К сожалению, производители арматуры нечасто рассматривают свою продукцию как связанную с работой не только узла, где она устанавливается, но и всего предприятия в целом. Считается достаточным получить опросные листы и выдать «на гора» простую проектную спецификацию без учета влияния выбора проектного решения на последствия для предприятия и инвестора.

В данной статье предлагаются подходы к выбору технических решений на основе многоуровневого анализа влияния установки тех или иных клапанов. Результатом такого анализа становится разработанная концепция клапанов для целлюлозно-бумажных комбинатов с разными техническими и рыночными возможностями.

Рис. 1. Общий вид массоподготовительного отделения бумагоделательной машины Метсо

Рынок тарного картона, куда входит тарный картон, картон для плоских слоев, бумага для гофрирования, упаковочная бумага - это рынок, где влияние цены наиболее выражено. Поскольку цена за тонну низка, главным фактором, обусловливающим развитие производства является снижение производственных затрат, а затем уже идут показатели прибыльности и добавочной стоимости готового картона.

Сложность в инвестировании заключается в том, чтобы точно определить, сколько необходимо вложить, чтобы получить отдачу. Для этого следует прорабатывать не только схему технологической линии, но и оптимизировать оборудование обвязки и, конечно же, клапанов и арматуры, как наиболее массового компонента оборудования.

В случае тарного картона определяющим компонентом в статье затрат являются затраты на логистику, а именно на транспортировку макулатуры и готовой продукции с предприятия. Территория рынка возможной закупки сырья и сбыта готовой продукции лимитируются этими расходами, поскольку цена ограничена. Эти расходы растут с расширением производства. Наиболее характерный пример – ящики из гофрированного картона – поскольку их транспортировка в чистом виде определяется затратами на транспорт.

Тем не менее, если в Европе радиус поставки нормируется в 150-250 км, то в России он может достигать и тысяч км. В некоторых случаях производители гофрированных ящиков и упакованной в них продукции могут располагаться поблизости друг от друга. Но ряд наиболее крупных предприятий поставляют картон практически во все индустриальные регионы страны.

Чтобы найти оптимальные решения, заводы тесно интегрируются с поставщиками макулатуры, развивают отделения облагораживания макулатурной массы, картонное производство и стараются максимально обслужить предприятия, выпускающие гофротару. Задача состоит в разработке специализированных решений по клапанам для производства тарных видов картона, которые учитывают размеры рынка и места его расположения. Правильный выбор основан на учете особенностей производства и

основных затрат, связанных с контурами регулирования, характерных для тарных предприятий. Совместно с производителем оборудования можно оптимизировать работу каждого узла бумагоделательной машины и достичь большего успеха в снижении затрат.

Ниже мы попытаемся связать наиболее затратные показатели с выбранной технологией, чтобы найти пути, как, не затрачивая много, соответствовать требованиям, диктуемым рынком. Для этого выделим три вида затрат, характерных для предприятий по производству тарного картона:

- затраты, зависящие от рынка;

- затраты, связанные с временным фактором;

- затраты на сырье, материалы и комплектующие изделия.

Каждый вид лучше рассмотреть отдельно, поскольку они по-разному влияют на выбор клапанов.

1. Затраты, связанные с рынком

К этим затратам относятся те, которые зависят от рынка, особенно от географии региона, где заготавливается сырье и куда отправляется тарный картон. В стоимостной фактор включается сортность продукции. Главные вопросы - это:

- на каком расстоянии располагаются поставщики макулатуры и сырья;

- как далеко находятся потребители, а именно производители картонной тары;

- сколько звеньев в логистической цепочке требуется для доставки до места назначения;

- какова сортность вашей продукции.

Затраты, связанные со всеми этими факторами, должны включаться в цену при отправке к покупателю. И чем больше расстояние, тем больше расходы и значит, выше цена. Если транспортные расходы превышают 20-40% к цене картона, то это является естественным барьером для рынка такого предприятия. Тем не менее, ее можно преодолеть, если внимательно отнестись не только к конструкции машины, но и к автоматизации и арматурному хозяйству. Очень важно предварительно при проектировании заложить соответствующие конкурентоспособные технические решения.

