CÁC HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG TIÊN PHONG TRONG CÔNG NGHỆ POLIME

CÁC HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG TIÊN PHONG TRONG CÔNG NGHỆ POLIME

 

Nghiên cứu Polime là một trong các lĩnh vực được phát triển phổ biến nhất trong công nghệ vật liệu. Nhựa là một vật liệu tương đối "trẻ", và thiết bị đo lường – đã được sử dụng ở đầu giai đoạn phát triển của nó – giúp đánh giá các giá trị đặc tính cơ học của nhựa. Các đặc tính này có ảnh hưởng quan trọng đến quy trình sản xuất của polime.

 Một trong những phương hướng phát triển các thiết bị đo lường cho thị trường sản xuất, là tái tạo lại các hệ thống sản xuất với quy mô nhỏ, đòi hỏi chỉ vài kilogram nguyên liệu cho một hệ thống kiểm tra nguyên liệu hoặc thậm chí một vài gram trong Phòng thí nghiệm "Nghiên cứu & Phát triển", thay vì việc sử dụng đến hàng tấn nguyên liệu như trong sản xuất.

 Tập đoàn Thermo Electron (Mỹ) với chi nhánh HAAKE ở Đức của mình đã là một trong những nhà sản xuất đầu tiên cung cấp các máy đo lưu biến mô men xoắn thương mại cho các mục đích liên quan đến quy trình sản xuất, như là các công đoạn phối trộn & đùn.

 Thiết bị đã trải nghiệm qua cùng giai đoạn phát triển nhanh như các thiết bị khác, và ngày nay chúng đại diện cho các thiết bị đo lường kỹ thuật số hiện đại với các hệ thống kiểm soát vi tính tinh vi.

 Các chiều hướng cho kỹ thuật đo lường polime như thế nào?

 Khách hàng thổ lộ cùng các nhân viên của hãng rằng công việc mà họ được yêu cầu thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu từ các nhà máy hay phòng thí nghiệm hiện nay là đảm bảo chất lượng, thông tin kiểm soát cần tập trung vào công đoạn có ý nghĩa quyết định cao, trong khi vẫn giữ được chi phí sản xuất thấp. Vì vậy, rất hợp lý khi họ tập trung vào các mục tiêu:

o        Gia tăng số thông tin đóng góp cải tiến sản xuất có chất lượng cao.

o        Cung cấp thông tin đáng tin cậy theo một cách đầy ý nghĩa, súc tích.

o        Cung cấp dữ liệu cho việc tối ưu hóa quy trình.

o        Nghiên cứu phương hướng giúp thu hồi vốn đầu tư nhanh hơn.

Cùng với các điểm chính yếu trên, các nhân tố 'phụ' như là sự thỏa mãn công việc và cảm giác được ở trong môi trường làm việc tốt cũng đóng góp vào thành công trong việc đáp ứng các mục tiêu được yêu cầu thực hiện. Các thiết bị đo được làm từ các vật liệu chất lượng cao, với thiết kế đẹp sẽ giúp cho thiết bị và phạm vi các tính năng rộng lớn của nó được sử dụng nhanh & hiệu quả. 

Hãng Thermo Electron đã lưu ý đến điều này khi phát triển máy đo lưu biến mô men xoắn mới HAAKE PolyLab OS (Open System), đưa vào sản phẩm của hãng các tiện ích cho người sử dụng, nhằm tạo cho họ sự hài lòng khi sử dụng thiết bị.

 

                            

Hình 1: Hệ PolyLab OS dùng cho ứng dụng nghiên cứu về đùn (extruder)

 

 

Hình 2: Hệ PolyLab OS dùng cho ứng dụng nghiên cứu về trộn (mixer)

 

 

                                                                               

Thu hồi vốn đầu tư nhanh là yếu tố then chốt khi quyết định mua thiết bị mới. Hệ HAAKE PolyLab OS đã được phát triển để cung cấp cho người sử dụng thiết bị đo đạc với các lợi ích tức thời trong lĩnh vực: Nghiên cứu & Phát triển, Các hệ sản xuất thử và Sản xuất thực.

 Ví dụ: Hệ HAAKE PolyLab OS mới này có thể được sử dụng theo dõi các việc đo phối trộn, và thực hiện các thí nghiệm đùn trên vật liệu polime, hỗn hợp ceramic và các mẫu cao su, nhưng với chi phí & công sức ít hơn so với trong quá khứ.

 Sau khi nạp liệu cho các thiết bị trộn hoặc đùn và ra lệnh thực hiện chuỗi kiểm tra, người sử dụng có thể rời khỏi vị trí máy đi làm các công việc khác. Hiện trạng của một thí nghiệm có thể được xem xét ở bất kỳ thời điểm nào bằng việc sử dụng hộp danh sách web (web browser) hoặc trình hỗ trợ số cá nhân (PDA: Personal Digital Assistant), bất kể người sử dụng đang ở đâu. Kết quả là nhiều công việc thí nghiệm có thể được thực hiện trong cùng khoảng thời gian. Cả chuỗi các thí nghiệm được định rõ và thực hiện từng bước một theo chương trình cài đặt (công việc đo). Cảnh báo lỗi, chuông báo hoặc tin nhắn nhằm thu hút sự chú ý của nhân viên phòng thí nghiệm được thể hiện trên tất cả các màn hình (PC, PDA or browser).

