صحيفة بيانات الكابل ومعدلات الاستهلاك والتقنية: أين يذهب النحاس الزائد؟

يطلب عميل 5 كم من كابل قدرة مقطعه 3 × 2.5 مم². يقول التصميم إن الكيلومتر الواحد يحتاج إلى 68.3 كغ من النحاس، فيحجز مخطط الإنتاج 342 كغ. ثم ينتهي الأمر وقد استُهلك 369 كغ، ولم يسرق أحد شيئًا. الفارق كامن في جزء من معدل استهلاك المواد لا تتضمنه معظم جداول البيانات: الهالك الثابت الذي يطرحه كل خط في كل مرة يبدأ فيها التشغيل.

في صناعة الكابلات، تصف ثلاث وثائق المنتج نفسه. صحيفة البيانات الفنية (TDS) هي ما يُوعَد به العميل: البنية والأبعاد والقيم الكهربائية والمواصفة القياسية. ومعدلات استهلاك المواد تحدد كمية النحاس والعزل والغلاف الخارجي الداخلة في كيلومتر واحد. أما التقنية التصنيعية (البطاقة التقنية) فتحدد كيف يصنعه كل خط: العمليات والسرعات ودرجات الحرارة وأطوال الجدلة والاختبارات. ومعًا تشكّل هذه الوثائق قائمة المواد (BOM) ومسار العمليات (Routing) في مصنع الكابلات.

صحيفة البيانات الفنية: ما يُوعَد به العميل

مثالنا كابل مقطعه 3 × 2.5 مم² بجهد مقنن 0.6/1 كيلوفولت، معزول بمادة PVC ومغلّف بغلاف خارجي من PVC، وهو مصنوع وفق المواصفة IEC 60502-1 القياسية. وأبرز بنود صحيفة بياناته الفنية:

• الموصل: نحاس عادي غير مطلي، مجدول من الفئة 2، من 7 أسلاك
• أقصى مقاومة للموصل عند 20 °م: ‏7.41 أوم/كم
• العزل: مادة PVC بسماكة اسمية 0.8 مم، والقلوب بالألوان البني والأسود والرمادي
• الغلاف الخارجي: مادة PVC بسماكة اسمية 1.8 مم، باللون الأسود
• القطر الخارجي: نحو 11.4 مم
• اختبار الجهد الروتيني: ‏3.5 كيلوفولت تيار متردد، لمدة 5 دقائق

تُكتب صحيفة البيانات الفنية بقيم يستطيع العميل اختبارها. ولا تذكر كم كيلوغرامًا من أي مادة يدخل في الكابل، فتلك مهمة المصنع.

خرافة: «2.5 مم² تعني 2.5 مم² من النحاس»

ليس الأمر كذلك. فالمقطع العرضي الاسمي يُعرَّف بالمقاومة لا بالأبعاد الهندسية. يستخدم موصلنا 7 أسلاك قطر كل منها 0.67 مم: 7 × π/4 × 0.67² = 2.468 مم² من النحاس. وتبلغ مقاومته نحو 7.13 أوم/كم، أي أقل بفارق مريح من الحد الأقصى 7.41، فيُقبل على أنه 2.5 مم². والتصميم وفق المقاومة بدلًا من المساحة الاسمية يوفّر النحاس في كل كيلومتر، ومع أسعار النحاس يتراكم هذا التوفير بسرعة.

معدلات استهلاك المواد: من التصميم إلى كغ/كم

في تصميم الكابلات قاعدة عملية مفيدة: المساحة بالمليمتر المربع × الكثافة بالغرام لكل سنتيمتر مكعب = الكيلوغرامات لكل كيلومتر. وهذا معدل الاستهلاك لكيلومتر واحد من الكابل الجاهز:

النحاس. 2.468 مم² × 8.89 غ/سم³ = 21.94 كغ لكل كيلومتر من الموصل. تُجدل الأسلاك الستة الخارجية حول السلك المركزي، فيكون كل منها أطول من الموصل بنحو 2%. وهذا يضيف 1.7%: 22.32 كغ لكل كيلومتر من القلب. ويضيف تجميع القلوب الثلاثة 2% أخرى من طول القلب (3 × 1.02 = 3.06 كم من القلب لكل كيلومتر من الكابل)، فيصبح النحاس 22.32 × 3.06 = 68.3 كغ/كم.

العزل. يزداد قطر القلب من 2.01 مم إلى 3.61 مم. ومساحة الحلقة π/4 × (3.61² − 2.01²) = 7.06 مم². ومع كثافة PVC البالغة 1.45 غ/سم³، يكون الناتج 10.24 كغ لكل كيلومتر من القلب، وبالضرب في 3.06 نحصل على 31.3 كغ/كم من الكابل.

