.
.
На современном уровне развития производственных процессов, характерных всемерной интеграцией в классические виды обработки исходных материалов цифровых технологий и новых композитных материалов очень важно правильно распорядиться этими дополнениями и использовать в полной мере преимущества сопутствующие этим дополнениям в процессе достижения идеального конечного результата.
Как известно из классики ТРИЗ (Теории решения изобретательских задач) и её развития — АРИЗ (Алгоритма решения изобретательских задач) при инновационном подходе к системному развитию производственных процессов имеются целый ряд инструментов, комбинируя использования которых можно приблизиться к возможности получить идеальный конечный результат, наиболее близкий к идеальному характерному для каждой из технологий или устройств.
Появление новых составляющих в схемах и принципиальных инновационных решениях позволило, конечно при правильном методе к интеграции и селективно отобранных вариантах использования, во-первых, заново сформулировать само понятие и критерии — идеального конечного результата, а во вторых — позволило уточнить критерии и характеристики самого определения идеального конечного результата.
В условиях глобализации производственных процессов и в связи с переходом экономик наиболее развитых стран мира к инновационной модели развития и функционирования, приходится признать, что для того, чтобы правильно сориентироваться в новых и не всегда позитивных процессах производства необходимо заново определиться как с правилами организации и формирования самого производственного процесса, так и с декларируемыми целями и задачами этого производственного процесса.
В некоторых странах то новое построение процесса производства, учитывающее все новейшие достижения и возможности для оказания развивающего влияния на все без исключения стадии производства и на исходные требования для развития производственного оборудования, назвали, как: NEW SMART MANUFACTURING TECHNOLOGIES.
Как показывает практика первых опытов в формировании, построении и, самое главное, в внедрении в производственные комплексы, так называемых новых умных производственных технологий, этот процесс имеет тенденцию к постепенному расширению области использования оригинальных инновационных технических решений на всё более новые комплексные производственные задачи.
Это расширение области использования носит веерообразный характер и постепенно распространяется на множество смежных процессов как изготовления, так и всех вспомогательных операций и процессов, как, например, контроля.
В качестве примера можно привести постепенное распространение технологий и принципов бесконтактного контроля в режиме реального времени, которых со всей уверенностью можно отнести к умным техническим решениям, в корне меняющим технику и технологию контроля при постоянно повышающейся точности.
Процесс внедрения этой технологии начался с сельского хозяйства, где необходимость такого контроля диктовалась новыми условиями и возросшими требованиями к воде, особенно в ирригационных проектах.
Исходя из наибольшей актуальности и востребованности, процесс внедрения начался с контроля уровня кислотности.
- Контроль уровня кислотности, — какие характерные особенности были учтены и приняты во внимание:
Диапазон контроля уровня кислотности в воде и водных растворах для бесконтактных резонансных методов контроля не ограничен;
Точность контроля может регулироваться в зависимости от необходимости, но не менее чем 0.1 единицы контроля кислотности, принятой в соответствии с стандартом.
Точность контроля не зависит от концентрации органики в воде или водном растворе, а также не зависит от уровня агрессивности водного раствора, поскольку все контрольные операции выполняются дистанционно, без какого-либо контакта с контролируемой жидкостью.
Так как наибольший расход воды имеет место в ирригационных системах, в которых в воду вводятся удобрения и другие химические реагенты, то следующим расширением области использования явились операции контроля концентрации питательных веществ и удобрений в водных растворах для полива.
В случае если заранее известны вещества, которые будут вводиться в питательный раствор, в состав интегрального сенсора включают количество селективных сенсоров, соответствующее количеству компонентов в растворе;
Каждый из этих сенсоров настраивается на один компонент;
Точность измерения в пределах 0.5 миллиграмма на литр;
Так как проводимость воды и водных растворов во многом определяет их качество, то следующим расширением стало внедрение технологии в процесс контроля проводимости воды и водных растворов.
- Контроль проводимости воды и водных растворов.
Контроль проводимости аналогичен контролю уровня кислотности;
Точность измерения для успешного внедрения, достаточна в пределах 1 микросименс;
Логическим продолжением процесса внедрения стали методы и приёмы комплексного комбинированного контроля качества жидкостей и водных растворов.
- Комплексный комбинированный контроль качества жидкостей и водных растворов.
Для комплексного контроля предлагается два метода.