2. Затраты, обусловленные временем

Эти затраты включают начальные капиталовложения плюс все расходы, зависящие от времени, такие как амортизационные затраты, расходы на рабочую силу и др. Если Вы производите больше продукции, то сокращаются переменные затраты на тонну, но постоянные фиксированные затраты не меняются. Стоимость одного часа производства будет одинакова, независимо от того, сколько тонн продукции предприятие выпустило за этот час.

3. Затраты на сырье и материалы

Сюда входят затраты, напрямую связанные с выходом готовой продукции. Другими словами, эти затраты увеличиваются с ростом объема производства тарного картона. В них включаются расходы на все сырье, которое поступает на предприятие, а также запчасти, предназначенные для замены изношенных компонентов. Большая часть этих затрат приходится на волокнистые материалы, энергию и вспомогательные химикаты, крахмал и красители. Одежда бумагокартоноделательных машин, запчасти составляют другую часть этих затрат, поскольку в основном все компоненты изнашиваются прямо пропорционально метражу выпускаемого картона.

4. Фактор масштабности

Как выбор масштаба производства и объема выпуска продукции влияет на все эти различные затраты? Что произойдет, если мы удвоим объем выпуска продукции? Как это отразится на постоянных, переменных затратах и затратах, определяемых рынком? Это главные вопросы предварительного анализа, от ответов на которые зависит в выбор концепции арматурного хозяйства и сервисного обслуживания арматуры. Этот анализ должен проводиться с учетом специфики рынка, на котором работает предприятие.

Масштаб производства влияет на величину удельных затрат на сырье и запчасти. Чтобы изготовить тонну бумаги, требуется 1,2 тонны макулатуры. Это означает, что затраты на сырье и материалы остаются более или менее постоянными в относительном выражении, независимо от тоннажа выпускаемой продукции.

Однако, если на предприятии установлены очень старые клапаны, не проведены пересчеты в связи с изменением процесса, то ситуация меняется. Колебательность процесса может достигать тех значений, при которых либо производится некачественный продукт, либо необходимо проводить снижение сортности и др. По опыту сервисной службы компании ЗАО Метсо Автоматизация в случае эксплуатации арматуры более 10 лет, затраты на обслуживание и ремонт утраиваются. Учет этих факторов дает возможность повысить рентабельность или снизить издержки без закупки крупного оборудования, серьезных модернизаций, только за счет лучшего регулирования и стабильности процесса. Так, по данным Финских предприятий, при общих инвестициях на автоматизацию в объеме всего 2%, где наибольший объем инвестиций приходится на арматуру, датчики и анализаторы, можно получить рост объемов производства до 15%.

Если используемая технология не меняется, то переменные затраты на тонну продукции снижаются по мере увеличения масштаба производства. Для обслуживания быстроходной машины, имеющей большую ширину сетки, требуется такой же уровень персонала, что и для тихоходной машины с узкой сеткой. Такие переменные затраты сохраняются постоянными при любом масштабе производства. Однако если намечается переход на выпуск продукции с меньшим весом метра квадратного картона, то это снизит тоннаж при тех же показателях метража. Такая продукция будет более прибыльной. Немаловажную роль в этом сыграют современные контуры регулирования, предлагаемые Metso.

Можно оценить потенциальные переменные затраты на автоматику и под другим углом. С ростом ширины машины и потенциального роста объема продукции затраты на метр ширины машины становятся все больше.

Хотя в теории кривая переменных издержек для такой машины идет вниз при условии постоянного технического уровня производства, но на практике, для значительного увеличения скорости машины нужно перейти на использование технологии и решений автоматизации более высокого уровня. Невозможно вручную регулировать клапаны для высокоскоростных машин, а задачи автоматизации и, соответственно, исполнительных механизмов требуют дополнительных затрат.

С ростом объема выпуска затраты на сырье и материалы на тонну продукции не меняются, переменные издержки сокращаются, а затраты, зависящие от условий рынка увеличиваются. Затраты, зависящие от рынка увеличиваются, поскольку география сбытовых регионов, а также регионов, обеспечивающих завод по производству тарного картона сырьем в силу необходимости расширяется, а, следовательно, растут и связанные с этим расходы на логистику. Удвоение объема выпуска означает, что завод должен получать в два раза больше сырья и материалов. Аналогичная ситуация складывается и для производителей картонной тары: расширение производства приведет к значительному увеличению транспортных расходов, связанных с ростом закупок тарного картона.

