Dołącz do czytelników
Brak wyników

Z praktyki kierownika produkcji

10 listopada 2021

NR 65 (Październik 2021)

Przyspieszenie czy optymalizacja? Oto jest pytanie!

0 13

Postawione w tytule pytanie niech będzie punktem wyjścia do rozważenia problemu, przed którym stanął lub stanie każdy menedżer służb utrzymania ruchu czy ktokolwiek inny odpowiadający za techniczną stronę procesu produkcji. W dowolnym – małym czy dużym – zakładzie.

Wpraktyce zawodowej serwisanta układów hydraulicznych i automatyki przemysłowej od czasu do spotykam się z takimi pytaniami i od razu powiem, że nie są one proste. Argumenty za i przeciw nie są jednoznaczne, a w dodatku negatywne efekty często są znacznie oddalone w czasie. Na początku może rozprawmy się z tytułem. O ile „przyspieszenie maszyny” jest dosyć prostym i czytelnym kierunkiem działania, o tyle „optymalizacja układu hydraulicznego” w maszynie już tak prosta w rozumieniu nie jest. Zgodnie z definicją SJP PWN optymalizacja to:

POLECAMY

  • „organizowanie jakichś działań, procesów itp. w taki sposób, aby dały jak największe efekty przy jak najmniejszych nakładach”,
  • „poszukiwanie za pomocą metod matematycznych najlepszego, ze względu na wybrane kryterium, rozwiązania danego zagadnienia gospodarczego, przy uwzględnieniu określonych ograniczeń”.

Jak widać, obie definicje w dobry sposób wprowadzają nas w kwestie przyspieszenia i optymalizacji działania układu hydraulicznego napędzającego maszynę. Jeżeli zbierzemy w jednym zdaniu najważniejsze dla nas kwestie z obydwu definicji, uzyskamy taką oto treść:

Optymalizacja jest to zbiór działań dających jak największe efekty przy jak najmniejszych nakładach, przy uwzględnieniu określonych ograniczeń.

Poświęciłem temu kilka zdań, bo jest to świetne wprowadzenie do praktycznego przeanalizowania problemu. Temat nie jest abstrakcyjny, choć na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że trochę wydumany. Dodatkowo w prosty sposób prowadzi do konfliktu w większości zakładów między działem utrzymania ruchu a działem produkcji. Jedni widzą jedynie zyski, a drudzy jedynie awarie. Z punktu widzenia produkcji jeżeli udałoby się przyspieszyć pojedynczy cykl produkcyjny choćby o sekundę, dałoby to dodatkową wydajność. Z punktu widzenia utrzymania ruchu każdy dodatkowy cykl pracy jest przyczynkiem do szybkiego zużycia elementów maszyny. 
W czasie przerwy remontowej w okresie zimowym w jednej z obsługiwanych przeze mnie firm w trakcie ustalania zakresu prac przewidzianych na przerwę remontową zadano mi pytanie, czy nie można by przyśpieszyć maszyny. Po przeprowadzeniu napraw spróbowałem przyspieszyć maszynę. Okazało się, że przy prawidłowo wyregulowanym układzie hydraulicznym niemożliwe jest uzyskanie szybszego działania maszyny. Co oznacza „prawidłowe wyregulowanie”? Mam na myśli nastawy zaworów i regulatorów zgodne z podanymi w schemacie hydraulicznym maszyny. Można w tym momencie powiedzieć, że układ miał optymalne nastawy i regulacje przewidziane przez producenta, a żaden z podzespołów nie wykazywał zużycia, bo wcześniej przeprowadzona została diagnostyka układu, w skład której weszło testowanie pompy i badanie porównawcze strumienia oleju w wytypowanych punktach maszyny. Z powyższego wynikało, że bez korekty nastaw nominalnych ciśnienia roboczego układu nie jest możliwe przyspieszenie pracy maszyny. Z czego taka sytuacja wynika? Aby zrozumieć problem, trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie: od czego uzależniona jest szybkość przepływu oleju? Odpowiedź na nie daje poniższa definicja. 

Szybkość przepływu cieczy o określonej gęstości i temperaturze zależy od powierzchni przekroju poprzecznego przewodu, w którym płynie ciecz i ciśnienia, przy którym przepływ się odbywa.

Wynika z tego, że jeżeli w danym obwodzie hydraulicznym osiągniemy maksymalny przepływ przy określonym ciśnieniu, to nawet gdybyśmy do tego układu dostarczyli dodatkowy strumień oleju, to i tak opory przepływu spowodują, że strumień ten zostanie skierowany przez zawór przelewowy do zbiornika, bo po osiągnięciu zakładanego ciśnienia otworzy się zawór przelewowy. Jedyną rzecz, jaką możemy w ten sposób osiągnąć,, stanowi większa dynamika narastania ciśnienia, co może objawiać się „nerwowymi” ruchami napędzanych elementów. Dodatkowym objawem będzie grzanie się oleju ze względu na nadmiar dostarczanej energii do układu w postaci zbyt dużego strumienia oleju. Jaki z tego wynika wniosek? Najprościej mówiąc, aby uzyskać większy przepływ w układzie, zgodnie z definicją, trzeba albo powiększyć średnice kanałów, w których płynie olej, albo zwiększyć ciśnienie, przy którym się on odbywa. Każdy wie, że zwiększenie średnicy kanałów jest technicznie kłopotliwe i często niemożliwe. Dlaczego? Druga zasada, która ma znaczenie dla przepływu oleju, w uproszczeniu mówi:

Każde dławienie przepływu powoduje spadek ciśnienia za elementem dławiącym (dławikiem, kryzą).

Tutaj drobne wyjaśnienie. Jako dławik ustalający maksymalny przepływ w określonym obwodzie musimy przyjąć najmniejszą średnicę kanału w dowolnym elemencie układu hydraulicznego. Trzeba to rozumieć w taki sposób, że jako zwężkę musimy traktować np. zwykłą złączkę czy otwór w płycie przyłączeniowej lub otwory w gnieździe zaworu, a także końcówkę zakucia węża hydraulicznego. Jak wynika z powyższego, możemy spotkać się z sytuacją, że dławienie pojawia się na nabce (króćcu) siłownika hydraulicznego, a tego już raczej nie przeskoczymy. W takiej sytuacji mamy w zasadzie wyłącznie jedyne wyjście, czyli podniesienie ciśnienia w układzie. Wracając do mojego zawodowego przypadku, które było punktem wyjścia do problemu: ja się na podniesienie ciśnienia nie zdecydowałem. No może nie do końca, bo próbę przeprowadziłem, ale musiałem zrezygnować, bo regulator odpowiadający za sterowanie pompą o zmiennej wydajności odmówił współpracy. Okazało się, że jego budowa powoduje, że po podniesieniu ciśnienia nie można osiągnąć niskiego ciśnienia na żądanym poziomie technologicznym. Rozwiązaniem takiego problemu byłoby zastosowanie dodatkowego zaworu redukującego ciśnienie do wymaganego technologią. Co zresztą nie stanowiło problemu technicznego. Niestety, nie doszedłem do tego etapu, bo znalazł się ktoś odważniejszy, kto podjął się tego zadania bez większej refleksji. Notabene poszedł tą samą drogą, którą ja proponowałem, aczkolwiek pokonał ją mniej rozważnie. Podniósł ciśnienie, oczywiście napotkał ten sam problem, który rozwiązał w proponowany przeze mnie sposób. Ale najprawdopodobniej pojawił się inny problem. Układ jest zasilany przez pompę o zmiennej wydajności, co powodowało, że mimo wyższego ciśnienia pompa reagowała na opory przepływu w momentach gwałtownego narostu ciśnienia i redukowała wydajność, co w oczywisty sposób stawało w sprzeczności z zamierzonymi efektami podniesienia ciśnienia. Problem został rozwiązany tak, że regulator pompy został tak ustawiony, aby pompa zachowywała się jak zwykła pompa wielotłokowa o stałej wydajności. W efekcie tych działań zostało osiągnięte przyspieszenie, ale kosztem wzrostu temperatury roboczej oleju i kilku awarii związanych z przyspieszeniem maszyny. 
Jak widać, opisane działanie nie miało z optymalizacją nic wspólnego, ponieważ osiągnięte cele nie brały pod uwagę technicznych ograniczeń, czyli nie został spełniony jeden warunek z definicji optymalizacji. Natomiast nastąpiło rzeczywiste przyspieszenie cyklu maszyny, tyle że pojawiły się niepożądane efekty. Przyjrzyjmy się poszczególnym problemom wywołanym przez przyspieszenie maszyny. Pierwszy problem to wzrost temperatury oleju. Wzrost temperatury oleju to przede wszystkim spadek wydajności pompy i spadek jakości smarowania, co w perspektywie czasu eksploatacji spowoduje szybsze zużycie współpracujących elementów. Dodatkowym aspektem jest spadek szczelności układu i szybsze zużywanie się uszczelnień w siłownikach i wycieki z połączeń miedzy elementami układu. Oczywiście można temu zaradzić, instalując dodatkową chłodnicę. Tyle że to oznacza, że nadmiar dostarczonej energii do układu hydraulicznego odprowadzamy do atmosfery przez chłodnice oleju. Wynika z tego, że pieniądze wydane na energię elektryczną do napędzania maszyny wyrzucamy w błoto za pomocą chłodnicy. Ile tracimy, łatwo policzyć. Tyle, ile mocy mają chłodnice niezbędne do utrzymania znośnej temperatury układu. Innym problemem pojawiającym się przy przyśpieszeniu maszyny jest zwiększenie szybkości posuwów siłowników. W omawianym przypadku okazało się, że bardzo szybko ulegają uszkodzeniu siłowniki. Chodzi tu głównie o uszczelnienia tłoka odpowiadające za szczelność wewnętrzną. Maszyna została fabrycznie wyposażona w siłowniki uszczelnione uszczelnieniami typu GER. Jest to pierścień teflonowy oparty na ringu z NBR. 
W tym wypadku wydaje się, że najważniejszą ich cechą jest maksymalna prędkość posuwów, do których zostały przewidziane, tj. do 0,5 m/s. Zostały zastąpione uszczelnieniami typu BPH, które mogą pracować przy prędkościach 1,5 m/s.
 

Schemat 1. Katalog Hydro Bielsko-Biała


Czy rozwiąże to problem, to dopiero się okaże, bo teraz ta zmiana została wykonana. Przyspieszając maszynę, trzeba również brać pod uwagę dopuszczalne przepływy...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 numerów czasopisma "Menedżer Produkcji"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Dodatkowe dokumenty do pobrania i samodzielnej edycji
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy