez konieczności poprawek.

Teraz, z punktu widzenia jakości, kluczowymi kwestiami, z którymi musi się zmierzyć producent metali lub wykonawca odlewów, są:

  • Zapewnienie, że skład metalu / stopu jest zgodny z zakresami docelowymi
  • Wyeliminowanie obecności pierwiastków (takich jak wodór), które mogą prowadzić do niedopuszczalnych problemów z jakością, takich jak porowatość produktu końcowego

Kwestie te muszą być poddawane testom na różnych etapach procesu produkcji, aby mieć pewność, że wszelkie błędy zostaną wychwycone i naprawione jak najwcześniej. Kluczowe punkty testowe obejmują:

Etap surowca

Zadania obejmują sprawdzenie całego materiału, wprowadzanego do stopu; sprawdzenie tego daje dokładne wyobrażenie o składzie materiału wsadowego, co może pomóc w obliczeniu idealnej mieszanki, pozwalającej na uzyskanie optymalnego rezultatu.

W tracie procesu produkcji, przed odlewem:

Zadania obejmują sprawdzenie metalu / stopu, gdy jest on nadal w stanie stopionym (przed odlewaniem), w celu upewnienia się, że stopiony materiał ma pożądany skład. Daje to gwarancję, że produkt końcowy nie zostanie odrzucony z powodu problemów ze składem!

Ostateczny odlew

Jest to test produktu końcowego, którego wyniki przechodzą do „certyfikatu badania”, poddawanego ocenie klientów. Jeśli pierwsze dwa testy zostały wykonane prawidłowo,test końcowy powinien stanowić jedynie „walidację”, a nie najbardziej krytyczny lub jedyny punkt testowy!

Każdy z tych etapów wymaga przeprowadzenia badania - a dzięki swojej szybkości, wysokiej dokładności i precyzji oraz niewielkiej czaso- i pracochłonności obsługi, optyczne spektrometry emisyjne (OES) są wszechobecnym i najbardziej optymalnym rozwiązaniem.

Testowanie za pomocą spektrometrów iskrowych (OES) - podstawowe funkcje

Podstawową funkcją spektrometru iskrowego jest pomiar składu pierwiastkowego materiału w procentach wagowych. W ciągu 10-25 sekund (w zależności od modelu i badanego metalu) spektrometru iskrowy zapewnia niezwykle dokładne, precyzyjne i bardzo szczegółowe wyniki. Ma to nieocenioną wartość dla użytkownika, który dzięki temu jest w stanie ocenić tok przyszłego postępowania. Kupując surowiec może ustalić / oszacować cenę. Te same wyniki zostaną następnie wykorzystane do obliczenia wsadu stopu. Podczas testów przeprowadzanych w trakcie procesu, wyniki te będą stanowić wskazania dla huty, czy stop można odlewać, czy też potrzebne są zmiany składu stopionego surowca. Oczywiście, wyniki te są następnie brane pod uwagę podczas końcowej kontroli jakości, stanowiąc dowód na to, że produkt może pozytywnie przejść ten etap kontroli.

Spektrometry - Pomiar pierwiastków gazowych w stopie

Spektrometry iskrowe (OES) rozwiązują ogromną liczbę problemów, z którymi borykają się odlewnie i formiernie, a jednym z kluczowych wymagań typowych dla przemysłu żelaznego i aluminiowego jest pomiar zawartości pierwiastków gazowych w wytopie. Azot (N) jest zazwyczaj pierwszym pierwiastkiem gazowym, który przychodzi na myśl użytkownikom stosującym żelazo. Przyjrzyjmy się jednak tej kwestii nieco bliżej, uwzględniając fakt, że spektrometr oferuje obecnie doskonałe rozwiązania do pomiaru azotu. W rzeczywistości, Metal Power oferuje teraz pomiary azotu jako standard w każdym modelu laboratoryjnego spektrometru iskrowego - łącznie z modelem podstawowym MOSS!

A co z tlenem? W przypadku stali i miedzi obecność tlenu (O) zawsze stanowiła przedmiot zainteresowania. Podczas gdy niektóre gatunki miedzi (w szczególności miedź ETP) wymagają dodania tlenu jako pierwiastka stopowego, wszystkie gatunki czystej miedzi i oczywiście wszystkie gatunki stali wymagają minimalizacji tlenu. Drugim kluczowym pierwiastkiem gazowym, który ma znaczenie w wysokojakościowej produkcji metali, jest wodór (H). W stalach obecność wodoru prowadzi do kruchości i do spowodowanego nią odrzucenia produktu. Zawartość obu pierwiastków można zmierzyć - i to niezwykle efektywnie, z użyciem spektrometrów emisyjnych z Metal Power.

Przykład: pomiar tlenu w metalach żelaznych

W metalach żelaznych zawartość tlenu wynosi zwykle poniżej 20 ppm (części na milion), tj. 0,0020% (niektóre zastosowania mogą również wymagać kontroli nawet do poziomu 10 ppm). Podobnie, w czystej miedzi, zawartość tlenu jest utrzymywana poniżej 10 ppm (dla miedzi OFC) lub poniżej 5 ppm (dla miedzi OFE). Taki poziom dokładności pomiaru nie był dotychczas możliwy do zrealizowania na żadnym innym urządzeniu niż analizator gazów (wykorzystujący metodę spalania). Chociaż instrumenty te oferują doskonałe parametry i wyniki, to stanowią poważny, dodatkowy koszt - zwłaszcza biorąc pod uwagę, że mierzą zawartość tylko 2-3 pierwiastków gazowych, co sprawia, że ich stosowanie jest jedynie dodatkiem do spektrometru iskrowego - który analizuje wszystkie rodzaje pierwiastków. Sytuacja jednak uległa w ostatnich 3 latach diametralnej zmianie. Obecnie spektrometry emisyjne, takie jak Metavision-10008X, oferują analizę tlenu aż do 1 ppm (0,0001%)! Pozwala to firmom uprościć swoją infrastrukturę i zmniejszyć koszty kapitałowe i operacyjne - i oczywiście czas badania - ponieważ jedno badanie dostarcza wszelkich niezbędnych informacji.

Inne zalety OES

Jak wspomniano wcześniej, istnieją również dodatkowe korzyści, które oferuje spektrometr iskrowy - o których często zapominamy. Dziś spektrometry stały się koniecznością - głównie dlatego, że rozwinęły się tak bardzo, że oferują szereg możliwości i funkcji, które oszczędzają czas i zwiększają zdolność firmy do generowania zysków.

Oszczędności na drogich pierwiastkach stopowych

Dla każdego stopu kluczowe pierwiastki posiadają określony zakres docelowy. Aby produkt był akceptowalny, skład pierwiastkowy musi mieścić się w tym zakresie. Dlatego firma ma wybór, czy pracować dokładnie w tych granicach czy budować pewne bufory bezpieczeństwa. Pomysł buforów bezpieczeństwa jest atrakcyjny, ale ma swoją cenę! Utrzymywanie poziomu przekraczającego minimum w przypadku drogich pierwiastków stopowych, takich jak Ni (nikiel), Cu (miedź), Ti (tytan) itp. oznaczałoby znacznie wyższe koszty surowców! Żaden z tych wyższych kosztów nie spowoduje jednak lepszej realizacji przychodów.

W związku z tym najlepszą praktyką w zakresie optymalizacji zysków jest zbliżenie się do określonego poziomu minimalnego - zapewnienie marginesu bezpieczeństwa, ale także maksymalne zminimalizowanie kosztów materiałów. Wymaga to znajomości rzeczywistej koncentracji tych pierwiastków w stopie przed odlewaniem! W tym momencie wkracza spektrometr. Sprawdzanie procesu nie zapewniaj pełnej kontroli - prowadzi to do tego, że użytkownicy zachowują duży margines błędu. Jednak spektrometr iskrowy pozwala rozwiązać ten problem. Za pomocą form do pobierania próbek możliwe jest pobranie próbki ze stopu i zbadanie jej w ciągu kilku sekund, co zapewnia bardzo dokładną analizę, gdy metal jest nadal w stanie stopionym.

Jeśli wyniki analizy wykażą, że stopiony materiał ma prawidłowy skład, można go odlewać. Jeśli tak nie jest, można szybko dokonać regulacji bez przechodzenia przez proces odrzucenia gotowego odlewu i ponownego topienia. Ta zdolność do proaktywnych zmian jest możliwa tylko wtedy, gdy w laboratorium znajduje się spektrometr o wymaganej jakości. Im wyższa rozdzielczość spektrometru laboratoryjnego, tym lepsza jest zdolność przyrządu do wspomagania pracy bliżej marginesów, niezależnie od występujących limitów i zakresów.