Эффект масштабности особенно проявляется на крупных предприятиях с массовым производством, где используемые клапаны велики и сложны в обслуживании, а количество клапанов высоко. С одной стороны здесь растут затраты как на арматуры и их обслуживание. С другой стороны появляются такие возможности как специализированный ремонт клапанов, создание обменного фонда и обмен клапанов по программе обменного фонда, формирование консигнационных складов запчастей, фиксирование цен на запчасти и сервисное обслуживание на длительный срок и др.

Стоимость погрузки рулона тарного картона в транспортное средство колеблется от 1-го до 2-х долларов. Это означает, что погрузка каждого рулона сказывается на транспортных расходах и, следовательно, рыночные затраты растут. Производители тестлайнера, например, не могут себе позволить неоправданно высокие транспортные расходы.

Если Ваш рынок может поглотить весь картон, который вы производите, и вы и ваш потребитель пользуйтесь одним видом транспорта, например, автомобильным, то никаких проблем не возникает. Если же вы производите много, картоноделательная машина высокопроизводительная и достаточно автоматизированная, то вам придется поставлять продукцию в более отдаленные регионы, к тому же с перевалкой. Сразу появляются проблемы с ростом логистических затрат.

Таким образом, рынок картоноделательных машин и связанных с ними автоматизации и арматурного хозяйства поляризуется на массовый и местный. Для рынка, способного поглотить большой объем продукции с низкими транспортными расходами есть смысл установки большой высокопроизводительной машины с высокой степенью автоматизации и интеллектуальными клапанами. Для небольшого рынка, для которого логистические расходы, будь то расходы на транспортировку сырья или готовой продукции, становятся критическими, предпочтительнее устанавливать менее мощную машину. Это направление можно обозначить как местное (локальное).

Для России, с ее огромными транспортными расстояниями, высокому тяготению к центрам, слабой шоссейной инфраструктурой перспективен своеобразный региональный подход. В этом случае в городе - миллионнике перспективно устанавливать бумагоделательную машину среднего типоразмера.

В целом, принимая во внимание два возможных направления развития производства тарного картона, появляется возможность сделать правильный выбор наиболее эффективного оснащения системами автоматизации и клапанами, отвечающими специфике рынка предприятия. Примером направления массового и глобального рынка являются предприятия мощностью 300-600 тыс. тоннг., регионального или локального – менее 100- 300 тыс. тоннг., малыми предприятиями являются производители тароупаковочных картонов с производительностью ниже 50-100.000 тоннг.

3.1. Концепция клапанов для локальных линий

Рассчитанная на ограниченную географию рынка локальная линия производства картона базируется на машине с двухформатной (соответствующей ширине перерабатываемого картона) шириной сетки, выпускающей продукцию массой метра квадратного от 115 до 250 гм2.

Выпуска таких линий обычно хватает на 3-4 линии по выпуску гофрокартона и несколько предприятий по выпуску тары. Поставки могут осуществляться как напрямую, так и через посредников. Однако главное остается – это выпуск небольшими партиями под конкретные нужды потребителей, с разнообразным по ассортименту и граммажу картоном.

За выигрыш в близости к потребителю предприятие расплачивается необходимостью в многочисленных остановах, частыми переходными режимами, потерями из-за брака, нестабильностью процессов. С точки зрения арматурного хозяйства – это необходимость использования клапанов с расширенными расходными характеристиками, более частого перерасчета регулирующих клапанов на изменяющиеся условия эксплуатации.

Немногие производители способны использовать такую концепцию при проработке технических решений. Metso в лице своих двух отделений Metso Paper и Metso Automation поставили и модернизировали множество малогабаритных машин по всему миру, причем в каждой машине была подобрана технология, четко отвечающая потребностям рынка. Для таких предприятий подбираются соответствующие клапаны, позволяющие дать оптимальные показатели по надежности, качеству регулирования и доступности по цене. В спецификации включаются как клапаны с высокими показателями регулирования при широких расходных характеристиках; для условий частой смены сорта; клапаны для условий низкого расхода; и др., включая и восстановленные. Клапаны должны работать как самостоятельно, так и при включении в локальные системы автоматизации и в полные АСУ ТП DCS.

3.2. Концепция клапанов для линий массового производства

Для предприятий, имеющих мощные бумагоделательные машины, и претендующих на глобальность поставки, во главе угла которой стоит машина с 4-х форматной шириной сетки, выпускающая продукцию массой метра квадратного в диапазоне от 80 до 130 гм2. Эти линии обычно ориентированы на производителей качественных картонных ящиков. Технология включает отработку каждой секции картоноделательной машины и точно подбирается для эффективного выпуска более узкого ассортимента продукции с большой скоростью и бумаги с меньшей массой метра квадратного.

Линии массового производства имеют достаточную мощность для обеспечения потребностей 10-ти линий по производству гофрокартона и связанных с ними линий картонных ящиков. Планируемый годовой объем выпуска продукции по тоннажу может быть достигнут независимо от низкой массы метра квадратного, за счет использования высокоскоростной широкосеточной машины. Решающую роль в успешности проектирования систем автоматизации такой линии играет большой опыт компании Мetso по разработке и установке таких машин.

Арматурное хозяйство таких машин носит уже другой характер. Сюда включаются в большей степени интеллектуальные клапаны с цифровыми позиционерами, высокой точностью позиционирования, малой инерционностью и гистерезисом, развитые системы диагностики, с системой формирования отчетов о простоях, записями о ходе выполнения производственного задания. Производится переход к полевым шинам на основе цифровых протоколов и в дальнейшем к беспроводной связи между системами и др. Включение в полную АСУТП и АСУП обязательно.

Выше было разобрано, что затраты на сырье и материалы в расчете на тонну продукции относительно постоянны, а затраты, обусловленные рынком и его географией, связаны с выбором глобальной или локальной концепции. Следовательно, остается оптимизировать только переменные издержки. Для этого нужно определить, как системы автоматизации и связанные с ними клапаны позволят дать определенный толчок в прибыльности не только машины в целом, но и каждого узла. Первым шагом является поиск критичных участков технологии для регулирования, например, с определением связи качества бумаги и картонов с вкладом каждого из элементов технологии, рис. 2.

Рис. 2. Вклад основных участков техпроцесса с показателями качества бумаги и картона. Данные Metso Automation

Пример. Оптимизация напорного ящика

Компоненты и клапаны здесь должны быть не более сложны, чем диктуется необходимостью. Напорный ящик скоростной машины работает при более высоком давлении, следовательно, обслуживающие его клапаны должны рассчитываться из учета большей разницы давлений и большей герметичности. Появляются дополнительные факторы, как например, стабилизация остаточных колебаний потока, на которые также необходимо обращать внимание. Подготовленная масса не должна иметь узелков, сгустков, что в свою очередь накладывает отпечаток на качество регулирующих клапанов перед напорным ящиком. Здесь для высокоскоростных линий подойдут специализированные поворотные заслонки с полированной внутренней поверхностью, тогда как для более тихоходных машин – обычные.

Работа в цикле высокого давления в напорном ящике и одновременно вакуума в деаэраторе накладывает свой отпечаток на клапаны связи между этими узлами.

Наиболее эффективно использовать между ними специальный клапан Neles с элементом Q-TRIM, специально рассчитанный на плавное понижение давления при прохождении по нему массы из напорного ящика, рис.3.

Рис. 3. Элемент Q-trim для бумажной массы

Затраты на сырье – доминирующий фактор при производстве бумаги и картона. Волокно и вспомогательные материалы составляют основную часть этих затрат. Хотя затраты на них в большей степени являются величиной постоянной, зависящей от тоннажа, однако, оптимизация режимов обработки различного сырья и правильный выбор концепции арматурного хозяйства могут также оказывать влияние на требования к сырью и его свойствам. Эти факторы очень важны для обеспечения доходности картонного производства.

Более высокий тоннаж не обязательно означает большую прибыльность. Необходим продуманный выбор наиболее выгодного сорта сырья с минимальными затратами. Такой выбор в свою очередь будет влиять на то, какому оборудованию и в каждой части бумагоделательной машины отдать предпочтение на стадии проектирования глобальной или локальной линии. Рассмотрим эти альтернативы на примерах.

