CC BY
25
Инженерно-технические науки Engineering and technical sciences
УДК 621.357, 658.5
КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГАЛЬВАНОТЕХНИКИ С ПОЗИЦИИ БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Т.Ф. Бурухина, Х.А. Невмятуллина, С.В. Фадина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева,
В статье рассматривается применение принципов бережливого производства на отечественных предприятиях, использующих гальванические процессы. Указывается на актуальность сокращения потерь в ресурсоемких производствах. Предлагаются критерии оценки качества технологических растворов. Представлена методика расчета показателей. Показана практическая значимость их использования для снижения затрат и повышения эффективности деятельности предприятий.
Ключевые слова: бережливое производство, ресурсосбережение, гальванотехника, критерии качества.
Внешняя среда, в которой работают современные предприятия, характеризуется возрастанием конкуренции за ресурсы. В условиях ограниченности ресурсов повышение результативности деятельности, увеличение конкурентоспособности и обеспечение, в конечном счете, выживания предприятия в долгосрочной перспективе не может быть достигнуто без реализации системы действий, направленных на выявление и сокращение различных видов потерь на всем пути создания конечного продукта. В этой связи последнее время все большее распространение приобретает опыт японских менеджеров по организации «бережливого производства» (Lean Production). Следует подчеркнуть, «бережливое производство» работает не с сокращением расходов, что могло бы привести к снижению качества продукции, а с сокращением потерь, которые есть на каждом этапе технологического процесса [4].
Ресурсосбережение - организационная, экономическая, техническая, науч-
ная, практическая и информационная деятельность, в том числе методы, процессы, комплекс организационно-технических мер и мероприятий, сопровождающих все стадии жизненного цикла объектов и направленных на рациональное использование и экономное расходование ресурсов [5]. В рамках концепции «бережливого производства» ресурсосбережение можно рассматривать как деятельность, направленную на сокращение потерь.
Одним из ресурсоемких производств, загрязняющих окружающую среду тяжелыми металлами, является нанесение гальванических покрытий.
Оценки количества ресурсов, потребляемых гальваническим производством, разнообразны, но в целом они свидетельствуют об их нерациональном использовании и необходимости внедрения ресурсосберегающих технологий [1,2,3,8,9]. Мощными гальваническими цехами располагают многие предприятия автомобильной, судостроительной, авиационной
и других отраслей промышленности. В приборостроении и радиоэлектронике в основном используется многопрофильные гальванические производства, которые характеризуются большим разнообразием покрытий при сравнительно небольшой производственной программе по каждому из них [10].
Несмотря на широкое и длительное применение гальванических процессов, сегодня полезно используется лишь 3040% цветных металлов, 5-10% кислот и щелочей, применяющихся в технологическом процессе. Гальваническое производство также является крупным потребителем чистой воды (ежегодно для промывки деталей после гальванических покрытий расходуется не менее 650 млн.м чистой воды).
При эксплуатации раствора электролита происходит перенос его компонентов поверхностью обрабатываемых деталей, технологической оснасткой, извлекаемыми анодными материалами из технологической ванны в ванну промывки. Известно, что в гальванотехнике теряется в расчете на 1 м покрытия от 0,2 до 2 г металлов [6]. Следует отметить, что тяжелые металлы, попадая в промывные воды, представляют особую опасность для биосферы [7]. Потери металла с промывными водами соизмеримы с расходом металла на покрытие, а в случае хрома в 5-8 раз превышают их. Захват и перенос технологических растворов поверхностью деталей влечет за собой следующие последствия [10]:
1. Потери ценных компонентов раствора: дорогостоящих солей металлов (например, меди, никеля, олова и пр.), минеральных кислот, органических соединений и добавок. В связи с этим возникает необходимость частой корректировки растворов по указанным компонентам. Это, в свою очередь, приводит не только к дополнительным расходам материалов, но и к потерям производственного времени, а значит снижению эффективности производства.
2. Поступление в промывные воды загрязняющих веществ (неорганических соединений ионов тяжелых металлов, например, кадмия, никеля, хрома и др., цианидов и др.; органических соединений -кислоты, биологически жесткие ПАВ и др.) также требует определенного расхода промывной воды.
Среди видов потерь, которые выделяет концепция «бережливого производства», вышеперечисленные могут быть классифицированы как излишняя или неправильная обработка и лишние движения (движения, не добавляющие потребительской ценности из-за неэффективных методов работы). Разработка технологий, позволяющих сократить унос компонентов раствора погружаемой поверхностью, а также снизить концентрации загрязняющих веществ в сточных водах предприятия является важной задачей повышения эффективности гальвано-химических производств и охраны окружающей среды и может рассматриваться как элемент «бережливого производства».