 Một khối lượng lớn dữ liệu đo đạc có thể được chuẩn bị, xử lý và lưu trữ hợp lý như thế nào?

 Đối với các công ty dược, dữ liệu đo vết hoàn chỉnh là yêu cầu chuẩn cho việc đầu tư mới. Các quy định tương tự cũng đang được lên kế hoạch cho các ngành công nghiệp khác, như là phát triển cho Thực phẩm và Mỹ phẩm. Các nguyên tắc, điều lệ trong công nghiệp dược phẩm với chủ định tránh việc đưa ra dữ liệu không được kiểm soát, thay cho phép kiểm tra với các kết quả xác thực.

 Hệ HAAKE PolyLab OS cho phép kiểm soát dữ liệu máy song song với việc thu thập dữ liệu bằng việc sử dụng phần mềm ứng dụng, cho phép các kết quả – ở định dạng mẫu – tương thích với dữ liệu đo ở bất kỳ khoảng thời gian định trước nào.

 Phần mềm ứng dụng quản lý hệ thống dữ liệu đặc biệt đảm bảo các công việc đánh giá khác nhau (tiêu chuẩn hoặc riêng biệt), cho việc xử lý đồ họa dữ liệu đo nhanh, sử dụng các giá trị đặc tính của mẫu đo. Các giá trị này chỉ cần được định rõ một lần, sau đó có thể gọi lại bằng cách ấn 1 phím trong chuỗi thứ tự kiểm tra. Mục tiêu là việc đo tự động thông qua phần mềm, dữ liệu dễ hiểu như là một bản sao dự phòng an toàn & việc đánh giá theo các phương pháp đã được minh chứng. Các kết quả kiểm tra nhanh với việc nhấn 1 phím trong định dạng dễ hiểu.

Các yêu cầu tương tự có ứng dụng trong nghiên cứu?

 Trao đổi thông tin chuyên sâu với khách hàng đã chỉ ra rằng việc mất dữ liệu thì không thể chấp nhận đối với bất cứ nhà khoa học nào, cũng như việc tạo ra các chi phí không cần thiết cho công ty cần được làm giảm thiểu. Mặc dù quá trình định rõ các giá trị là một việc đáng chú ý, sự bổ sung cũng là một yếu tố quan trọng nữa trong công việc.

 Tuy nhiên, đối với những người mong muốn thực hiện việc nghiên cứu mang tính đổi mới, các điều khoản trên vẫn không đủ. Trong công tác nghiên cứu, các thiết bị đo được sử dụng riêng biệt cho các dự án cụ thể và sau một tuần, chúng sẽ được cài đặt lại và sử dụng cho các mục đích khác. Do vậy, các thiết bị đo đơn giản, với tính năng chỉ đáp ứng được một vài ứng dụng riêng biệt, có thể không sử dụng được trong một môi trường năng động.

 Hệ HAAKE PolyLab OS được phân loại bởi một mức độ điều chỉnh cao và tuân theo nguyên lý "cắm & đo" – có thể phỏng theo các đòi hỏi của một ứng dụng đặc biệt. Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của giao diện đã được chuẩn hóa "CAN Open Bus" cho việc giao tiếp nội bộ và giao diện USB cho việc kết nối với một máy vi tính bên ngoài.

 Nhưng các đòi hỏi nghiên cứu chuyên sâu thậm chí còn nhiều hơn. Chẳng hạn, một trong những đối tác của hãng đã chỉ ra rằng họ phải tích hợp bổ sung các đầu dò và phát triển nhóm tích hợp mới này vào quy trình cài đặt kiểm tra, để có thể chuyển đổi sự phát triển dự án của mình từ quy mô phòng thí nghiệm sang hệ thống sản xuất thử.

 Giao diện đã được chuẩn hóa "CAN Open Bus" trong khái niệm thiết bị HAAKE PolyLab OS mới cho phép người sử dụng tích hợp các đầu dò theo sự lựa chọn của mình, ví dụ: cho việc xác định suất dẫn của polime tan chảy trong quá trình pha trộn, hoặc kiểm soát nồng độ phụ gia theo nghĩa quang phổ học.

Hình 3: Đầu dò quang phổ kế ở miệng máy đùn

(Được đăng tải với sự đồng ý của Viện Kỹ Thuật Hóa Học Fraunhofer ở Pfinztal, Berghausen)

 Nếu các đầu dò bổ sung không có giao diện "CAN Open Bus" được gắn vào hệ HAAKE PolyLab OS, các giao diện phải được hiệu chuẩn riêng rẽ. Điều này lại thành công với đầu dò máy đo lưu biến mới tại Viện Kiểm Tra Vật Liệu Động (IdM) ở Đại Học Ulm, một đầu dò có thể hoạt động độc lập với hệ thống HAAKE PolyLab OS. Sử dụng đầu dò này tại IdM, tạo ra dòng siết trục động với các yếu tố tạo áp, bốn mức tần số đã được ghi nhận trong vài phút, và các kết quả được đánh giá riêng biệt trong mối tương quan với G'G" = f (tần số), phổ hồi phục và sự phân bố kích thước phân tử.

Một viễn cảnh tương tự áp dụng cho việc phát triển đầu dò tương lai với sự quan tâm đến tương lai đảm bảo cho hệ máy của hãng.

 

Đồ thị 1: Đường tổng thể (Master curve) của polystyrene ở 190°C

(với sự đồng ý của BASF, Ludwigshafen về việc sử dụng biểu đồ này)

 Thời gian dừng của máy móc đã được giảm đến mức tối thiểu như thế nào?

 Các dự án nghiên cứu với mục tiêu tìm các phương pháp cải tiến, cho đến các giải pháp và kế hoạch về những chuỗi thí nghiệm mới. Thiết bị được sử dụng cho các ứng dụng nghiên cứu chỉ đơn giản mang ý nghĩa một phần. Thời gian dừng của thiết bị không chỉ gây ra chi phí sửa chữa tốn kém, mà còn làm chậm trễ thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Điều này có thể làm cho công ty mất đi ưu thế cạnh tranh của mình trên thị trường, một vấn đề rất nghiêm trọng.

 Nếu thời gian dừng của máy móc xảy ra, nhu cầu của khách hàng sẽ nảy sinh với nhà cung cấp: Công việc chuẩn đoán lỗi phải được tiến hành từ xa trước (qua email, điện thoại…), nhằm giúp khách hàng quyết định có nên gọi một kỹ sư bảo trì đến nhà máy của mình hay lựa chọn giải pháp bảo trì từ xa (dưới sự hướng dẫn của kỹ sư bảo trì qua điện thoại, email…).

 Việc bảo trì từ xa có thể được thực hiện bằng việc cung cấp cho người sử dụng thông tin chi tiết về sự cố của thiết bị đo. Hệ HAAKE PolyLab OS với tính năng lưu trữ lại tất cả thông tin lỗi cùng với thời gian xảy ra, cho phép gợi lại các sự cố trong quá khứ. Điều này có thể không giúp khắc phục được sự cố tức thời từ xa, nhưng các chuyên gia của hãng có thể thu thập số liệu về thông tin lỗi thông qua các đường dữ liệu bảo mật, và thực hiện (hoặc hướng dẫn) việc sửa chữa cho khách hàng sau đó nếu thấy phù hợp. Hoặc các phụ kiện đã được hiệu chuẩn sẽ được gởi cho khách hàng, khách hàng (hoặc nhân viên bộ phận bảo trì của nhà máy) có thể tự mình thay thế các phụ kiện này, theo sự chỉ dẫn của các chuyên gia hãng, dựa trên nguyên tắc hoạt động "cắm & đo" của thiết bị. Điều này giảm thiểu rủi ro thời gian dừng thực của máy.

 Các đặc trưng chính của máy đo lưu biến mô men xoắn HAAKE PolyLab OS mới có thể được tóm lược như sau:

 Ÿ        Hệ thống mở với giao diện "CAN Open Bus", đảm bảo việc sử dụng trong tương lai và độ an toàn cho việc đầu tư.

Ÿ        Khái niệm thiết bị mở được ghi nhận là cần thiết cho tính cơ động của dự án.

Ÿ        Kết nối các bộ phận nhanh và dễ dàng thông qua giao diện CAN và USB

Ÿ        Tiết kiệm thời gian, chi phí sử dụng nguồn nguyên liệu, phần mềm dễ hiểu.

Ÿ        Kết quả kiểm tra đáng tin cậy, có thể dùng để thẩm tra. Giúp ổn định chất lượng đầu ra trong sản xuất.

Ÿ        Chuẩn đoán sự cố máy từ xa, và dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp nhanh, linh hoạt.

 Các đặc trưng chính này là kết quả của việc trao đổi thông tin chuyên sâu với khách hàng. Xin chân thành cám ơn các góp ý, phê bình mang tính xây dựng, cùng sự hỗ trợ tận tâm của quý khách hàng đối với hãng. Nhờ quá trình làm việc đồng hành cùng khách hàng, hãng có thể cung cấp các giải pháp tiên phong trong công nghiệp polime, cũng như các giải pháp đáp ứng yêu cầu của từng khu vực, qua đó đóng góp 1 phần công sức của mình cho thành công của khách hàng trên thương trường.

(Tác giả: Wolfgang Marquardt, VP Marketing, Thermo Electron (Karlsruhe) GmbH