КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

Эту задачу поставили передо мной ученые-химики, которые открыли свое предприятие и... оказались на грани разорения.

 

Предыстория

 – Бабуля, чего же блинов не напекла?

– Так газ кончился...

– Так ведь полный баллон рядом!

– Вот ты мне его и поставь со своим другом. Мне-то не под силу...

 

В сельскую местность газ для газовых плит доставляют в тяжелых стальных баллонах под давлением 150 атмосфер. Для замены баллона нужны, как минимум, два грузчика. А замена – каждый месяц! Стоимость замены – бутылка «Московской». Накладно. Все было бы куда проще и дешевле, будь баллон легким...

Группа ученых-химиков, используя свои знания, решила эту проблему: создали легкий баллон из стекловолокна. Весит такой баллон в четыре раза меньше своего стального собрата, стоит дешевле, не ржавеет, не требует окраски, не боится ударов и агрессивных сред. Такие баллоны отлично подойдут и для аквалангов, и для автомобилей, работающих на газе, – спрос на них обеспечен.

Ученые взяли банковскую ссуду, арендовали помещение, закупили нужное оборудование и материалы и начали выпускать баллоны.

И очень скоро оказались на грани разорения.

 

В ЧЕМ БЫЛА ПРОБЛЕМА?

 

Стекловолоконный баллон изготавливали из отрезка полиэтиленовой трубы большого диаметра. Торцы отрезка закрывали тонкими стальными колпаками, в один из которых вварен вентиль. Собранную конструкцию на специальном станке обматывали по сложной переплетающейся траектории многослойной стеклянной нитью, пропитанной двухкомпонентным клеем. После  схватывания клея получался прочный баллон, рассчитанный на рабочее давление 150 атмосфер (см. рис. 1).

 

 

Низкая себестоимость этих баллонов обеспечивалась дешевым сырьем: полиэтиленовые трубы, стеклонить, стальные колпаки закупали из отходов или брака основного производства. Поэтому стеклонить, представляющая собой намотанный на бобины жгут из сотен тончайших стеклянных волосков, уже заведомо имела внутренние разрывы; полиэтиленовые трубы были разной толщины, с микротрещинами и т. д.

Ученые организовали следующий технологический процесс (см. рис. 2).

 

 

Стеклонить сматывается с бобины и окунается в ванну, наполненную готовым к работе (то есть смешанными в необходимой пропорции наполнителем и отвердителем) клеем. Нить направляется полиэтиленовыми роликами через ванну и пропитывается клеем. Пропитка идет медленно, так как густой клей плохо проникает внутрь нити, поэтому скорость перемещения нити низкая, а длина ванны большая (около десяти метров). Поэтому в ванну приходится заливать единовременно несколько литров клея.

После пропитки нить протягивается через победитовую фильеру (диск с калиброванным отверстием), и излишки клея стекают обратно в ванну. Далее пропитанная стеклонить на специальном станке наматывается на отрезок полиэтиленовой трубы с вделанными в нее стальными колпаками, образуя своеобразный кокон (см. рис. 3). После схватывания клея баллон испытывают контрольным гидравлическим давлением, маркируют и отправляют на склад готовой продукции.

 

 

Реальная обстановка на малом предприятии, выпускающем стеклобаллоны, была критической. С одной стороны, огромный перерасход материалов: клея, роликов, фильер, ванн, а с другой стороны – очень скромный полезный выход: всего несколько готовых баллонов за смену вместо планируемых 20–30.

Основная проблема в том, что клей при комнатной температуре «схватывается» через 3 часа.

Но фактически уже после двух часов работы клей начинал густеть, ролики переставали вращаться, отверстие в фильере забивалось, и стеклонить начинала беспрерывно рваться! На заправку обрывов нити уходила масса сил и времени, и за один цикл изготавливали всего 1–2 баллона вместо возможных трех–четырех.

Затем ванну с застывшим клеем вместе с роликами и фильерой выбрасывали и заменяли новыми – цикл начинался сначала…

 

ЧТО ДЕЛАТЬ?

 

Ученые задумались: как поднять эффективность процесса пропитки нити? И предложили ряд решений.

1. Если клей в ванне нагреть до 100°С, то он станет жидким и стеклонить пропитается быстро: за 1 час можно изготовить теоретически десяток баллонов. Но оказывается, уже через 15–20 минут такой клей начнет «схватываться»…

2. Если ванну сделать очень длинной (не 10 метров, а, например, 100), то скорость нити можно повысить в десять раз! Но для заполнения такой ванны нужно в десять раз больше клея! А через три часа и ванна, и клей все равно будут выброшены на свалку…

3. Если покупать бобины с качественной дорогой стеклонитью, то время на «аварийную перезаправку» нити резко уменьшится, но повысится себестоимость продукции…

4. Если применять другой – очень жидкий, но дорогой клей, то процесс пропитки ускорится, но себестоимость тоже повысится…

И т. д., и т. п., прямо как в пословице: «Куда ни кинь – всюду клин!»

А если на все эти «неразрешимые» проблемы махнуть рукой и закрыть нерентабельное предприятие, банк напомнит, что ссуду нужно возвращать...

И тогда ученые обратились ко мне за помощью.

 

КАК РЕШИЛИ ПРОБЛЕМУ?

 

Весь процесс решения этой проблемы в данной статье я не привожу, покажу только готовые решения.

Задача: обеспечить непрерывность процесса пропитки нити.

Представим себе идеальный конечный результат.

Чтобы процесс пропитки нити был непрерывным, нужно, чтобы клей никогда не схватывался в ванне, а застывал только в готовой, уже намотанной на баллон нити. Возможно ли такое?

Возможно. Если двухкомпонентный клей готовить непосредственно перед пропиткой нити и весь этот клей немедленно вводить в движущуюся нить. Тогда клей будет перемещаться с нитью на обматываемый баллон – а там уж пускай схватывается!

Поставим малогабаритный стандартный дозатор, используемый в фармакологии, химических лабораториях, который будет отмерять нужное количество компонентов клея и периодически вводить их в камеру для пропитки нити.

Но ведь наполнитель и отвердитель нужно тщательно перемешать перед пропиткой.

Используем для перемешивания ресурс, который уже есть в системе, – бесплатную энергию движения нити. Если компоненты залить сверху в узкую трубочку, в которой внутри нарезана винтовая нарезка, а сверху вниз в трубочке будет двигаться стеклонить, то компоненты будут увлекаться нитью, вращаться, перемешиваться. Для ускорения перемешивания снаружи к трубочке можно приложить дешевый ультразвуковой пьезовибратор.

Выходит, отпала необходимость в периодической замене ванны и четырех роликов, фильеры с «окаменевшим» клеем. Прекратился  огромный перерасход клея – все 100% клея идут на пропитку нити. Прекратились обрывы нити из-за схватывающегося клея!

Задача: увеличить скорость пропитки.

Напомним проблему и сформулируем ее в виде противоречия: «Клей должен быть горячим, чтобы быстро пропитывать нить, и клей должен быть холодным, чтобы долго не схватываться». Такая формулировка ФП дала подсказку: вместо того чтобы подогревать весь клей до 100°С для его разжижения и лучшей пропитки нити, будем нагревать саму нить перед входом ее в трубочку с клеем. Горячая нить сама разогреет клей в нужном месте и в нужное время, сама себя быстро пропитает жидким клеем. Клей вне нити нагреваться и быстро схватываться не будет. А то, что горячий клей схватится через несколько минут, уже не страшно, ведь нить к этому времени будет намотана на баллон.

А чтобы еще ускорить пропитку нити, ее можно расплести на отдельные волоски, например, пропуская между сжатыми роликами. Для лучшего расплетения можно поставить последовательно несколько пар роликов. Тогда пропитка будет почти мгновенной. А после пропитки нить скрутится обратно сама, выдавливая из себя излишки клея.

(Замечу в скобках, что можно еще более ускорить пропитку нити клеем, если откачать из середины нити воздух, или подавать клей под давлением, или применить ультразвуковой эффект и т. д. Просто это заказчику уже не понадобилось...)

Задача: устранить обрывы нити.

Поскольку нить от застывающего клея уже не рвется, осталось устранить обрывы нити в нестандартных бобинах.

Я предложил использовать готовое решение: прос тейший автомат для соединения нити, применяемый в текстильной промышленности. Можно установить такой автомат перед началом пропитки нити или все бобины перемотать заранее.

Задача: устранить технологические остановки оборудования.

Чтобы процесс скоростной навивки баллонов не прерывался, в станок для намотки установили сразу два баллона: один наматывается, заготовка второго ожидает намотки.

В итоге объединения всех полученных решений в одну конструкцию получилась схема производства (см. рис. 4).

 

 

 

ЧТО В РЕЗУЛЬТАТЕ?

 

Производительность установки увеличилась в 80 раз – вместо 1–3 баллонов в смену стали выпускать 160–180 баллонов.

Повысилась рентабельность производства: исчезли расходы на замену ванн, фильер, роликов, расход клея стал минимальным.

Процесс навивки баллонов стал непрерывным и полностью автоматизированным, исключающим контакт человека с токсичным клеем.

В результате изменения технологии предприятие быстро вышло из экономического кризиса и начало расширяться. А селяне получили дешевые, легкие и надежные баллоны для газа.

Будем с блинами!