На простом примере я попытался показать, что системный подход можно использовать для оптимизации технологических процессов, а не только оборудования.
До сих пор мы рассматривали, в основном, вопросы о совершенствовании тех или иных конструкций оборудования. Но, ведь, ни одну творческую задачу невозможно решить, только совершенствуя оборудования. Системный подход всегда занимается не оборудованием, а техникой - единством оборудования и технологии. Между ними есть очень сильная прямая и обратная связь, влияние (в технике, это называют интерэктностью). Ее наличие приводит к тому, что при одновременном совершенствовании оборудования и технологии с учетом взаимного влияния суммарный эффект оказывается значительно выше, чем отдельно от каждой составляющей (это называют эмерджентностью, иногда синергетическим эффектом). Вот теперь мы вооружены пониманием важности оптимизации не только оборудования, но и технологии процессов, которые происходят в этом оборудовании, и можем перейти к рассмотрению средств и методов решения технологических проблем.
Как всегда, я предлагаю обратиться к какому – нибудь всем знакомому и, вроде, понятному процессу. Давайте рассмотрим технологию обычной стирки. В Википедии читаем, что “это физико-химический процесс очистки текстильных изделий (одежда,постельное бельё,занавески и т. д.), использующийводные растворы детергентов:поверхностно-активных веществ(ПАВ), энзимов, пигментов, отбеливателей и т. д. Основное назначение стирки: удаление различных загрязнений”. Сразу хочется отметить неполноту этой формулировки. Скажите, а когда не так давно женщины колотили белье на речке или в проруби специальной колотушкой и не использовали никаких детергентов, они, что, не стирали и не удаляли различные загрязнения? А когда студенты, солдаты, командировочные используют всякие ультразвуковые приборчики (это сейчас, а несколько десятков лет назад использовали мембранные устройства, работающие с частотой 50 гц) для стирки в любой емкости и опять же, очень часто без мыла, это разве не стирка? Давайте попробуем, опираясь на предложенный в предыдущих сообщениях алгоритм, провести оптимизацию процесса стирки и совместно сделать “изобретение века”, которое не только изменит наше представление о стирке, но и произведет, если удастся, серьезный переворот в технологии и оборудовании, т.е. технике стирки.
Вы, если читаете не первое сообщение из этой серии статей, уже научились делать декомпозицию системы, выполнять ее анализ, определять лимитирующий уровень. Доверяю вам сделать это в этот раз самостоятельно. Возьмем быка за рога и начнем сразу с четвертого шага алгоритма. Чаще всего при стирке мы используем ту технологию, которая описана в Википедии. По этой технологии очень важно обеспечить в объеме стирального агрегата два эффекта. Первый - наложение колебаний (вспомните удары колотушкой по белью на речке, ультразвуковые или низкочастотные колебания, создаваемые специальными бытовыми генераторами, наконец, вращение активатора в старых стиральных машинах или всего барабана – в новых). С колебаниями все понятно, без них никуда. Они обеспечивают диффузию моющего раствора к поверхности ткани, между нитями ткани и внутрь нитей. И, главное, они обеспечивают многократное повторение этого эффекта (удаление моющего раствора и вновь заполнение им). И, чем чаще, повторять эффект обновления (чем чаще и дольше колотить колотушкой по белью, например), тем лучше будет качество стирки. Другое дело, какие колебания (частота, амплитуда) оказываются для этого наиболее эффективными? Я уже писал о принципе соответствия. Надо, чтобы параметры колебаний соответствовали амплитудно - частотным параметрам стираемого объекта на лимитирующем уровне.
Поэтому, когда загрязнена только поверхность ткани, а внутри нитей (в их капиллярах) все в порядке, достаточно низкочастотных колебаний с большой амплитудой. А, если загрязнения проникли внутрь тканей (в капилляры), да еще и как-то привязаны к поверхности внутри капилляров (химическая связь, адсорбция и т.п.), тут без высокочастотных, к примеру, ультразвуковых колебаний не обойдешься. Чтобы облегчить доставку моющей жидкости в капилляры и ее обновление в них, и используют те самые детергенты, о которых написано выше. Итак, с колебаниями все очень просто и понятно. Они нужны, и не просто нужны, а ими нужно управлять, меняя частоту и амплитуду в зависимости от вида загрязнений и их размещения - на поверхности или внутри ткани. Или использовать широкий спектр колебаний, чтобы охватить как можно больше вариантов. Или, наконец, использовать, так называемые, модулированные колебания, например, частотно - модулированные, когда совмещают низкочастотные и высокочастотные колебания. Кстати, такие колебания, как хорошо известно радиотехникам, проникают через любые преграды и долго сохраняются.
