Istraživanja i projektovanja za privredu - Research and Design in Commerce and Industry 4(2009)7

II MM PP RR EE SS SS UU MM

Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, Beograd. Sva prava zadržana. Istraživanja i projektovanja za privredu 26-2009

Rešenjem Ministarstva za kulturu i informisanje časopis je upisan u Registar javnih glasila pod brojem 3516. Resorno ministarstvo uvrstilo je časopis u spisak referalnih časopisa.

Indeksiranje radova se vrši kroz abstraktnu bazu Elsevier Bibliographic Databases koja uključuje EMBASE, Compendex, GEOBASE, EMBiology, Elsevier BIOBASE, FLUIDEX i SCOPUS.

ISSN 1451-4117 UDC 33

Izdavač - Publisher Institut za istraživanja i projektovanja u privredi

Vatrosava Lisinskog 12 A, 11000 Beograd www.iipp.rs

Za izdavača: Prof. dr Branko Vasić

Glavni urednik – Editor in chief Prof. dr Jovan Todorović

Odgovorni urednik - Assistant editor Dr Predrag Uskoković

Uređivački odbor Editorial board

Prof. dr Jovan Todorović, Mašinski fakultet, Beograd; Dr Predrag Uskoković, JKP Beogradski vodovod i kanalizacija, Beograd; Prof. dr Gradimir Danon, Šumarski fakultet, Beograd; Doc. dr Dušan Milutinović, Saobraćajni institut CIP, Beograd; Mr Đorđe Milosavljević, CPI - Centar za procesno inženjerstvo, Beograd; Prof. dr Miodrag Zec, Filozofski fakultet, Beograd; Prof. dr Nenad Đajić, Rudarsko-geološki fakultet, Beograd; Prof. dr Vlastimir Dedović, Saobraćajni fakultet, Beograd.

Međunarodni uređivački odbor International editorial board

Dr Robert Bjeković, Nemačka; Prof. dr Jozef Aronov, Rusija; Dr Jezdimir Knežević, Engleska; Dr Nebojša Kovačević, Engleska; Dr Jelica Petrović, SAD; Adam Zielinski, Poljska; Dr Peter Steininger, Austrija. Redakcija Editorial office

Dr Dejan Curović, Mašinski fakultet, Beograd; Nada Stanojević, Institut za istraživanja i projektovanja u privredi; Nikola Đurić, Mašinski fakultet, Beograd; Nikola Novaković, Institut za istraživanja i projektovanja u privredi; Miloš Dimitrijević, Institut za istraživanja i projektovanja u privredi.

Izdavački savet Publisher board

Nebojša Divljan, Delta Generali, Beograd; Prof. dr Miloš Nedeljković, Mašinski fakultet, Beograd; Milutin Ignjatović, Saobračajni institut CIP, Beograd; Dragan Belić, SP Lasta, Beograd; Mr Slaven Tica, Saobraćajni fakultet, Beograd; Dr Miljko Kokić, Zastava, Kragujevac; Dr Zdravko Milovanović, Mašinski fakultet, Banja Luka; Dr Drago Šerović, Jadransko brodogradilište, Bijela; Vladimir Taušanović, JKP BVK, Beograd; Nenad Jankov, TE Kostolac B, Kostolac; Ljubiša Vuletić, Narodna Banka Srbije, Beograd; Slobodan Jovanović, Preduzeće za puteve, Beograd.

Štampa - Printed by R - print, Beograd

Tehnička obrada - Design and prepress IIPP

Naučno-stručni časopis ISTRAŽIVANJA I PROJEKTOVANJA ZA PRIVREDU Journal RESEARCH AND DESING IN COMMERCE & INDUSTRY

Časopis od nacionalnog značaja Journal of natonal importance Radovi se indeksiraju preko SCOPUS-a Papers are indexed by SCOPUS