الغلاف الخارجي. يبلغ عرض القلوب الثلاثة بعد تجميعها نحو 7.78 مم، ومع غلاف سماكته 1.8 مم يصبح قطر الكابل 11.38 مم. ويملأ الغلاف أيضًا الفراغات بين القلوب، لذا فمساحته هي مساحة الدائرة الكاملة مطروحًا منها القلوب الثلاثة: π/4 × (11.38² − 3 × 3.61²) = 71.0 مم². وبكثافة 1.50 غ/سم³، يكون الناتج 106.5 كغ/كم.

المجموع: نحو 206 كغ لكل كيلومتر، وهو رقم يتوافق مع الأوزان المنشورة المعتادة لهذا النوع من الكابلات.

الجزء من معدل الاستهلاك الذي لا يُحسب لكل كيلومتر

يهدر كل خط طولًا ثابتًا في كل مرة يبدأ فيها التشغيل: الكابل المنتَج بينما تستقر آلة البثق، ويُضبط القطر، ويُجتاز أول اختبار شرارة. وفي هذا المصنع:

• خط العزل: 150 م من القلب لكل لون
• آلة تجميع القلوب: 50 م من الكابل
• خط التغليف الخارجي: 200 م من الكابل

وبالنسبة إلى أمر 5 كم، وبالحساب العكسي: التغليف الخارجي 5,000 + 200 = 5,200 م. وتجميع القلوب 5,200 + 50 = 5,250 م. والقلب لكل لون 5,250 × 1.02 + 150 = 5,505 م، وللألوان الثلاثة 16,515 م من القلب.

النحاس المستهلك: 16.515 كم × 22.32 كغ = 368.6 كغ، أي 73.7 كغ لكل كيلومتر من الكابل الجاهز، وهذا أعلى بنسبة 8% من معدل التصميم. أما في أمر طوله 20 كم فيتوزع الهالك الثابت نفسه على طول أكبر: 1,393 كغ من النحاس، أي 69.6 كغ/كم، بزيادة 2% فقط. إذن لمعدل الاستهلاك جزءان: جزء لكل كيلومتر وجزء لكل تشغيل، وطول الأمر هو الذي يحدد أيهما أشد إيلامًا. ولهذا السبب أيضًا تكون الأوامر القصيرة مكلفة في تخطيط إنتاج الكابلات.

التقنية التصنيعية: كيف يصنعه كل خط

تتتبع البطاقة التقنية الكابل عبر المصنع:

1. سحب الأسلاك: يُسحب قضيب نحاسي قطره 8 مم حتى يصل إلى 0.67 مم، ثم يُلدَّن ليصبح طريًا بما يكفي للجدل.
2. جدل الموصلات: تُجدل 7 أسلاك في موصل من الفئة 2 بطول جدلة محدد.
3. العزل: تُبثق مادة PVC بسماكة 0.8 مم بسرعة نحو 600 م/دقيقة، بلون واحد في كل تشغيل، مع اختبار شرارة على الخط.
4. تجميع القلوب: تُجدل ثلاثة قلوب معًا بسرعة نحو 60 م/دقيقة.
5. التغليف الخارجي: تُبثق مادة PVC بسماكة 1.8 مم بسرعة نحو 50 م/دقيقة، مع طباعة علامات الأمتار على الغلاف.
6. الاختبار واللف على البكرات: قياس مقاومة الموصل، واختبار الجهد عند 3.5 كيلوفولت، والتقطيع إلى أطوال 1,000 م على خمس بكرات.

وتتضمن البطاقة أيضًا منحنى درجات حرارة آلة البثق، ومقاسات القوالب، وأطوال الجدلة، لأنها هي التي تحدد ما إذا كانت قيم صحيفة البيانات الفنية ستتحقق. وسرعة الخط تحدد الزمن: تغليف 5,200 م بسرعة 50 م/دقيقة يعني 104 دقائق من وقت الآلة. ويجب أن تتناسب الأطوال النهائية مع البكرات المتوفرة فعلًا.

كيف يبدو ذلك في منصة factory.online

في منصة factory.online، يحمل كل تصميم كابل معدلات استهلاك المواد الخاصة به لكل كيلومتر وعملياته الخاصة به، والقلب المعزول لكل لون صنف نصف مصنّع مستقل. ويفكّك نظام تخطيط متطلبات المواد (MRP) أمر 5 كم إلى أمتار من القلوب وكيلوغرامات من النحاس، وتحمل الدفعات والحاويات الأطوال الحقيقية على كل بكرة. وعندما يؤكد الخط الإنتاج والهالك، يرى مخطط الإنتاج الاستهلاك الفعلي بالكغ/كم إلى جانب المعدل المعياري.

إذا كانت صحيفة البيانات الفنية ومعدلات الاستهلاك والبطاقات التقنية موزعة على ثلاثة ملفات مختلفة، احجز عرضًا توضيحيًا وأحضر معك تصميمًا واحدًا لكابل.