Первый метод контроля предусматривает использование только одного сенсора, который даёт индикацию комплексного параметра качества воды или жидкости;
Второй метод предусматривает установку такого количества сенсоров, которое соответствует количеству параметров или материалов контроля и каждый из которых контролирует состояние только одного материала или его концентрацию;
Успех третьего этапа распространения технологии определил стратегию дальнейшего распространения в области контроля концентрации тяжёлых металлов в жидкостях и водных растворах.
4. Контроль концентрации тяжёлых металлов в жидкостях и водных растворах.
Контроль может осуществляться в общем виде; в этом случае сенсор даёт индикацию о наличии всех металлов в воде или водном растворе;
Контроль может осуществляться селективно, в этом случае в интегральный сенсорный модуль должны входить сенсоры настроенные на контроль концентрации каждого металла в отдельности.
В сенсорный модуль могут входить сенсоры для комплексного контроля состояния и качества воды или водного раствора, включающие контроль всех качественных параметров воды или водного раствора одновременно;
Так как в настоящее время во многих процессах применяется органика как составляющий компонент водных технологических растворов, то логическим продолжением процесса распространения технологии бесконтактных измерений стало продолжение внедрения в области контроля уровня или концентраций органики в водных технологических растворах.
5. Контроль уровня или концентраций органики в водных растворах.
Контроль концентраций органики может быть общим, пример общая концентрация всех органических материалов и соединений в воде или в водном растворе;
Контроль концентраций органики может быть селективным, и в таком случае в интегральный сенсорный модуль должны входить селективные сенсоры, настроенные на каждый органический компонент;
Методика контроля биологических компонентов в воде или водном растворе, благодаря полному отсутствию контакта при измерении, позволяет исключить искажение результата;
Несмотря на то, что для контроля температуры имеется достаточно приборов и технологий, — именно бесконтактный метод контроля позволяет иметь в любой по сложности технологической производственной линии систему активного контроля температуры, что самое главное не требующую ввода сенсора для контроля температуры внутрь, например электрохимического реактора или другого не менее сложного химического реактора.
6. Контроль температуры водных растворов.
Контроль температуры водных растворов аналогичен контролю проводимости.
Для использования воды и водных растворов в новейших производственных процессах и особенно в производственных линиях фотолитографии, в том числе и на кремниевых пластинах параметр диэлектрической проницаемости исключительно важен, особенно для автоматического мониторинга качества процессов, поэтому дальнейшее распространение эта группа технологий получила в системах и методике контроля уровня диэлектрической проницаемости воды и водных растворов.
7. Контроль уровня диэлектрической проницаемости воды и водных растворов.
Контроль уровня диэлектрической проницаемости аналогичен контролю уровня или концентрации органики в воде или водных растворах.
Все варианты контроля осуществляются селективно подобранными сенсорами или группами сенсоров, которые устанавливаются на наружном диаметре трубопровода или которые поставляются с участком трубопровода, встраиваемым в существующий трубопровод.
В процессе выполнения проектов, должно будет разработано программное обеспечение, позволяющее идентифицировать сигналы сенсоров для интерпретации концентрации подконтрольного параметра в воде или водном растворе;
В процессе выполнения проекта должен будет разработан размерный ряд сенсоров для установки на трубах в интервале диаметров от 10 до 120 миллиметров;
В процессе выполнения проекта должна будет оптимизирована технология производства сенсоров, которая позволит установить приемлемый уровень цены на системы комплексного контроля качества воды и водных растворов в сельском хозяйстве;
Дальнейшее развитие конструкции сенсоров и методик контроля позволило говорить о создании аппликаций специального прибора для бесконтактного контроля соответствия питьевой воды требованиям экологических стандартов и стандартов здравоохранения.
8. Аппликации прибора для бесконтактного контроля соответствия питьевой воды требованиям стандартов.