OO DD UU RR EE ĐĐ II VV AA ČČ KK OO GG OO DD BB OO RR AA

Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4

PPrrooff.. ddrr JJoovvaann TTooddoorroovviićć

NOVE IDEJE I PROGRAMI – PUT ZA BRŽI OPORAVAK PRIVREDE Aktuelnom svetskom ekonomskom krizom ionako već posustala i oronula industrija i privreda Srbije trpi dalje ozbiljno udare. Prevazilaženje tih novih, a i svih postojećih problema, traži velike napore i osmišljeno angažovanje svih činilaca društva, počev od države - nosilaca vlasti i političkih struktura, preko kompanija i privrednih oranizacija do svih pojedinaca, stručnjaka i pre-duzetnika. Značaj i mogućnosti pojedinaca u ovom procesu se, izgleda,nedovoljno prepoznaju, pa se ni adekvatnim merama ekonmske politike ne podržavaju na pravi način. Verovatno tome doprinose i sami stručnjaci i potencijalno vodeći ljudi u razvoju preduzetništva. Stiče se utisak da su oni u visokom stepenu u nekom stanju apatije, iščekivanja da neko drugi reši probleme njihovog angažovanjaja, da im se sa strane stvore uslovi za njihov rad. Prosto rečeno, veilik broj visoko stručnih, a posebno mladih ljudi u nas, nije spremno da se lično angažuje da se pokrenu neki novi programi i poslovi, da se preduzme nešto novo, potrebno našoj privredi i ljudima koji u njoj rade. A ni država ih u tome nedovoljno podstiče i podržava. Time se kriza u kojoj se nalazimo još više produbljuje, gubi se perspektiva stvarnog oporavka privrede i „izlazak na zelene grane“.

Ima, međutim, primera koji pokazuju da pojedinci zaista mogu da doprinesu oživljavanju privrede. Pomenimo najpre kompaniju FABRIKA AVIONA u Kraljevu, koju je za proizvodnju lakih sportskih aviona oformilo nekoliko inženjera i koja je već u prvih nekoliko godina ostvarila zapažene rezultate, kako u proizvodnji tako i u plasmanu svoji proizvoda na inostrano tržište. Drugi dobar primer je kompanija PROMOTOR IRVA iz Kragujevca, koja već više godina proizvodi komponente za prvu ugradnju u vozila renomiranog evropskog proizvođača automobila, i koja je već na početku razvoja sistema FIAT AUTOMOBILI SRBIJA prihvaćena kao kooperant u ovoj proizvodnji. Ima ovakvih primera još, mada u osnovi usamljenih. Oživljavanje velikih proizvodnih sistema može mnogo da doprinese afirmaciji agilnih pojedinaca, razvoju malih i srednjih proizvodnih preduzeća. Analize vodećih ljudi FIAT-ove fabrike u Kragujevcu, u kojoj se za neku godinu planira proizvodnja 200.000 automobila godišnje, ukazuju na četrdesetakpotencijalnih kooperanata u Srbiji. Pored fabrika koje su se već iskazale u ovoj proizvodnji (TRAJAL, 21. OKTOBAR, AKUMULATORI SOMBOR, FRAD, FADIP, FAD, DUGA i drugi) na ovom spisku su i novoformirane kompanije koje se tek pojavljuju na našem tržištu. Takva je i firma FRITEK iz Prokuplja, koju su osnovali nekadašnji ukovodioci FIAZ-a, jednog od vodećih proizvođača frikcionih materijala za spojnice i kočnice, a koja je u međuvremenu bankrotirala, koja je predviđena kao jedan od mogućih isporučilaca ovih važnih komponeneta FIAT-u. Ako bi se ovaj plan ostvario FRITEK bi dobio šanse da obimom proizvodnje i traženim kvalitetom zauzme važno mesto u ovom sektoru industrije. Slične mogućnosti ima i firma KILER iz Beograda, koja je na bazi dugodišnjeg iskustva u proizvodnju izduvnih sistema i hladnjaka, pretežno na zanatskoj, odnosno maloserijskoj osnovi, došla u poziciju da bude jedan od kooperanata FIAT-a. Dakle, mogućnosti postoje, treba ih iskoristiti. Agilni i ambiciozni stručni ljudi, a posebno mladi, tek školovani, sa malo ili nimalo iskustva u privredi, koji imaju ideje i koji su spremni da se angažuju na njihovom ostvarenju, mogu mnogo da učine. Iz apatije i čekanja na druge, oni mogu da prerastu u nosioce privrednog razvoja. To zavisi od njih samih, ali i od države, koja ovo treba da prepozna i podrži na odgovarajući način.

Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, Beograd. Sva prava zadrža Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4

11--66 Zoran Đekić, Zlatko Hrle, Aleksandar Radonjić

PRIKAZ PRIMENE BEŽIČNOG SISTEMA ZA BEZBEDNOST PLOVIDBE BRODOVA SAFETY WIRELESS SYSTEM FOR NAVIGATION (CREWSAFE SAFETY SYSTEM)

77--1122

Gordana Ostojić, Stevan Stankovski, Đorđe Vukelić HANDLING AUTOMATION OF FIXTURE AND FIXTURE ELEMENTS IN FLEXIBLE

TECHNOLOGICAL STRUCTURES AUTOMATIZACIJA RUKOVANJE PRIBORIMA I ELEMENTIMA PRIBORA U FLEKSIBILNIM

TEHNOLOŠKIM STRUKTURAMA

1133--2222 Veselin Batalović

SEPARACIJA MEŠAVINA GASOVITO – TEČNO – ČVRSTO GAS - LIQUIDS - SOLIDS SEPARATION

2233--3322 Zoran Vasić, Zlatko Petrović

SAVREMENI KOMPOZITNI MATERIJALI U PROJEKTOVANJU I PROIZVODNJI VAZDUHOPLOVNIH KONSTRUKCIJA

MODERN COMPOSITE MATERIALS IN DESIGN AND PRODUCTION OF AIRCRAFT STRUCTURES

Zoran Popović, Dalibor Marinković REVITALIZACIJA I RAZVOJ PROIZVODNJE DERIVATA VIŠE FAZE DORADE:

PREDUSLOV OPSTANKA SRPSKE PETROHEMIJSKE INDUSTRIJE REVITALISATION AND DEVELOPMENT OF FACILITIES FOR PRODUCTION OF HIGHER-ORDER

PETROCHEMICAL DERIVATIVES: PRECONDITION FOR SURVIVAL OF SERBIAN PETROCHEMICAL INDUSTRY

3333--4433

Giovanni Belingardi; Miroslav Demić A POSIBLE MODEL FOR SHOCK ABSORBER BY USING ’’BLACK BOX’’ METHOD

JEDNA MOGUĆNOST ZA MODELIRANJE AMORTIZERA UZ KORIŠĆENJE METODE ,,CRNE KUTIJE’’

4455--5533

PRIKAZI SKUPOVA 5544

NAJAVE SKUPOVA 5566

KNJIGE KOJE PREPORUČUJEMO 5577

POSLOVNE TEHNIČKE INFORMACIJE 5588

Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4

Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, Beograd. Sva prava zadržana Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4 1

Broj rada: 161 – 2009 V7/4

PPRRIIKKAAZZ PPRRIIMMEENNEE BBEEŽŽIIČČNNOOGG SSIISSTTEEMMAA ZZAA BBEEZZBBEEDDNNOOSSTT PPLLOOVVIIDDBBEE BBRROODDOOVVAA

Zoran Đekić, dipl. inž. Saobraćajni fakultet, Beograd Prof. dr Zlatko Hrle, dipl. inž. Saobraćajni fakultet, Beograd Asistent mr Aleksandar Radonjić, dipl. inž. Saobraćajni fakultet, Beograd

Da bi se unapredila bezbednost članova posada u toku plovidbe, autori su obradili jedan od sistema koji se danas koristi u svetu (MOBILARM). Sistem za bezbednost plovidbe je univerzalan sistem koji se bazira na bežičnom sistemu „privezaka“i usmerivača koji su u međusobnoj zavisnosti. Sistem „privezaka“ spada u grupni način praćenja. U radu se obrađuje i automatski pozicioni lokator (VPIRB V100) - individualni sistem bezbednosti plovidbe, koji se koristi u individualnoj plovidbi.