А, вот с моющим раствором труднее. Зачем продают так много марок порошков, мыла, моющих жидкостей? Почему так жестока конкурентная борьба именно на рынке поверхностно - активных веществ, почему так много занимаются проблемой фосфатов и их исключения из состава стиральных порошков? Не могу все это рассмотреть в этой статье. Рекомендую эти вопросы проработать самостоятельно. А вот рассмотрим один вопрос, мне кажется, наиболее важный и интересный, это вопрос о пенообразовании и о роли пены в процессе стирки. Когда я спрашиваю у студентов, когда белье лучше выстирано, когда пены много или мало, они всегда отвечают, что лучше, когда много. Большинство из читателей тоже так ответит. И ошибется! Все не так просто. Пена способствует уносу загрязнений за счет флотационных эффектов, создаваемых пузырьками воздуха в пене. Ох уж эти пузырьки! Я всегда восхищаюсь талантом наших умельцев, которые могут приспособить любую технологию, любое оборудование по совершенно неожиданному назначению. К примеру, в рассматриваемом случае часто стиральные машины старого типа с механическим активатором используют при подготовке к свадьбе, где в них очень интенсивно и эффективно получают полупродукт для изготовления самогона, используя эффект пенообразования, загружая в машину (предварительно помыв ее, конечно) сахар, дрожжи и другие необходимые ингредиенты. При этом стиральная машина превращается в современный биореактор. Ладно, вернемся к прямому назначению стиральной машины и роли пены при стирке.
Оказывается, пена пене рознь. В Казани, где я когда-то защищал первую диссертацию, мне очень помог профессор О.В.Маминов. В своей докторской диссертации он классифицировал пену по ее видам и насчитал несколько десятков вариантов пены в зависимости от размера пузырьков газа в ней, толщины прослоек жидкости между пузырьками, плотности пены и, главное, времени ее жизни. Оказалось, что, в зависимости от вида ПАВов, пена может быть короткоживущей и существовать буквально доли секунды, а может в виде пенной шапки торчать, например, в баке стиральной машины часами. В последнем случае такая долгоживущая пена уже один раз взяла на себя загрязнения и больше этим заниматься не хочет. Необходимо ее разрушить, чтобы вновь образовать и заставить ее снова работать. Иначе говоря, нужна быстрообновляющаяся пена, и тогда качество стирки существенно улучшится. Вот почему на дорогих стиральных порошках всегда есть указание о пониженном пенообразовании, часто вызывающее недоумение у покупателя.
Вот теперь с пеной тоже все ясно. Давайте приступим к решению основной задачи – создать самую эффективную, самую интенсивную, самую экономичную технику (технологию + оборудование) стирки. Итак, конкретизируем творческую задачу: 1) для отстирывания любых загрязнений нужно создать в сосуде, где происходит стирка, одновременно и высокочастотные колебания с малой амплитудой и низкочастотные колебания с большой амплитудой, 2) нужно генерировать в этом сосуде короткоживущую, динамичную, легкоподвижную, быстрообновляемую пену. Обе задачи решаемы, если мы выберем из базы данных режимно – технологических методов оптимизации (далее РТ – методы) – ее я обязательно дам позже, если увижу интерес читателей - подходящий метод или методы, учитывающие принцип соответствия, о котором я уже писал.
Решение, как всегда, пришло, якобы, случайно. Вспомнил я, что в душевой любого цеха, на любом заводе почему-то трубы трясутся (низкочастотные колебания), раздается сильный треск (высокочастотные колебания). А не путь ли это к решению задачи оптимизации стирки? В чем причина явлений тряски труб и треска в цеховой душевой. Все просто. Обычно нет у них там горячей воды А есть холодная и пар, которые они смешивают прямо перед душем. При смешивании холодной воды и перегретого пара происходит мгновенная конденсация последнего при уменьшении его объема (нетрудно подсчитать) больше, чем в 900 раз. Происходит мгновенное схлопывание паровых каверн и возникают низкочастотные колебания (тряска труб) от ввода пара и разрыва сплошности жидкости и высокочастотные колебания от быстрой конденсации (схлопывания) паровых пузырей. Вообще, схлопывание пузырей в этом случае в чем-то сродни, вернее противоположно, процессу кавитации, известному многим читателям, и может быть названо антикавитацией.
А теперь, скажите, кто мешает использовать антикавитационные эффекты ввода перегретого пара при стирке? Никто. Вопрос о том, как регулировать параметры колебаний при стирке тоже решается просто – температурой перегрева вводимого в жидкость пара, диаметром отверстия в сопле. Длительность жизни пены можно регулировать, меняя (конечно, в сторону уменьшения) количество вводимого детергента и его марку. Проверьте, поэкспериментируйте. Все у вас получится. Поделитесь опытом с другими, если получится. Чуть не забыл, для генерирования перегретого пара в домашних условиях можно использовать появившиеся не так давно в продаже бытовые парогенераторы для уборки помещений, глажки белья и т.д.
Итак, на этом простом примере я попытался показать, что системный подход можно использовать и для оптимизации технологических процессов, а не только оборудования.