Прибор имеет два основных исполнения; первое исполнение, — для установки непосредственно на трубопроводе перед краном, в пределах жилых помещений; второе исполнение, — переносное, предназначенное для отбора из крана пробы воды в отрезок трубопровода, на котором установлен сенсор;
Оба исполнения продукта имеют лаконичный дизайн, изготовлены из пластика, как правило поливинилхлорида, компактны и просты в использовании;
Принцип работы для обоих исполнений прибора основан на сравнении эталонных сигналов резонансного сенсора с сигналом, полученным от пробного измерения; эталонный сигнал получен на полностью соответствующей требованиям стандартов воде; сенсор приборов фиксирует малейшие отклонения от эталонного сигнала; порог чувствительности составляет для металлов 0.000000005 грамма; для радиоактивных изотопов,- 0.000000000001 грамма; для солей жёсткости и силикатов, — 0.000001 грамма; для органических кислот и соединений, включая фенолы и следы поверхностно активных веществ, моющих средств и минеральных удобрений, — 0.0000001 грамма; все указанные концентрации в рассчёте на один литр воды;
Прибор не разделяет и не фиксирует селективно каждый компонент загрязнений или примесей, но благодаря своей чувствительности, определяет 50 % порог опасных для здоровья концентраций загрязнений в питьевой воде; такая высокая точность бытового прибора, позволяет постоянно контролировать качество воды, используемой в бытовых целях и ещё до достижения концентрации загрязнений опасного уровня, принять меры по устранению загрязнений;
Стандарты здравоохранения большинства развитых стран рекомендуют постоянный мониторинг качества воды, и реализация этого требования наталкивается на отсутствие на рынке надёжного, простого в использовании и точного прибора, цена которого позволит его массовое приобретение и использование;
Предлагаемые исполнения прибора полностью соответствуют требованиям стандартов, как по безопасности применяемых материалов, так и по эффекту применения;
Оба исполнения прибора технологичны в изготовлении, не требуют при изготовлении применения каких- либо специальных технологий и могут изготавливаться практически в условиях небольших предприятий, при оптимальном уровне цены;
Это позволяет районирование при изготовлении прибора, — то есть сборку в местах реализации, что снижает транспортные расходы и позволяет вести реализацию с колёс, что исключает издержки на содержание складов;
Вышеизложенное показывает, что внедрение так называемых умных элементов производственных технологий в одном месте и в одной группе технологий немедленно провоцирует их потребность в другом месте и в другой группе технологий.
Для продолжения иллюстрирования этого явления, предлагается пример применения инновационной умной технологии скоростной металлизации — как базовой технологии обессоливания морской воды, вместо общепринятой технологии с применением мембран обратного осмоса.
.
Рис. 1.
Блок схема модуля для обессоливания морской воды с использованием метода скоростного электроосаждения соли на подвижный проницаемый катод, изготовленный из композитной, углерод-углеродной ткани.
Как видно из трёхмерной модели модуля для обессоливания морской воды, вода подаётся на три вращающихся анода через которые она подаётся на подвижный катод, изготовленный из углерод-углеродной ткани.
Модуль осуществляет полный цикл скоростного электроосаждения соли из морской воды (природного электролита) на катод-конвейер.
При подходе ленты конвейера к барабанам, соль падает с катода в сборник соли.
В этой технологии решается один из важных проблемных вопросов обессоливания при помощи обратного осмоса, когда обратно в море сбрасывается вода с очень высокой концентрацией соли, извлечённой из обессоленной воды.
Кроме того, такая технология позволяет в отличие от мембранной технологии обратного осмоса построить эффективную и автономную установку-модуль обессоливания с производительностью, например в всего 50 кубических метра обессоленной воды в час.
Рис. 2.
На рисунке представлена модель модуля для обессоливания морской воды с применением метода скоростного электроосаждения и полной утилизацией содержащейся в морской воде соли в сухом виде.
Как было сказано выше, применение инновационной технологии скоростных электролитических покрытий (характерных для производственных автоматических линий и гибких автоматических производственных модулей в микроэлектронике) позволяет получить новую группу инновационных изделий в новом для рынка масштабном и размерном факторе, что в принципе подтверждает правоту тезиса о желательности повсевместного внедрения принципов построения производственных систем по методам Новой умной производственной технологии.
Рассмотрим, для иллюстрации, цепочку действий в развитии технологии производства воды из воздуха для придания ей характерных особенностей, присущих NEW SMART MANUFACTURING TECHNOLOGIES.
Рис. 3.
На рисунке представлена трёхмерная модель инновационного модуля дизель генератора, содержащего несколько инновационных компонентов, создающих абсолютно новые условия и результаты эксплуатации в производственных линиях получения воды при её конденсации из воздуха.