U okviru grupnog sistema objašnjena su dva podsistema (osnovni i napredni). Dati su Algoritmi funkcionisanja i objašneni su delovi sistema.

Ključne reči: Sistem za bezbednost plovidbe, Sistem za bezbednost članova posade, Mobilarm, Crewsafe, VPIRB V100

UVOD

Početkom XIX veka radio je bio nosilac pomo-rskih traženja i spašavanja. Uvođenjem Globa-lnog pomorskog sistema bezbednosti (skraćeno GMDSS-a) 1999. godine i uvođenjem digitalnog slanja signala (Digital sele-ctive calling, skraeno DSC) pomerene su granice sa ručnog praćenja na automatsko praćenje bro-dova preko sigurnosnih radio kanala. Sve DSC poruke automatski ukazuju na identitet stanice sa koje se vrši pozivanje, prioritet, svrhu poziva i preusmeravanje poziva na druge radio stanice.

Sistem za bezbednost posade („Mobilna ruka za bezbednost posade“), koji koristi DSC signale, predstavlja savremeni sigurnosni sistem koji obezbeđuje viši nivo bezbednosti brodskih posada, kroz konstantnu kontrolu lokacije članova brodske posade, automatskog alarma i praćenja čoveka koji je pao u vodu. Sistem u najkraćem vremenu prenosi info-macije svim alarmima za uzbunjivanje, GPS (globalni pozicioni sistem) prijemniku i ostalim navigacijskim uređajima na brodu.

Kontakt: Asistent mr Aleksandar Radonjić, dipl. inž. Saobraćajni fakultet Vojvode Stepe 305, 11000 Beograd E-mail: [email protected]

SISTEM BEZBEDNOSTI

PLOVIDBE

GRUPNI SISTEM BEZBEDNOSTI

PLOVIDBE-

INDIVIDUALNI SISTEM

BEZBEDNOSTI PLOVIDBE-

SISTEM ZA BEZBEDNO

ST ČLANOVA

LIČNI AUTOMATSKI

LOKATOR

OSNOVNI PODSISTEM

NAPREDNI PODSISTEM

Slika 1. Blok šema sistema za bezbednost plovidbe

Sistem za bezbednost plovidbe (slika 1.) se sastoji od od dva sistema:

• grupni sistem bezbednosti plovidbe, • individualni sistem bezbednosti plovidbe

(lični automatski lokator).

Grupni sistem se sastoji od sistema za bezbednost članova posade („MOBILARM CREWSAFE“ - „mobilna ruka za bezbednost

Z. Đekić i dr. - Prikaz primene bežičnog sistema za bezbednost plovidbe brodova

2 Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4

članova posade“). U okviru ovog sistema razlikuju se dva podsistema i to:

• osnovni (prosti) – mobilarm crewsafe esse-ntials i

• napredni (kompleksni) – CMS-crewsafe menagment system.

Grupni sistem bezbednosti plovidbe

Grupni sistem bezbednosti plovidbe se odnosi na bezbednosti plovidbe (putnika, posade, brodova,...). Jedan od sistema koji ulazi u

sastav grupnog sistema plovidbe je sistem za bezbednost članova posade.

Sistem za bezbednost članova posade

Funkcionisanje sistema za bezbednost članova je predstavljeno na slici 2. Sa blok šeme (slika 2.) se može videti kako sistem funkcioniše i koji je način vezivanja delova podsistema. U sklopu sistema za bezbednost posade razlikuju se dva gore navedena podsistema (osnovni – prosti i napredni – kompleksni).

OSNOVNI PODSISTEM

GPS PRIJEMNIK

OSTALI NAVIGACIJSKI UREĐAJI

USB VEZA

bežični

bežični

bežičniP U NJ A Č

UPRAVLJAČKA KONZOLA

kabel

MOBILARMCREWSAFE

bežični bežični

kabel

P U NJ A Č

bežični

USB VEZA

CMS PRIVEZAK 1

PRIVEZAK 2PRIVEZAK 3

UNUTRAŠNJI USMERIVAČ SPOLJAŠNJI

USMERIVAČ

SPOLJAŠNJI USMERIVAČ

PRIVEZAK 1

NAPREDNI PODSISTEM

Slika 2. Blok šema funkcionisanja sistema za bezbednost članova posade


Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4 3

Osnovni podsistem (crewsafe essentials)

Osnovni podsistem se sastoji od sledećih elemenata:

• Upravljačka konzola, • Spoljašnji usmerivač, • Privesci, • Punjač.