Проектирование и выбор рациональной технологии следует рассматривать как задачу принятия решений. Каждая задача такого типа характеризуется наличием различных путей достижения этих целей с различной эффективностью их реализации. Эффективность различных вариантов технологического процесса должна быть количественно определена, т. е. выражена с помощью определенной величины - критерия. Легендарный генеральный директор компании General Electric Джек Уэлч говорил: «Если вы не можете это измерить, вы не можете этим управлять». Что касается измерений, еще великий химик, наш соотечественник Д.И. Менделеев писал: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры". Правильный выбор критерия дает возможность сосредоточиться на правильных целях и измерять прогресс в их достижении.
При разработке механизмов вне-
дрения методов «бережливого производства» на первый план выходят задачи определения набора показателей, по которым отслеживается состояние технологического процесса; создания инструментария контроля и оценки результатов. Пользуясь этими показателями, можно определить сравнительные достоинства и недостатки различных вариантов технологических процессов. Такие показатели позволяют объективно измерить качество предлагаемых технологий.
Для управления качеством технологических процессов необходимо оценить уровень качества. Целью оценки определяется, какие показатели качества следует выбирать для рассмотрения, какими методами и с какой точностью определять их значения, как обработать и в какой форме представить результаты оценки. Критерием качества технологического процесса (выбора наилучшего состава раствора для электроосаждения) может служить показатель ресурсосбережения.
В данной работе предложены критерии оценки качества технологических растворов для электроосаждения металлических покрытий и дана методика расчета показателей. Проведен статистический анализ изменения различных параметров составов растворов для электроосаждения металлических покрытий с целью определения критериев разделения их по ресурсо-емкости на классы (ресурсосберегающие, обычные, ресурсоемкие).
В качестве показателей ресурсосбережения использовались концентрация осаждаемого металла в растворе для электроосаждения (с, моль/л) и суммарная концентрация основных компонентов раствора
(? с , моль экв./л). Уменьшение этих показателей при сохранении функциональных свойств покрытий позволяет минимизировать потребление ресурсов и потери, связанные с очистными и природоохранными мероприятиями.
В качестве экспериментальных
данных рассматривались сведения о составах растворов для элекроосаждения, опубликованные в научной литературе в различные годы и каталогах современных компаний [1,2,3,8,9]. В соответствии с опубликованными данными все растворы различались по количественному и качественному составу и позволяли получить качественные покрытия с необходимыми функциональными свойствами. Методами параметрической и непараметрической статистики проведен анализ составов этих растворов с целью определения граничных значений показателей ресурсосбережения, позволяющих классифицировать растворы для элекроосаждения по их ресурсоемко-сти.
Расчеты показали, что за последние годы удалось существенно снизить концентрацию ионов электроосаждаемых металлов только в растворах хромирования и цинкования. Для большинства растворов концентрация ионов металлов осталась практически неизменной с 1952 года. Для процесса никелирования в последние годы разработаны растворы с большим содержанием ионов никеля.
Определен концентрационный критерий, позволяющий разделить составы растворов на группы:
I - ресурсосберегающие (с < 0,71);
II - обычные (0,71 < с < 0,96);
III - ресурсоемкие (с > 0,96).
Аналогичный статистический анализ проведен по изменению величины суммарной концентрации основных компонентов раствора. Полученные данные в целом коррелируют с результатами, полученными при анализе изменения концентрации ионов осаждаемых металлов. Для хромирования наблюдается снижение
? с* , для цинкования - ? с* практически не изменилась, для процесса никелирования суммарная концентрация основных компонентов увеличилась.
Рассчитан суммарный концентрационный критерий, позволяющий разделить
составы растворов на группы:
I - ресурсосберегающие (^ с < 2,32);
II - обычные (2,32 < ^ с < 2,78);
III - ресурсоемкие (^ с > 2,78).
Проведена экономическая оценка стоимости 1 м3 растворов для нанесения различных видов покрытий (рис. 1). Стоимость 1 м3 раствора рассчитывалась по ценам компании ООО «Баум-Люкс» по со-
стоянию на 24.01.2012 г.
Проведенные исследования показали, что стоимость ресурсоемких составов выше стоимости ресурсосберегающих для всех видов покрытий. Однако для растворов хромирования наблюдается тенденция к снижению стоимости в 2011 году, что подтверждается разработанными к данному моменту ресурсосберегающими составами растворов.
Рис.1. Стоимость 1 м растворов хромирования (1), никелирования (2) и цинкования (3) в различные годы
(в сопоставимых ценах на 24.01.2012 г. ).
Использование техническими руководителями гальванических производств предложенных показателей позволит:
1) осуществлять выбор составов растворов для элекроосаждения в кратчайшие сроки;
2) уменьшить затраты на их приготовление, эксплуатацию и обезвреживание;
3) снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Таким образом, планирование и организация технологического процесса гальвано-химических производств при использовании критериев ресурсосбережения может рассматриваться как элемент «бережливого производства», инструмент, по-
зволяющий повысить эффективность и конкурентоспособность предприятия.
«Бережливое производство» дает возможность достижения большего результата с меньшими затратами ресурсов, открывает широкие горизонты по укреплению позиций на рынке и является наиболее перспективной моделью организации современного бизнеса.
Идеи и методы «бережливого производства» могли бы сыграть решающую роль в трансформации отдельных отраслей российской промышленности и приближении её к уровню современных развитых стран, позволить им выдержать усиление конкурентной борьбы за потребителя и
обеспечить успешное развитие предприятий в жестких условиях современной мировой экономики.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках проектной части государственного задания № 10.1148.2014/ КЮ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Винокуров, Е.Г. Концентрационный критерий классификации ресурсосберегающих составов растворов для электроосаждения металлических покрытий / Е.Г. Винокуров, Т.Ф. Бурухина, В.А. Колесников, С.В. Фадина // Теоретические основы химической технологии. -2012. - Т. 46. № 5.- С. 569-575.
2. Винокуров, Е.Г. Прогнозирование предпочтительной области общих концентраций ионов металлов в растворах для электроосаждения сплавов / Е.Г. Винокуров, Т.Ф. Бурухина, М.Н. Каранаева, В.В. Бондарь // Теоретические основы химической технологии.- 2008. -Т. 42. № 6.- С. 671-675.
3. Винокуров, Е.Г. Оценка показателей материалоемкости гальванических процессов как элемент бережливого производства /Е.Г. Винокуров, Т.Ф, Бурухина, С.В.Фадина , Х.А. Невмятуллина // Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности : Тез. докл. V Международной. конф. РХО им. Д.И. Менделеева - М.: РХТУ им.
Д.И. Менделеева, 2013- С. 59-61.
4. Вумек Джеймс П. Бережливое производство. Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании / Вумек Джеймс П., Джонс Да-ниел Т. -М.: Альпина Бизнес Букс, 2008. - 472 с.
5. ГОСТ Р 52106-2003. Ресурсосбережение. Общие положения.
6. Невский, А.В. Анализ и синтез водных ресурсосберегающих химико-технологических систем / А.В.Невский, В.П.Мешалкин, В.А. Шарнин - М.: Наука, 2004. - 212 с.
7. Стульникова, Ю.В. Воздействие тяжелых металлов на экосистемы пригородных территорий /Ю.В. Стульникова, Н.И. Володин, А.В.Невский // Известия ВУЗов. Серия: Химия и химическая технология.- 2009. -Т. 52. №. 5. -С. 125-127.
8. Фадина, С.В. и др. Суммарная концентрация основных компонентов растворов для электроосаждения металлических покрытий как критерий классификации и выбора ресурсосберегающих составов растворов / С.В.Фадина, Е.Г. Винокуров, Т.Ф. Бурухина, В.А. Колесников. // Теоретические основы химической технологии. -2013. Т.
47. № 5. - С. 573-578.
9. Фадина, С.В. Оценка потенциала ресурсосбережения при электроосаждении металлических покрытий по показателю устойчивости состава растворов / С.В.Фадина, Е.Г. Винокуров, Т.Ф. Бурухина, В.А. Колесников. // Теоретические основы химической технологии.- 2014.- Т.
48. № 6. -С. 695-700.
10. Хранилов, Ю.П. Экология и гальванотехника: проблемы и решения / Ю.П. Хранилов. - Киров: Изд. ВятГУ, 2000. - 97 с.
Рукопись поступила в редакцию 3.12.2015.
QUALITY CRITERIA OF THE TECHNOLOGICAL PROCESSES OF ELECTROPLATING FROM A
POSITION OF LEAN MANUFACTURING
T. Burukhina, H. Nevmjatullina, S. Fadina
The article discusses the application of the principles of lean manufacturing in the domestic enterprises using galvanic processes. Referred to the relevance of reducing losses in resource-intensive industries. Suggests criteria for evaluating the quality of technological mortars. The design procedure of indicators is presented. Shows the practical significance of their use to reduce costs and improve the efficiency of enterprises.
Key words: lean production, resource saving, electroplating, quality criteria.
