Całkowity koszt posiadania, w skrócie TCO (Total Cost of Ownership), mieszalnika przemysłowego obejmuje wszystkie koszty bezpośrednie i pośrednie w całym jego cyklu życia. Należą do nich nie tylko cena zakupu i zużycie energii, lecz także planowanie, instalacja, czyszczenie, konserwacja, straty produktu, przestoje, modernizacja, demontaż i wartość rezydualna. Dla wiarygodnego porównania dwóch koncepcji mieszania wszystkie koszty muszą zostać ujęte w tym samym okresie i zdyskontowane do jednolitej dzisiejszej wartości.

Podstawowy wzór TCO w zapisie tekstowym brzmi:

TCO = CAPEX + Wartość bieżąca (OPEX + Czyszczenie + Konserwacja + Przestój + Koszty jakości + Demontaż) − Wartość bieżąca wartości rezydualnej

CAPEX oznacza jednorazowe koszty inwestycyjne. OPEX obejmuje bieżące koszty eksploatacyjne. Wartość bieżąca, zwana też Present Value, sprawia, że przyszłe koszty stają się porównywalne z kosztami w dniu dzisiejszym. Odpowiada to podstawowej idei rachunku kosztów cyklu życia (Life-Cycle-Costing): decydujące są wszystkie koszty od nabycia, przez eksploatację i utrzymanie ruchu, aż po wycofanie z eksploatacji, a nie sama cena zakupu.

Ustalenie ram analizy

Najpierw należy ustalić jednolity okres analizy. Dla mieszalników przemysłowych typowymi okresami planowania są na przykład dziesięć, dwanaście lub piętnaście lat. Obie porównywane instalacje muszą przy tym być oceniane według tych samych założeń: takiej samej rocznej ilości produkcji, tego samego asortymentu, tej samej liczby wsadów, tego samego wymagania co do dostępności, tej samej ceny energii, tych samych kosztów personelu i tych samych celów jakościowych.

Następnie decyduje się, czy liczy się w kosztach realnych, czy nominalnych. Przy podejściu realnym przyszłe koszty ujmuje się bez inflacji i dyskontuje realną stopą kalkulacyjną. Przy podejściu nominalnym uwzględnia się oczekiwane wzrosty cen energii elektrycznej, personelu, wody, chemikaliów czyszczących, części zamiennych i utylizacji, dyskontując je stopą nominalną. Oba warianty są dopuszczalne, nie wolno ich jednak ze sobą mieszać. Norma ISO 15686-5 opisuje rachunek kosztów cyklu życia jako systematyczne ujęcie istotnych strumieni kosztów obejmujących nabycie, eksploatację i utylizację; dyskontowanie sprowadza koszty z różnych momentów w czasie do jednolitej podstawy porównawczej.

Obok sumy całkowitej TCO należy obliczać także wskaźniki związane z produkcją. Sensowne są na przykład koszty na tonę zwolnionego produktu, koszty na wsad, koszty na kilogram odparowanego rozpuszczalnika przy próżniowych suszarko-mieszalnikach, koszty przestoju na godzinę oraz marża pokrycia na dostępną godzinę produkcji. Wskaźniki te szybciej pokazują, gdzie znajdują się największe dźwignie ekonomiczne.

Ujęcie kosztów inwestycyjnych

Koszty inwestycyjne obejmują nie tylko cenę mieszalnika. Uwzględnić należy sam mieszalnik, napęd, przekładnię, narzędzie mieszające, element wyładunku, sterowanie, czujniki oraz, w razie potrzeby, systemy próżniowe, grzewcze, chłodzące lub dodawania cieczy. Dochodzą do tego transport, fundament, konstrukcja stalowa, technika podnoszenia, instalacja elektryczna, budowa rurociągów, odciąg, filtry, technika dozowania i ważenia, technika ochronna, wyposażenie bezpieczeństwa, automatyzacja, integracja z systemem sterowania procesem oraz, w razie potrzeby, konieczne prace budowlane.