Модуль дизель — генератора также приспособлен к использованию системы автоматической эмульсификации и онлайн-гомогенизации топлива, что в представленном сочетании позволяет дополнительно получить несколько важных результатов, — таких как — снижение уровня окислов азота в выхлопных газах; Снижение расхода топлива; повышение величины крутящего момента; Повышение уровня вибрационной стабильности агрегата и снижение уровня аэродинамического шума.
Рис. 4.
На рисунке представлена трёхмерная модель дизель генератора в которой интегрированы ряд отмеченных выше эффективных инновационных технологий, в том числе планарный генератор и роторный усилитель электромагнитных импульсов.
Дизельный двигатель такого модуля приспособлен для работы с эмульсифицированным топливом, причём эмульсия формируется с добавлением воды, полученной в установке, энергию к которой производит и поставляет этот модуль.
Новизна этого комплексного технического решения имеет несколько конструктивных и компоновочных аспектов.
Свойства так называемой умной технологии придают этому решению сочетания совершенно разноплановых инновационных элементов, новизна которых выражается в применении целого ряда изобретений каждое из которых в отдельности и все в совокупности формируют пакет инновационных преимуществ перед традиционными технологиями.
Например применение роторного усилителя крутящих моментов, работающего по принципу Отто в сочетании с планарным генератором, обеспечивающим эффективность даже при небольшой частоте вращения, позволяют как минимум на 10 % увеличить производимую мощность, а применение топливной эмульсии для дизельного двигателя позволяет существенно снизить токсичность выхлопных газов и при этом снизить расход топлива также на, как минимум — 10 %.
В развитие этой системы возможно использовать подачу в устройство эмульсификации дополнительного воздуха и трансформировать обычную несжимаемую эмульсию в сжимаемую эмульсию, что даёт дополнительную экономию топлива при существенном снижении концентрации окислов азота в выхлопных газах.
Рис. 5.
На рисунке представлена трёхмерная модель промышленной модульной установки для производства воды, методом конденсации из воздуха.
.
Рис. 6.
На рисунке представлена промышленная модульная установка для производства воды, методом конденсации из воздуха, вид в плане.
Представленная установка должна применять универсальные дизель-генераторы, принцип действия которых и описание преимуществ при использовании представлен выше.
Как видно из моделей системы, применение так называемых умных производственных технологий позволяет получить возможности для построения, например, промышленной системы для производства воды из воздуха с минимальными удельными затратами энергии и с минимальным вредом для окружающей среды.
Такая система, благодаря возможности сквозного компьютерного моделирования, может иметь оптимальные используемые параметры технической характеристики и при необходимости, опять же оптимально привязывать используемые параметры технической характеристики к существующим внешним факторам, таким как атмосферное давление в месте установки системы, влажность воздуха в месте установки системы, температура воздуха в зоне расположения системы и т. п.
В перечень моделируемых параметров и сочетаний объектов моделирования могут войти ещё многие параметры и показатели технических характеристик компонентов системы.
Кроме основных рабочих параметров системы моделирование может дать возможность предельно точно составить реальные планы и графики планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания, замены сменных частей и механизмов, а также графики контроля качества производимой воды.
Рис. 7.
На рисунке представлена новая компоновочная возможность для вертикального агрегатирования и существенного сокращения производственной площади, необходимой для установки этого комплектного оборудования, входящего в производственный комплекс производства воды и имеющий резервы для поставок излишков электроэнергии другим потребителям.
Рис. 8.
На рисунке показана структура двухуровневой системы для производства воды из воздуха с обозначением входящих компонентов.
В заключение всего вышеизложенного можно и необходимо отметить факт положительного влияния Новых умных производственных технологий на комплексное развитие практически любых производственных систем и аппаратов, а также их развитых при помощи вертикальной и горизонтальной интеграции сочетаний и соединений.
Литература:
Приложение 1
|
United States Patent Application |
20100224497 |
|
Kind Code |
A1 |
|
September 9, 2010 |
.
DEVICE AND METHOD FOR THE EXTRACTION OF METALS FROM LIQUIDS.
Abstract.
A volume-porous electrode is provided which increases effectiveness and production of electrochemical processes. The electrode is formed of a carbon, graphitic cotton wool, or from carbon composites configured to permit fluid flow through a volume of the electrode in three orthogonal directions. The electrode conducts an electrical charge directly from a power source, and also includes a conductive band connected to a surface of the electrode volume, whereby a high charge density is applied uniformly across the electrode volume. Apparatus and methods which employ the volume-porous electrode are disclosed for removal of metals from liquid solutions using electroextraction and electro-coagulation techniques, and for electrochemical modification of the pH level of a liquid.