Dzięki naszym interakcjom z klientami wiemy, że dzięki spektroskopii duże huty oszczędzają około 8-13 mln USD rocznie. Ale nie tylko one oszczędzają! Nawet małe odlewnie żeliwa oszczędzają 65 000 - 200 000 USD, wyłącznie dzięki optymalizacji poziomów niklu i miedzi! Pokazuje to, jak wartościowym urządzeniem jest spektrometr.

Korzyści cenowe

Oczywiście, są też dodatkowe korzyści związane z cenami! Kupujący może ustalić ceny złomu na podstawie składu złomu przychodzącego. Partie złomu stali nierdzewnej mogą się znacznie różnić wartością w zależności od szacowanej zawartości niklu. Dokładne testowanie może kupującemu pozwolić zaoszczędzić / zyskać sporo pieniędzy, dodatkowo ułatwiając obliczenie miksu wejściowego, aby osiągnąć zamierzone wyniki. Podobny wpływ testowanie ma na cenę sprzedaży stopów, takich jak mosiądz. Krótko mówiąc, spektrometr iskrowy może pomóc odblokować korzyści cenowe zarówno w odniesieniu do zakupu, jak i sprzedaży.

Możliwość zdobycia większej liczby zamówień i klientów

Dzisiaj najbardziej wnikliwi nabywcy najpierw określają standardy jakości, których poszukują, a dopiero potem oceniają aspekty komercyjne, brane pod uwagę wyłącznie w stosunku do tych dostawców, którzy spełniają wymagania jakościowe! Te wymagania również stają się coraz bardziej rygorystyczne. Obejmują one nie tylko cechy i skład materiałów, ale także procedury stosowane przez dostawców i ich wewnętrzne systemy jakości, w tym infrastrukturę pomocniczą. Jednym z coraz powszechniejszych wymagań, z jakimi spotykają się nasi klienci, jest posiadanie własnego spektrometru iskrowego. Niektóre typowe przykłady wymagań dotyczących spektrometrów pochodzą od głównych firm motoryzacyjnych, a także kupujących z sektorów takich jak kosmonautyka, lotnictwo, kolejnictwo i sektor obronny.

W tym scenariuszu spektrometr nie jest już tylko narzędziem do zarządzania jakością, ale faktycznie stał się wymaganiem kwalifikacyjnym dla firm, które chcą robić interesy z bardziej wymagającymi, wnikliwymi nabywcami.

Poprawa produktywności systemu

Produktywność jest zwykle definiowana jako nadająca się do wykorzystania lub sprzedaży produkcja na jednostkę wkładu - siły roboczej, sprzętu lub kapitału pieniężnego. W branży metalowej marża brutto na jednostkę jest niewielka. Oznacza to, że ci, którzy dążą do zwiększenia zysków, muszą skupić się na poprawie produktywności - tak, aby mogli produkować większą ilość z istniejących zasobów, bez konieczności inwestowania większego kapitału. Najprostszym sposobem osiągnięcia radykalnej poprawy produktywności jest zmniejszenie liczby przeróbek wewnętrznych / etapowych, a także zmniejszenie poziomów odrzuceń i zwrotów.

W ten sposób uwalnia się sprzęt i możliwości pracy w przypadku nowych serii / partii, zapewniając wyższą produkcję, przy czym nie ma absolutnie żadnych dodatkowych kosztów poza kosztami surowca. Biorąc pod uwagę koszt dodatkowej partii, która jest wytwarzana po prostu przez wyeliminowanie ponownego przetopu, dodatkowy koszt jest tylko kosztem surowców! Innym przykładem przeróbki / powielania pracy może być potrzeba korzystania z wielu instrumentów do analizy tej samej próbki! Na przykład niektóre firmy są zmuszone do korzystania z innego instrumentu do oceny stężenia pierwiastków gazowych, a jeszcze innego do analizy inkluzji (analizy frakcji rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych) i być może także kolejnego,jeśli chcą poddawać analizom ultra cienkie druty lub bardzo cienkie folie! Obecnie najbardziej zaawansowane spektrometry iskrowe - takie jak Metavision-10008X - oferują możliwość analizy wszystkich tych próbek na tym samym przyrządzie! Pozwala to nie tylko zaoszczędzić ogromną kwotę pod względem kosztów kapitałowych, ale także umożliwia znaczną poprawę produktywności, ponieważ wszystkie analizy są wykonywane na tym samym instrumencie bez żadnego ruchu i powielania wysiłku lub pracy.