Пример ОПТИФЛО

Для производства легковесного лайнера на основе ОСС (старых гофроящиков) может быть использовано как обычное решение, так и использование концепции ОПТИФЛО. В новой концепции сочетание нового типа турбулизирующего элемента и каналов позволяет ускорить напуск массы на сетку. В результате получается более однородное полотно с более высоким сопротивлением сжатию в поперечном направлении при одинаковом соотношении машинного к поперечному направлению. Это дает возможность использовать более дешевое сырье или снизить расход крахмала при поверхностной проклейке.

При этом масса должна быть хорошо подготовлена до напорного ящика и флоккулы должны быть как можно меньше. Ядро потока должно способствовать развитию ламинарного течения, без образования крупных флоккул.

Точное дозирование воды клапанами регулирования веса м2, использование качественных сегментных клапанов и поворотных заслонок – один из лучших путей обслуживания современных концепций напорных ящиков. Применение интеллектуальных позиционеров типа ND9000 с динамической линеаризацией, новых приводов типа «Е», практически не имеющих внутреннего трения, позволят еще на 50% снизить колебательность процесса на этом, наиболее важном участке процесса.

Пример ОСС

Обрывы полотна происходят вследствие превышения его абсолютной прочности на отдельных стадиях процесса. В реальности обрывы кроются в дефектах полотна.

Сохранить на должном уровне сопротивление разрыву особенно важно после прессовой части. После поверхностной проклейки на первый план выдвигается прочность на раздирание. Эти факторы взаимозависимы. Если растет прочность на раздирание, то снижается прочность на разрыв. Это связано с уменьшением длины волокна при размоле. В тоже время развитие межволоконных связей улучшает прочность на

раздирание. Наиболее эффективным решением является комбинация диспергирования массы высокой концентрации и размола при низкой концентрации. Масса должна дольше проходить через коническую мельницу. Регулирование производится на основе сложных расчетов. Точность клапанов должна быть на высоте.

Рис. 4. Факторы размола массы

Практически, можно изыскать возможности использования менее дорогого сырья, достигая приемлемых показателей прочности полотна после прессовой части и клеильного пресса, табл. 1.

Табл. 1. Возможности регулирования параметров картона из ОСС

Как видно, все показатели связаны с показателями регулирования в массоподготовительном отделении. Все потоки в них регулируются, и эффективность будет достигаться с еще большими требованиями к поддержанию стабильности процесса, расходу, давлению, разнице давлений, снижению инерционности процесса, регулированию концентраций и др. Отработка контуров регулирования с участием «умных» клапанов – это один из основных и некапиталоемких способов решения задачи.

Пример. Регулирование веса м2 картона и бумаги

Чтобы повысить прочность готового картона, увеличивают либо толщину полотна, либо изменяют качественный состав композиции. В этом случае допуск на прочность будет достаточен. Однако, прочность достигается в основном только за счет увеличения веса м2, где излишки ложатся для поддержания запаса прочности.

Однако, и для локальной линии и глобальной линии более разумно использовать контуры и системы регулирования и веса и толщины м2. В этом случае сразу же достигается экономия по волокну, за счет экономии по весу одного м2. Ведь, как известно, производители гофрокартона закупают картон в основном с учетом метража в рулоне.

Из этого следует, что контур регулирования веса м2 должен иметь точный клапан регулирования веса м2 с точностью, обеспечивающую регулирование допуска по толщине картона. Точность должна соответствовать точности контура, устанавливаемого на сканере картонного полотна. Сложность решения такой задачи можно оценить тем, что соотношение допусков между контурами приближается к отношению 11000. Точность таких клапанов должна удовлетворять требованию различимости полушагов до 14000 на угле поворота 90о. Это возможно при применении клапанов регулирования веса м2 типа Neles Ace, рис.5.

Рис. 5. Регулирование подачи массы при помощи клапана Neles ACE компании Metso Automation

Особенности расчета показателей капиталовложений

В качестве базисного показателя для капиталовложений обычно берется величина производительности - объема выпуска продукции. Однако, как видно из примеров, существует и другая альтернатива – инвестировать капитал на основе интеллектуального подхода, со стратегией, ориентирующейся на перспективы развития глобального или местного рынка.

Другими словами, следует оптимизировать технологию использования клапанов таким образом, чтобы появилась возможность использовать более дешевое сырье для получения такого же тоннажа как на массовом рынке или достигать большей номенклатуры при меньшей серийности картонов с меньшими затратами. Никакие другие проблемные точки производства уже не повлияют на срок окупаемости инвестиций.

Основная цель инвестиционных проектов, касающихся картоноделательных линий, обычно заключается в повышении объема выпуска продукции при снижении материальных затрат. Инвестиции в повышение качества продукции требуются только тогда, когда выпускаемая на данный момент продукция не соответствует рыночным стандартам, или когда планируется переход на выпуск продукции новых видов с высокой добавленной стоимостью.

При помощи оптимизации арматурного хозяйства под цели локальной или глобальной линии можно добиться существенного снижения затрат. А с учетом возможности бюджетирования на длительный срок, фиксации цен, использования таких инструментов как лизинг по часам технической и эксплуатационной готовности и включения сервисного обслуживания клапанов в целом в лизинг оборудования, появляются все новые инструменты для снижения затрат.

Следует сказать, что дискуссионным является вопрос о выживании и развитии малых картоноделательных машин. Этот вопрос должен рассматриваться с точки зрения всего жизненного цикла машин. На первом этапе безусловную роль играет маркетинговая стратегия.

Мы знаем различные маркетинговые стратегии, связанные с взаимоотношениями с потребителями, такими как «снижение издержек за счет массового производства», «друг через дорогу», «партизанские действия», «уникальное потребительское качество». Но нужно учесть и еще дополнительные факторы.

На этапе зрелости – очевидно, необходимо учесть степень капитализации. И здесь, кроме устойчивости маркетинговой позиции и бизнеса в целом роль сыграет сертификация оборудования по ИСО и возможность подтвердить стабильность высокого качества, экологичности, и других видов т.н. «зеленой» сертификации, которые зависят от уровня оборудования, и создают дополнительные нематериальные активы. В частности проявлением этого является сертификация клапанов на отсутствие выбросов (т.н. «fugitive emission certification»).

С ростом бизнеса важным является вопрос получения кредитования, а при замене оборудования по схеме связанного экспортного кредитования также и возможность поставки от производителя мирового уровня. На этапе зрелости, если были правильно пройдены предварительные этапы, появляются возможности перехода к таким современным формам поставки оборудования как обменный фонд, «трейд ин», лизинг, фиксирование базовой цены обслуживания, восстановление при модернизации.

Это все позволит еще более повысить уровень капитализации бизнеса, связать свое имя с наиболее известными поставщиками и перейти к брендированию своего имени. Именно так действуют компании, закупающие даже малые картоноделательные машины у известных производителей, или проводящие модернизацию с применением системы автоматизации и клапанов Метсо.

Если по разным причинам бизнес не пошел, то необходимо предусматривать также и способы выхода из бизнеса. В этом случае, надо помнить, что до 85% оборудования, продаваемого по всему миру, является оборудованием «секонд хенд» и его обслуживают множество компаний - продавцов оборудования «секонд хенд». Наиболее востребованным и дорогостоящим оборудованием «секонд хенд» является оборудование известных производителей. Если китайское, индийское и даже российское оборудование и клапаны не являются востребованными, то практически все оборудование концерна Метсо, в т.ч. и клапаны являются весьма ликвидной продукцией, легко продаваемой на всех мировых рынках.

Относительно однотипный продукт и высокая доля транспортных расходов в общей смете затрат являются главными проблемами целлюлозно-бумажных предприятий по производству тарного картона. Чтобы достичь максимальной эффективности, необходимо точно определить возможности логистических цепочек, включая доступность сырья и материалов, количество и специфику потребителей продукции. На этой базе станет возможным разработать либо глобальную, либо локальную концепцию и подобрать соответствующие решения по арматурному хозяйству.

Оптимизация арматуры по каждому узлу позволит максимально повысить эффективность работы клапанов, избежав непроизводительных затрат из-за некачественного и нестабильного регулирования процессов.

Правильный выбор технологии, соответствующий им расчет клапанов, точно отвечающий производительности всей линии, расчет дополнительной выгоды от эффекта масштаба обеспечит минимизацию затрат как для глобальных так и локальных линий производства тароупаковочного картона и бумаги.

* В статье использованы материалы семинаров компании METSO PAPER