Sa blok šeme se vidi u kojoj su vezi delovi podsistema. Bežičnom vezom su povezani upravljačka konzola, spoljašnji usmerivač i privesci. Privesci su sa punjačem povezani čvrstom vezom. Podsistem funkcioniše na način prikazan u nastavku izlaganja.

PRINCIP FUNKCIONISANJA OSNOVNOG SISTEMA

Kada se uređaj instalira onda se uključi i uradi provera podsistema. Kada se izvrši provera, praćenje signala „privezaka“ – radio aparata po-vezanih sa ostalim radio aparatima, postiže se preko spoljašnjeg usmerivača i upravljačke konzole. Veza između „privezaka“ i spoljašnjeg usmerivača i upravljačke konzole je bežična (wireless) a između punjača i priveska je čvrsta (kabel). Privezak je ustvari predajnik koji ima jednosmernu vezu sa upravljačkom konzolom i spoljašnjim usmerivačem. On samo šalje signa-le prisutnosti u mreži. Rad podsistema se zasni-va na gubitku signala. Naime, kada privezak prestane da šalje signale o prisutnosti u mreži, upravljačka konzola to evidentira i uključuje alarm (svetlosni i zvučni). U tom trenutku šalje signal spoljašnjem usmerivaču (koji je u režimu pasivnog praćenja) da je jedan privezak odsu-tan iz mreže i da se počne sa aktivnim praćenjem oko broda. Spoljašnji usmerivač pri-ma signal sa upravljačke veze tastature i ekra-na (konzole), uključuje aktivno praćenje, ukjučuje alarm (svetlosni) i šalje povratni signal upravljačkoj konzoli da je počeo sa aktivnim pračenjem. U međuvremenu upravljačka konzo-la šalje svim ostalim privescima, koji su aktivni u mreži, uzbunjujući signal koji na svakom pri-vesku uključuje svetlosni i zvučni signal. Privezak koji se nalazi u vodi je u dodiru sa vodom takođe uključio svetlosni i zvučni alarm. Kada je čovek spasen privezak se ponovo spaja na mrežu, šalje signal spoljašnjem usmerivaču da je prisutan a spoljašnji usmeri-vač šalje signal upravljačkoj konzoli da je privezak ponovo u mreži i da je opasnost prošla. Tada upravljačka konzola isključuje alarm, šalje signal spoljašnjem usmerivaču da

nastavi sa pasivnim praćenjem i šalje signale svim ostalim privescima da je opasnost prošla. Mreža se stabilizuje i podsistem nastavlja sa normalnim režimom rada.

Upravljačka konzola može biti povezana sa GPS prijemnikom i ostalim navigacijskim ure- đajima na brodu. Kada je uvezana sa GPS prijemnikom u slučaju MOB (man over board - čovek u moru) situacije GPS pri uključenju alarma automatski pamti poziciju i daje mo- gućnost zapovedniku broda da putem jednog od manevara vrati brod na mesto pada čoveka u more. U slučaju da upravljačka konzola nije uvezana sa GPS prijemnikom kada čovek padne u more potrebno je u što kraćem vremenskom roku pritisnuti dugme MOB kako bi GPS prijemnik zapamtio poziciju i počeo sa nekim od manevara čovek u more.

Na slici 3. je predstavljen algoritam funkcio-nisanja osnovnog podsistema.

PRISUTNOST u mreži

MOB

PRISUTNOST u mreži

PRISUTNOST u mreži

PRIVEZAK BR. 1

PUNJAČ

DAUPRAVLJAČKA

KONZOLA

SPOLJAŠNJI USMERIVAČ

PRIVEZAK br. 2

PRIVEZAK br. 3

NE NE

NE

DA LI JE PRIVEZAK U MREŽI ?