Oczywiście, kolejną zaletą takiej eliminacji przeróbek i odrzuceń jest reputacja rynkowa firmy - która cierpi przy każdym odrzuceniu, ale ulega zdecydowanej poprawie kiedy wiadomo z całą pewnością, że każda partia jest dokładnie tym, co zostało zamówione przez kupującego i dostarczone przez dostawcę. Taka reputacja sama w sobie jeszcze bardziej przyczynia się do wzrostu zysków i przychodów, dając początek cyklowi korzyści.

Wpływ spektrometrii na badania i rozwój

Spektrometry są również niezbędnym narzędziem dla zespołów badawczo-rozwojowych firm z branży metalowej. Firmy badawczo-rozwojowe koncentrują się zazwyczaj na nowszych rodzajach stopów, które poprawiają jakość metalu lub zmniejszają koszty przy zachowaniu tej samej jakości lub oczywiście na analizie awarii części, które okazały się wadliwe. Co więcej, zespoły badawczo-rozwojowe - wyposażone w możliwość monitorowania szerokiego zakresu pierwiastków, nawet na bardzo niskich poziomach, są w stanie zbadać i opracować najlepsze sposoby optymalizacji współczynników odzysku dla wszystkich rodzajów. Staje się to coraz ważniejsze wraz ze wzrostem poziomu produkcji.

Odgrywa to również kluczową rolę w optymalizacji kosztów surowców! Wszystko to wymaga zastosowania spektrometru iskrowego, który może - prawie dosłownie - zmierzyć zawartość każdego pierwiastka o dowolnym stężeniu. Obecnie wiodące spektrometry, takie jak Metavision-10008X, oferują bardzo niskie granice wykrywalności, nawet w zakresie poniżej ppm (0,00001%) dla wielu pierwiastków, zapewniając jednocześnie najwyższy poziom dokładności, precyzji i stabilności. Niezależnie od tego, czy chodzi o badanie wpływu niewielkich zmian stężenia pierwiastków, pracę nad mikrostopami, opracowywanie nowszych stopów i technik w celu spełnienia potrzeb aplikacji, czy też przeprowadzanie analiz awarii, spektrometry iskrowe są niezbędnymi narzędziami dla personelu badawczo-rozwojowego.

Korzyści dla przedsiębiorstw OEM i ich dostawców

W wielu branżach Istnieje duża zależność od dostawcy - od pozyskiwania surowca po części, komponenty i różne odlewy, zespoły i podzespoły. Zarówno producenci OEM, jak i ich dostawcy odnoszą korzyści, gdy dostawcy inwestują w odpowiednie spektrometry. Korzyści te obejmują:

  1. Zapewnienie jakości części dla producentów OEM i niskich odrzutów dla dostawców
  2. Skrócenie czasów realizacji / ilości zapasów buforowych dla OEM i czasów wstrzymania dla dostawców
  3. Korzyści kosztowe dla wszystkich stron dzięki zmniejszeniu kosztów ogólnych

Mimo to, poza dostawcami krytycznych / bardzo ważnych części / materiałów, większość dostawców wydaje się powstrzymywać od posiadania własnych spektrometrów, a nabywcy również nie wprowadzają ich jako wymogu obowiązkowego, zakładając, że koszt przyrządu o akceptowalnej jakości byłby zbyt wysoki dla ich mniejszych dostawców. To jednak nie jest już prawdą.

Obecnie, wysokiej jakości spektrometry, które spełniłyby wymagania jakościowe zdecydowanej większości dostawców, dostępne są w wyjątkowo niskich cenach (znacznie poniżej 20 000 USD). Uwzględniając analizę wszystkich kluczowych pierwiastków, w tym Pb, Zn, Ce, As, Cd i niskich stężeń C, S, P, B, a nawet N itd., rynek na którym Metal Power jest jednym z liderów, oferuje wysoką jakość, a jednocześnie bardzo ekonomiczne rozwiązania na potrzeby dostawców.

Podsumowanie

Podsumowując, korzyści, jakie spektrometr może przynieść firmie, znacznie przekraczają samo testowanie materiałów. Korzyści z analiz metali - jeśli zostaną wykonane prawidłowo - mogą pozytywnie wpłynąć na każdy czynnik kreujący zyski operacyjne dla firmy. Kluczem do odblokowania tych korzyści jest zrozumienie, co jest możliwe - a następnie zainwestowanie w optymalne rozwiązania.

Czy jest coś więcej, co warto wiedzieć o spektrometrii emisyjnej (OES)?

Oczywiście! Jak w przypadku każdej dziedziny, to dopiero początek. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z: