Оценка, контроль, мониторинг и управление качеством (стабильностью) процесса применения синтетических сож при механообработке в условиях массового производства

Водные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) являются неотъемлемой составляющей процесса механообработки [1-10]. Повышенный срок эксплуатации синтетических и полусинтетиче-ских (СиПС) СОЖ стал стимулом их продвижения на рынке в РФ [1-3]. Однако нередко на практике выявляли случаи многократного снижения срока функционирования синтетических СОЖ между заменами [3,4]. Установленные причины снижения декларируемого срока эксплуатации синтетической СОЖ:

• –    не контролируемые и не компенсируемые (не корректируемые) в реальном времени ∆Т неизбежные распределенные потери объема СОЖ ∆V в зоне обработки и в инфраструктуре производственной технологической системы;

• –    отсутствие инструментария и систем управления процессом функционирования СОЖ и процессом обработки заготовок деталей с помощью регулирования потерь в реальном времени;

• –    накапливание изменений в составе СОЖ, вызывающее снижение её технологической эффек-

  Булыжев Евгений Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры инновационные технологии в машиностроении. E-mail: eugbul1946@gmail.com

тивности и приводящее к необходимости её замены. Результат – условно неполезные потери. Кроме того, наблюдается учащение числа замен СОЖ в течение года nзи превышение потерь СОЖ.

Выявленный научный факт снижения/повышения потерь синтетических СОЖ по сравнению с рекомендуемым отвечает следующим критериям:

• 1)    он может быть воспроизведен при исследовании всех централизованных систем комплекса сопровождения функционирования (ЦСФ) СОЖ на предприятии Завод двигателей;

• 2)    его можно проверить при помощи различных способов;

• 3)    он допускает возможность однозначного использования в связи с дальнейшим изучением комплекса ЦСФ синтетической СОЖ завода двигателей.

Выявленный факт соответствуют предпосылкам, сформулированным в работе [3,5]. СОЖ в зоне обработки испытывает негативное воздействие множества факторов (рисунок 1) [3]. Совокупность нежелательных явлений, проявляющихся в СОЖ, представлена в работе [6]. Эта совокупность оказывает негативное воздействие на СОЖ, вызывает ухудшение её технологической эффективности и приводит к полной замене синтетической жидкости после истечения некоторого периода времени tэ [7].

Деструкция                                              Деструкция

СОЖ        \          ----- / композиции

Накопление масла из стоков

Нагрев

Выход

концентрата

Время

Накопление

Накопление механических примесей

Развитие микрофлоры солеи

Активация

СОЖ

Разбрызгивание

Испарение водной фазы

Рис. 1. Граф деградации синтетической СОЖ

На достоверность и обоснованность выявленного научного факта оказали прямое влияние:

• –    характер инвариантной составляющей, проявляемый в виде двух основных факторов, совместно влияющих на срок функционирования СОЖ между заменами – качество самих СОЖ, как рабочего тела в плане противостояния внешним негативным воздействиям, и способность технологической структуры ЦСФ предотвращать или компенсировать последствия негативного воздействия внешних факторов на СОЖ;

• –    теоретическая (переменная) варианта, выявленная в ходе многолетних наблюдений, в том числе, на 4 ЦСФ на ООО «УАЗ»;

• –    синергия воздействия двух групп факторов на СОЖ.

Таким образом возникла и назрела проблемная ситуация:

• –    синтетическая СОЖ теряет часть объема (распределенные и неизбежные потери) при прохождении зоны резания и инфраструктуры ЦСФ. Период времени применения синтетических СОЖ менее заявляемых производителем;

• –    объем распределенных неизбежных потерь отражает эффективность эксплуатации СОЖ, ЦСФ и технологическую эффективность производства;

• –    периодически по мере потери жидкостью технологического качества, отработавшую СОЖ сбрасывают на разрушение, разложение и утилизацию отделенных фаз и водных стоков.

В соответствии с теоретическими представлениями сформирована научная гипотеза о возможности и целесообразности использования показателя – скорости распределенных неизбежных потерь СОЖ ν , м³/ч, в качестве критерия качества функционирования самой синтетической СОЖ, эффективности ЦСФ и технологической эффективности производства, в котором они используются.

С позиций возможностного подхода авторами использован принцип «черного ящика», характерный для исследуемых, в данном случае, объектов.

При функционировании водоэмульсионных СОЖ из-за её склонности к биопоражению, подверженности расслоению и малого срока функционирования гипотеза о возможности использования скорости неизбежных распределенных потерь водоэмульсионных СОЖ в качестве интегрированного критерии не могла возникнуть.

Исходным пунктом возникновения проблемы является противоречие между знанием о потребностях практических действий и незнанием путей и способов осуществления действий, обеспечивающих качественное функционирование СОЖ.

Научная проблема в связи с выявленным фактом, заключается в доказательстве возможности и целесообразности применения критерия неизбежные распределенные потери синтетических СОЖ для оценки, контроля, мониторинга качества применения СОЖ в режиме «on-line» и планирования при эксплуатации комплексов сопровождения функционирования синтетических СОЖ и методики их исследования.

Рабочая гипотеза заключается в том, что регулярное измерение перепада высот уровня СОЖ в емкости ЦСФ ∆Н, соотносимые с временем достижения ∆Т, позволяют оценить величину, объем и скорость потерь СОЖ за время ∆Т, а также среднюю величину в случае их варьирования.

Проверим выполнение условий самостоятельности выдвинутой гипотезы с помощью применяемых требований:

• 1.    Согласие с фактическим материалом для объяснения которого и была выдвинута гипотеза. Выдвинутая гипотеза не должна противоречить известным законам и теориям, что и наблюдается в нашем случае (рисунок 1 и таблица 1). Сопоставление гипотезы с фактами будет представлено ниже и преемственно связано со знаниями изложенными в [1-7].

• 2.    Принципиальная проверяемость гипотезы.

• 3.    Максимальная общность и прилагаемость к широкому кругу ЦСФ в комплексе.

• 4.    Принципиальная простота гипотезы, состоящая в её способности исходя из относительно немногих оснований, объяснить широкий круг явлений в комплексе ЦСФ.

В литературных источниках не обнаружены сведения о проведении и методах организации экспериментальных исследований эксплуатационной эффективности комплекса централизованных систем функционирования СОЖ.

При рассмотрении вышеописанной проблемной ситуации возникают следующие вопросы:

• 1.    Выявлен ли факт варьирования потери части объема СОЖ при прохождении зоны резания и инфраструктуры любой ЦСФ?

• 2.    Отражает ли варьирование объема распределенных неизбежных потерь эффективность функционирования СОЖ, ЦСФ и технологическую эффективность производства?

ЦЕЛЬ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью проведенных исследований являлось вподтверждение варьировании объемов неизбежных распределенных потерь СОЖ при эксплуатации СОЖ во всех централизованных системах комплекса при разнообразии технологических ситуаций и возможности использования его в качестве индикатора эффективности.

Объектом исследования был избран комплекс централизованных систем применения водных СОЖ, в том числе, синтетических, полусинтетических и их смесей. Выявили следующие обстоятельства:

• а)    комплекс существовал и существует независимо от наблюдателя на одном из заводов двигателей;

• б)    понимание комплекса во всем многообразии ЦСФ может обеспечить его совершенствование, особенно в части сбережения СОЖ, как одного из важнейших ресурсов при металлообработке, а также может быть отражен в виде технологических рекомендаций при проектировании комплексов ЦСФ в дальнейшем;

• в)    исследования комплекса ЦСФ нацеливались на изучение всех сторон, связей и свойств объекта в парадигме системного подхода к процессу эксплуатации комплекса в условиях существующего производства;

• г)    исследование проводилось конкретно в определенной технологической ситуации, при этом учитывались особенности объекта и специфические условия его существования.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В связи с отсутствием сколько-нибудь обоснованных методологических разработок по организации исследований процессов функционирования СиПС СОЖ в комплексах централизованных систем разрабатывалась энтропийная методология исследований с учетом специфики технологических поточных линий в условиях массового производства.

На начальном этапе на уровне эмпирического познания осуществляли анализ уже накопленно- го контента информации об исследуемом комплексе ЦСФ и произвели первичную систематизацию полученных знаний о потерях (энтропии) СОЖ в форме таблиц, диаграмм, графиков и на их основе, проявления ситуаций со стабильностью (ν′ = const) и нестабильностью (ν′ ≠ const) скорости распределенных неизбежных потерь объемов СОЖ за один цикл оборота в ЦСФ, за 1 час и средних по ЦСФ и группам ЦСФ.

Поскольку результаты наблюдений входили в другие процедуры: сравнение, измерение и «пассивный» эксперимент.

Наблюдения производились непосредственно на сооружениях ЦСФ СОЖ комплекса, с использованием простейших средств, установленных на емкостях, например, уровнемеры для измерения значений заглубления уровня СиПС СОЖ в паузах процесса её периодической циркуляции на поточных линиях механообработки конкретных заготовок и на всех других этапах эксплуатации жидкости и др.

Описание проводили в соответствии с особенностями технологической ситуации (ТС) ЦСФ СиПС СОЖ.

При качественном описании упор делали на вид СОЖ, характер обработки, материал заготовки обрабатываемой детали, а также общую характеристику поточной технологической линии, в том числе, автоматической. Качественное описание передавало общее знание о комплексе ЦСФ. Количественное описание при исследовании предполагало числовую характеристику свойств, сторон и связей (внешних и внутренних) элементов ЦСФ комплекса. Например, производительность ЦСФ, объем емкостей для СОЖ, число оборотов СОЖ в единицу времени при ее циркуляции n’цо, число коррекций потери объемов и число их замен.

Наблюдение предполагало исполнение двух функций: обеспечение эвристической информации о ЦСФ и проверку выдвигаемой гипотезы и теоретических посылок.

В случае успешного решения задачи возникла проблема организации проведения способа использования потерь синтетических СОЖ для оценки, контроля, мониторинга и планирования процесса эксплуатации СОЖ, а также процесса производства металлообработки заготовок деталей двигателей.

Предмет проводимого исследования – явление распределенных неизбежных потерь синтетических СОЖ при обороте в ЦСФ и периодические замены отработавшей СОЖ.

Научная гипотеза заключается в том, что при проводимом исследовании неизбежных распределенных потерь в течение периода времени между заменами СОЖ возможна выработка принципа систематизации потерь ЦСФ, формирования цифровых двойников, выявление индикатора, позволяющего разработать процедуры оценки, контроля потерь и мониторинга состояния СОЖ в ЦСФ, упростить принятие обоснованного решения для предотвращения сбоя в эксплуатации СОЖ, приводящего к незапланированной замене СиПС СОЖ и остановке производств.

Исследования проводились с позиций вероятностно-детерминированного подхода при использовании вариационного параметрического анализа. При исследованиях производили оценку неизбежных распределенных потерь СОЖ, как «условно полезной энтропии» для данных ЦСФ и технологических ситуаций.

Оценку скорости неизбежных распределенных потерь СОЖ производили посредством замера заглубления уровня ∆Н в течение ∆Т в емкости ЦСФ в ночное время, в перерыве при остановке системы и успокоении уровня по методике изложенной в работе [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На рисунках 2 и 3 представлены временные ряды варьирования средних значений скорости распределенных неизбежных потерь объемов СОЖ в период между коррекциями. Временной ряд охватывает период времени между смежными заменами СОЖ. Для представленных на рисунках в рядах для всех ЦСФ выделены фигурными скобками зоны стабильности при ν′ = const и зоны нестабильности при ν′ ≠ const между первыми.