Приложение 2
|
United States Patent |
6,188,151 |
|
February 13, 2001 |
.
Magnet assembly with reciprocating core member and associated method of operation.
Abstract.
An electromagnetic assembly includes a casing, a solenoid disposed inside the casing, a stationary magnetic core, and a movable magnetic core. The stationary magnetic core is disposed at least partially inside the solenoid and is fixed relative to the solenoid and the casing, while the movable magnetic core is disposed for reciprocation partially inside the solenoid along an axis. The stationary magnetic core, the movable magnetic core, the solenoid, and the casing have rectangular or square cross-sections in planes oriented essentially perpendicularly to the axis.
Приложение 3
|
United States Patent |
9,951,685 |
|
April 24, 2018 |
.
Rotary valve internal combustion engine.
Abstract.
A rotary valve internal combustion engine has a piston (1) connected to a crankshaft (3) and reciprocatable in a cylinder (2), a combustion chamber 4 being defined in part by the piston. The engine has a rotary valve (5) rotatable with a close sliding fit in a valve housing (8) fixed relative to the cylinder (2), the rotary valve having a valve body containing a volume (9) defining, in part, the combustion chamber 4 and further having in a wall part (11) thereof a port (1)2 giving, during rotation of the valve, fluid communication successively to and from the combustion chamber via inlet and exhaust ports (13), (14) in the valve housing. The rotary valve and the valve housing are both formed of aluminum.
Приложение 4
|
United States Patent |
9,926,842 |
|
March 27, 2018 |
.
Rotary internal combustion engine with exhaust purge.
Abstract.
In one aspect, described is a rotary engine having a purge port located rearwardly of the inlet port and forwardly of the exhaust port along a direction of the revolutions of the rotor, the purge port being in communication with the exhaust port through each of the chambers along a respective portion of each revolution, and the inlet and outlet ports being relatively located such that a volumetric compression ratio of the engine is lower than a volumetric expansion ratio of the engine.
Приложение 5
|
United States Patent |
9,915,329 |
|
March 13, 2018 |
.
Power transmission device and lock-up device for torque converter.
Abstract.
The power transmission device transmits power from an engine to a transmission and includes an input-side rotary member, an output-side rotary member, a first elastic member, a float member and a damper device. The input-side rotary member receives the power inputted thereto from the engine. The output-side rotary member outputs the power to the transmission. The first elastic member couples the input-side rotary member and the output-side rotary member to enable relative rotation therebetween. The float member is rotatable relative to the input-side rotary member, the output-side rotary member and the first elastic member and is configured to slide against the first elastic member when rotated. The damper device is mounted to the float member and includes an inertia member that is rotatable relative to the float member.
Приложение 6
|
United States Patent |
9,945,288 |
|
Naruoka, et al. |
April 17, 2018 |
Rotary unit of supercharger for engine and balance adjustment method thereof.
Abstract.
A rotary unit is rotatably accommodated within a supercharger casing of a supercharger for pressurizing an intake air of an engine. The rotary unit includes a supercharger rotary shaft, an impeller fixed to a tip end portion of the supercharger rotary shaft, a rotating component rotatable together with the supercharger rotary shaft independently of the impeller, and a nut member for pressing the impeller and the rotating component in a direction axially of the supercharger rotary shaft to thereby fix them to the supercharger rotary shaft. The nut member is formed with an adjustment portion for the rotational balance adjustment.
Приложение 7
|
United States Patent |
9,932,939 |
|
April 3, 2018 |
.
Dedicated exhaust gas recirculation system.
Abstract.
A dedicated exhaust gas recirculation («D-EGR») system of an internal combustion engine can include an exhaust recirculation passage, and a rotary valve. The recirculation passage can be coupled for fluid communication with an outlet of a D-EGR combustion chamber. The rotary valve can have a housing and a rotor. The housing can have a valve inlet coupled to the recirculation passage to receive exhaust gases from the recirculation passage, and a valve outlet coupled to an intake passage of the ICE to deliver exhaust gases from the rotary valve to the intake passage. The rotor can be disposed within the housing and rotatable relative to the housing. The rotor and housing can define a plurality of valve chambers.