Do analizy TCO należą również Factory Acceptance Test, Site Acceptance Test, rozruch, próby procesowe, szkolenie, dokumentacja, kwalifikacja i walidacja. W zastosowaniach istotnych dla GMP lub ATEX istotnymi pozycjami kosztowymi mogą być Design Qualification, Installation Qualification, Operational Qualification, walidacja czyszczenia, ocena ryzyka, dokumentacja ochrony przeciwwybuchowej oraz dokumenty „as built”. Wydatki te są zwykle jednorazowe, zmniejszają jednak ryzyko kosztownych poprawek i długotrwałych problemów rozruchowych po uruchomieniu.

Realistyczna ocena energii

Koszty energii powinny opierać się na rzeczywiście pobieranej mocy średniej, a nie na zainstalowanej mocy silnika. Mieszalnik o zainstalowanej mocy 30 kilowatów nie zużywa automatycznie 30 kilowatogodzin na godzinę pracy. Decydujące są profil obciążenia, prędkość obrotowa, stopień napełnienia, stan produktu, czas mieszania, liczba wsadów i czasy pracy jałowej.

Uproszczony wzór na roczne koszty energii napędu elektrycznego w zapisie tekstowym brzmi:

K_Energia_Napęd = P_śr × t_Pracy × c_Energia

P_śr oznacza tu średnią rzeczywiście pobieraną moc w kilowatach. t_Pracy to roczny czas pracy w godzinach. c_Energia to cena energii elektrycznej w euro za kilowatogodzinę. Jeśli napęd, przemiennik częstotliwości i przekładnia są rozpatrywane osobno, sprawności i straty muszą być ujęte spójnie. Najbardziej wiarygodne jest zarejestrowanie poboru energii podczas reprezentatywnych cykli mieszania za pomocą licznika energii lub poprzez sterowanie.

Przy mieszalnikach temperowanych i próżniowych suszarko-mieszalnikach sama energia napędu nie wystarcza. Dodatkowo należy ująć energię grzewczą i chłodzącą, pompę próżniową, kondensator, obieg temperujący, sprężone powietrze, gaz osłonowy, odpylanie filtrów, sterowanie, czujniki i zużycie w trybie czuwania. Przy próżniowych suszarko-mieszalnikach sensowne są dodatkowo wskaźniki, takie jak kilowatogodziny na kilogram odparowanej wody lub rozpuszczalnika. Przy mieszalnikach proszku odpowiednie są kilowatogodziny na tonę zwolnionego produktu i kilowatogodziny na wsad.

Największe oszczędności energii powstają często nie tylko dzięki bardziej wydajnemu silnikowi. Częściej ważniejsze są krótszy ważny czas mieszania, lepsze przenoszenie ciepła, krótsze czasy przestoju, mniej niepotrzebnego czyszczenia i wysoki stopień opróżniania resztkowego. Mieszalnik, który w krótkim czasie w sposób powtarzalny osiąga docelową jednorodność i w dużym stopniu się opróżnia, może mimo wyższej ceny inwestycyjnej być bardziej ekonomiczny niż tańszy mieszalnik z długimi cyklami i wysokimi stratami przy zmianie produktu.

Pełna ocena czyszczenia

Nakład na czyszczenie jest przy instalacjach wieloproduktowych często jednym z największych czynników napędzających TCO. Bezpośrednie koszty czyszczenia obejmują wodę, wodę zdemineralizowaną, WFI, ługi, kwasy, środki powierzchniowo czynne, rozpuszczalniki, sprężone powietrze, energię do pomp i podgrzewania, energię do suszenia, oczyszczanie ścieków, neutralizację, utylizację, wymianę filtrów, narzędzia czyszczące i zaangażowanie personelu.

Decydujące koszty pośrednie powstają podczas przestoju. Podczas czyszczenia, suszenia, kontroli wzrokowej, zwolnienia i ewentualnej weryfikacji analitycznej mieszalnik nie jest dostępny dla produkcji. Dlatego koszty czyszczenia na zmianę produktu należy ujmować w pełnym zakresie.