Протяженность и количество зон стабильности и нестабильности (критерий качества) для всех технологических ситуаций варьируются в достаточно широком интервале.

Анализ совокупности (рисунок 2) показал следующее:

• 1)    всем технологическим ситуациям, соответствующим применению синтетических и полусин-тетических СОЖ в ЦСФ, присущи проявления зон стабильности или нестабильности скорости распределенных неизбежных потерь ν , м³/ч, или ν′ , м³/об;

• 2)    варьирование количества, зон стабильности и нестабильности ν и ν′ наблюдается для всех ЦСФ;

• 3)    отсутствует информация о возможности раздельной оценки эффективности СОЖ, ЦСФ и технологической линии, во всех случаях зафиксирована интегрированная оценка эффективности по принципу матрешки (вложенных систем) [9].

  

  ЦСФ9

  
  
  
  
  
  

  0.10

  0.05

  
  

  			о
  	o’
  8	3	я

  
  

  	8

  
  

  о г| ----- СТ •----	s — -—•—-—- g -—■—-—-—- 2 ft S ft
  	iiniuiiii
  8 § я	55S36?s§SS53Ssi5

  
  
  
  
  
  

  Рис. 2. Временные ряды значений скорости потерь объемов синтетической СОЖ в ЦСФ

  
  

Для выявления характера изменения основных эксплуатационных показателей были использованы временные ряды варьирования часовой скорости потерь объемов v СиПС СОЖ в периодах между коррекциями на протяжении периода времени между заменами СОЖ (рисунок 5) v i . Установлено, что для всех ЦСФ (всех ТС) наблюдались как участки стабильности ( v = const), так и нестабильности ( v ^ const). Это наблюдение привело к пониманию возможности использования v (или v' ) для контроля и мониторинга качества процесса применения СОЖ, ЦСФ, а также системы более высокого уровня, характерной для варианта ТС. На рисунке 5 показаны изменения v для ЦСФ 13, 14, 23, 56, 63, 70, 72 и 76. Участки стабильности перемешаны с участками нестабильности. Данный метод является методом индикативного контроля уровней качества (стабильность) СОЖ, ЦСФ и производственной системы по ТС и в целом.

ЦСФ70

ЦСФ69 с 29 05 22

ЦСФ 63

ЦСФ69 С 6 012 по 29.05.22

		S о		2 3 ° ° $ $
п			1 П п	■ ■■I

8
О

ЦСФ66

ЦСФ76

Рис. 3. Временные ряды значений скорости потерь объемов СОЖ в ЦСФ

ЦСФ 72

С 5.0622

11.09.22

Варьирование величины Т, позволяет управлять варьированием качества СОЖ, а тем самым управлять и процессом механообработки

Очевидно, что использование ν и ν′ для оценки, контроля, мониторинга управления, планирования качества применения СОЖ, ЦСФ и технологического качества производственной системы по ТС и в целом целесообразно для ситуационного «усредненного» восприятия положения, складывающегося на производстве СОЖ ТС и ЦСФ, в том числе, как по ЦСФ N, так и по комплексу в целом.

Во многих случаях в значении точных количественных результатов нет необходимости, а вот в надежной и своевременной оценке с помощью «баллов» есть необходимость.

ВЫВОДЫ

• 1.    Выполнены исследования по оценке состояния гибридной производственной системы, организованной по принципу матрешки «СОЖ – ЦСФ – производственная технологическая линия», с помощью оценки неизбежных распределенных потерь.

• 2.    Подтверждена возможность такой оценки для всех исследованных ситуаций с применением СОЖ во всех ЦСФ комплекса.

• 3.    На основе использования такой оценки непрерывно в «on-line» режиме возможен мониторинг и ситуационное управление производственной системой, функционирующей с централизованным применением СОЖ.

• 4.    Полученная информация упрощает управление производством, позволяет получить данные для планирования последующих длительных периодов в эксплуатации.