Uproszczony wzór w zapisie tekstowym brzmi:

K_Czyszczenie_Zmiana = K_Media + K_Energia + K_Personel + K_Utylizacja + K_Walidacja + K_Przestój

Roczne koszty czyszczenia wynikają następnie z:

K_Czyszczenie_roczne = K_Czyszczenie_Zmiana × Liczba_zmian_produktu_rocznie

Przy częstych zmianach receptury już niewielkie skrócenie czasu czyszczenia może mieć istotny efekt ekonomiczny. Jest to szczególnie istotne przy alergenach, substancjach czynnych, aromatach, barwnikach, tłuszczach, produktach krytycznych mikrobiologicznie oraz recepturach o rygorystycznej ochronie przed zanieczyszczeniem krzyżowym.

Cechy konstrukcyjne istotnie wpływają na te koszty. Należą do nich niewielkie strefy martwe, gładkie i dobrze czyszczące się powierzchnie, daleko idące opróżnianie resztkowe, pełna dostępność, elementy wyładunku o niskiej strefie martwej, odpowiednie uszczelnienia, zintegrowane lance myjące, programowalne systemy CIP lub WIP oraz szybkie suszenie komory mieszania po czyszczeniu na mokro. W profilu serwisowym amixon® system WaterDragon® jest opisywany jako zautomatyzowany system z obrotowymi dyszami, który może czyścić bez cieni natrysku i przyspieszać suszenie dzięki dużym ilościom powietrza. Dysza po cyklu czyszczenia wyjeżdża z komory mieszania i zamyka się szczelnie oraz bez stref martwych.

Dla procesów regulowanych należy uwzględnić również koszty dowodu czyszczenia. Należą do nich na przykład testy ryboflawinowe, detekcja bioluminescencyjna, testy typu swab, metody analityczne, dokumentacja, zwolnienie, zarządzanie odchyleniami oraz, w razie potrzeby, powtórne czyszczenia.

Planowanie konserwacji i części zamiennych

Koszty konserwacji obejmują działania prewencyjne, oparte na stanie technicznym i korekcyjne. Koszty bezpośrednie to wewnętrzny i zewnętrzny czas pracy, części zamienne, materiały eksploatacyjne, smary, uszczelnienia, łożyska, elementy narzędzia mieszającego, filtry, czujniki, kalibrację przyrządów pomiarowych, umowy serwisowe, inspekcje i dokumentację. Koszty pośrednie powstają na skutek przerwania produkcji, ponownego rozruchu, braków, energii na uruchomienie oraz ewentualnych kontroli jakości po interwencji.

Wiarygodna kalkulacja kosztów konserwacji nie powinna opierać się wyłącznie na zryczałtowanym procencie ceny zakupu. Taka wartość może służyć jako pierwsze założenie budżetowe, musi jednak zostać uzupełniona o konkretną konstrukcję i zastosowanie. Produkty ścierne, agresywne środki czyszczące, wysokie temperatury, cykle podciśnienia, częste zmiany produktu lub silne zmiany obciążenia mogą wyraźnie zwiększać koszty konserwacji. Konstrukcja niskonakładowa pod względem konserwacji, dobra dostępność i zmniejszona liczba miejsc uszczelnień i łożyskowania w pobliżu produktu mogą je natomiast obniżać.

Dla każdego krytycznego komponentu należy ująć oczekiwaną trwałość, koszt części, czas wymiany, wymaganą kwalifikację, liczbę wymian w okresie analizy oraz koszty przestoju podczas wymiany. Zestaw uszczelnień o niskich kosztach materiałowych może okazać się kosztowny, jeśli jego wymiana blokuje całą linię produkcyjną przez wiele godzin.

Do TCO należą również magazyn części zamiennych i zarządzanie obsolescencją. Utrzymywać należy nie ogólnie dużą liczbę części, lecz te o długim czasie dostawy, wysokim wpływie awarii lub złożonej wymianie. Uszczelnienia, łożyska, elementy filtracyjne, komponenty bezpieczeństwa, czujniki, elementy wyładunku, przemienniki częstotliwości, moduły sterownika PLC i specyficzne elementy narzędzia mieszającego powinny być oceniane w oparciu o ryzyko. Magazyny konsygnacyjne mogą zapewniać dostępność, jednocześnie ograniczając zaangażowanie kapitałowe.

amixon® opisuje magazyn części zużywających się w Paderborn oraz możliwość przygotowania zaplanowanych interwencji konserwacyjnych z udokumentowaną listą zadań i zapobiegawczo udostępnionymi częściami. Własna pełnia kompetencji wytwórczych dodatkowo wspiera dowytwarzanie komponentów specyficznych dla klienta i kompatybilnych rozwiązań zastępczych przez długi okres eksploatacji instalacji.

Monetyzacja przestojów

Koszty przestoju są często najważniejszą, a zarazem najczęściej niedoszacowaną pozycją TCO. Nie składają się one wyłącznie z wynagrodzenia technika serwisowego. Istotne są utracona marża pokrycia, dalej biegnące koszty stałe, czas oczekiwania personelu, braki, poprawki, materiał na rozruch, energia na ponowne uruchomienie, opóźnione dostawy, kary umowne oraz, w razie potrzeby, utrata zamówień klientów.

Uproszczony wzór w zapisie tekstowym brzmi:

K_Przestój = t_Przestój × MK_na_godzinę + K_Braki + K_Poprawki + K_Ponowny_rozruch + K_Logistyka_ekspresowa

Przy czym t_Przestój to czas trwania przestoju w godzinach. MK_na_godzinę to utracona marża pokrycia (kontrybucyjna) na godzinę produkcji. K_Braki obejmuje koszty produktu, który nie nadaje się już do wykorzystania. K_Poprawki opisuje dodatkowe koszty ponownego przetworzenia lub powtórzenia. K_Ponowny_rozruch obejmuje energię, personel i straty produktu do osiągnięcia stabilnego stanu procesu. K_Logistyka_ekspresowa uwzględnia szczególne koszty transportu lub zaopatrzenia w przypadku usterki.

Marży pokrycia na godzinę nie wolno mylić z obrotem. Decydująca jest marża, która jest tracona przez niewyprodukowaną i niesprzedaną ilość produktu. Jeśli dostępne są wystarczające zapasy magazynowe, rezerwy zdolności produkcyjnej lub alternatywne linie produkcyjne, rzeczywista szkoda może być mniejsza. Przy instalacji stanowiącej wąskie gardło może być natomiast znacznie większa.

Przestoje powinny być rejestrowane osobno według przyczyny: usterka mechaniczna, usterka elektryczna, czujniki, oprogramowanie, czyszczenie, zmiana produktu, brakujące surowce, brakujące części zamienne, odchylenie jakościowe, błąd obsługi i przyczyny zewnętrzne. Dopiero to zróżnicowanie pokazuje, czy inwestycje w lepsze uszczelnienia, automatyzację, szkolenia, zestawy części zamiennych, czyszczenie lub wsparcie zdalne są rzeczywiście opłacalne.

Ujęcie strat produktu i jakości

Straty produktu powstają w wyniku niepełnego opróżniania, braków, wadliwych wsadów, materiału na rozruch, strat przy czyszczeniu, poprawek, rozsegregowania przy wyładunku i możliwego zanieczyszczenia krzyżowego. Zwłaszcza przy wysokowartościowych substancjach czynnych, chemikaliach specjalnych, dodatkach lub recepturach z drogimi surowcami ilość resztkowa w mieszalniku może być ekonomicznie ważniejsza niż zużycie energii elektrycznej.

Należy obliczyć wartość ilości resztkowej na wsad i pomnożyć ją przez roczną liczbę wsadów. Dochodzą do tego koszty materiału płuczącego, mediów czyszczących, utylizacji oraz, w razie potrzeby, utrata kolejnego wsadu w przypadku zanieczyszczenia. Daleko idące opróżnianie resztkowe zmniejsza nie tylko bezpośrednią stratę produktu, lecz skraca również czyszczenie i zmianę produktu.

Koszty jakości obejmują braki, poprawki, dodatkową analitykę, opóźnienia, reklamacje i straty przy zwolnieniu. Tani mieszalnik o niewystarczającej jakości mieszania lub niestabilnej jakości wyładunku może przez to powodować wysokie koszty następcze. Dlatego udokumentowana jakość mieszania na całej długości wyładunku należy do TCO w takim samym stopniu jak energia i konserwacja.

Porównanie kosztów na podstawie wartości bieżącej

Dla porównania na przestrzeni kilku lat przyszłe koszty należy zdyskontować do dzisiejszej wartości. Wzór na wartość bieżącą w zapisie tekstowym brzmi:

PV_t = C_t / (1 + r)^t

Przy czym PV_t to wartość bieżąca płatności w roku t. C_t to płatność, czyli pozycja kosztowa w roku t. r to wewnętrzna stopa kalkulacyjna przedsiębiorstwa. t to dany rok w ramach okresu analizy.

Pełny wzór TCO w zapisie tekstowym brzmi:

TCO = CAPEX + Σ dla t = 1 do n [ (K_Energia_t + K_Czyszczenie_t + K_Konserwacja_t + K_Przestój_t + K_Jakość_t + K_Pozostałe_t) / (1 + r)^t] − [ Wartość_rezydualna_n / (1 + r)^n]

CAPEX to jednorazowe koszty inwestycyjne. K_Energia_t to koszty energii w roku t. K_Czyszczenie_t to koszty czyszczenia w roku t. K_Konserwacja_t to koszty konserwacji i części zamiennych w roku t. K_Przestój_t to koszty przestoju i ponownego rozruchu w roku t. K_Jakość_t obejmuje braki, poprawki, analitykę i inne koszty wynikające z jakości. K_Pozostałe_t obejmuje na przykład koszty licencji, ubezpieczenia, kontrole zewnętrzne, szkolenia lub inne koszty eksploatacyjne. Wartość_rezydualna_n to oczekiwana wartość rezydualna instalacji w ostatnim roku analizy n.

Jeśli alternatywa powoduje wyższe koszty początkowe, ale niższe roczne koszty eksploatacyjne, należy dodatkowo obliczyć zdyskontowane oszczędności. Inwestycja jest ekonomicznie korzystna, jeśli wartość bieżąca jej oszczędności przewyższa dodatkową inwestycję. Norma ISO 15686-5 i porównywalne metody rachunku kosztów cyklu życia wykorzystują to podejście, aby uczynić strumienie kosztów z różnych momentów w czasie porównywalnymi.

Praktyczny arkusz kalkulacyjny

Dla praktycznej kalkulacji TCO każda alternatywa powinna być oceniana w tej samej tabeli, według tych samych założeń. Należy ująć cenę maszyny, osprzęt, instalację, FAT i SAT, rozruch, kwalifikację, szkolenie, roczną energię napędu, energię grzewczą i chłodzącą, koszty próżni i sprężonego powietrza, roczne koszty czyszczenia, roczne koszty konserwacji i serwisu, roczne koszty części zamiennych, koszty magazynu części zamiennych, straty produktu, braki, poprawki, przestoje według przyczyny, koszty oprogramowania i automatyzacji, koszty zgodności i dokumentacji, koszty modernizacji, koszty demontażu oraz oczekiwaną wartość rezydualną.

Dodatkowo należy udokumentować założenia dotyczące ilości produkcji, liczby wsadów, modelu zmianowego, ceny energii, stawki kosztów personelu, liczby zmian przy czyszczeniu, marży pokrycia, kosztów przestoju, stopy kalkulacyjnej i okresu analizy. Należy przeprowadzić co najmniej trzy scenariusze: realistyczny scenariusz bazowy, konserwatywny scenariusz z wyższymi kosztami energii i konserwacji oraz scenariusz ryzyka z dłuższymi czasami dostawy lub większą liczbą nieplanowanych awarii. Ta analiza wrażliwości pokazuje, które założenia rzeczywiście dominują nad opłacalnością.