UPOMOĆ

UZBUNA PROŠLA

NASTAVI

DA

PRATIŠ

Slika 3. Algoritam osnovnog podsistema

NAPREDNI PODSISTEM (CMS-CREWSAFE MENAGMENT SYSTEM)

Napredni podsistem se sastoji od sledećih elemenata: • CMS-a, crewsafe menagment sistem,

sistem za upravljanje podsistemom, koji se sastoji od softvera(CD za instalaciju sistema) i hardvera (kućište i touchscreen monitora),

• unutrašnjeg usmerivača,



• spoljašnjeg usmerivača, • privezaka i • punjača.

PRINCIP FUNKCIONISANJA NAPREDNOG PODSISTEMA:

Princip funkcionisanja je sličan osnovnom podsistemu. Razlika je u CMS-u koji zamenjuje upravljačku konzolu.

CMS (softver i hardver) predstavlja mozak čitavog sistema i sa monitora se upravlja celokupnim podsistemom. Obzirom da je na monitoru predstavljena trodimenziona slika sa svim privescima i grupama koji su uključeni u podsistem. U naprednom sistemu se princip ra-da zasniva na gubitku signala u mreži kao i kod osnovnog. Međutim ono zbog čega je podsi-stem i dobio ime napredni se odnosi na čitav niz privezaka, koji se mogu pratiti samostalno ili u grupama. Svaki privezak ima svoj jedinstveni broj koji sadrži sve podatke o onom koji ga nosi. U toku rada na brodu svi privesci koji su aktivni se prate preko unutrašnjeg usmerivača, koji prati priveske unutar broda, i spoljašnjeg usme-rivača koji prati priveske van broda. Usmerivači faktički održavaju mrežu stabilnom. Privesci svojim prisustvom šalju signal u mrežu i time je podržavaju i održavaju. Ako postoji više prive-zaka, veća je i pokrivenost mreže. Kada čovek padne u more, privezak u dodiru sa vodom aktivira alarm (zvučni i svetlosni).

U tom trenutku unutrašnji usmerivač javlja CMS-u da je došlo do prekida signala. CMS javlja unutrašnjem usmerivaču da uključi alarm a spoljašnjem usmerivaču da pređe u režim aktivnog praćenja. Takođe preko unutrašnjeg i spoljašnjeg usmerivača aktivira sve priveske koji se trenutno nalaze u mreži (koji su aktivni). CMS i sam daje uzbunjujući alarm koji se prikazuje na ekranu. Privezak se aktivno prati, vizuelno i preko spoljašnjeg usmerivača(slika 4.).

Kada se čovek spase i privezak se ponovo spoji na mrežu alarmi se isključuju i nastavlja se sa normalnim radom kao i kod osnovnog sistema.

Napredni podsistem se koristi kada se na brodu nalazi više članova posade (preko 12), pa je ne-ophodno i unutrašnje praćenje članova posade. Takođe se koristi i kada plovi istovremeno više brodova pa da bi olakšali praćenje umesto da se svaki član posade prati, prate se grupe posada. Primer je dat na slici 5.

PRATIŠ ?

MOB UPOMOĆ

PRISUTNOSTU MREŽI

UPOMOĆ

PRIVEZAK BR 3 PRIVEZAK BR 7

PRISUTNOSTU MREŽI

PRIVEZAK BR1PRIVEZAK BR 4

PRIVEZAK BR 5

PUNJAČ

PUNJAČ

PRIVEZAK BR 6

CMS

SPOLJNI USMERIVAČ

SPOLJNI USMERIVAČ

PRIVEZAK BR2

NE

DA

DA

NE DA DA

DA DA

NE

DA LI SU PRIVESCI U MREŽI ?

UZBUNA PROŠLA

Slika 4. Algoritam funkcionisanja naprednog podsistema

BROD BROJ 2

BROD BROJ 3

P1 P3

P2

G1

BROD BROJ 1

P2 P1

P3

P1

P2

G3

G2

Unutrašnji usmerivač Spoljašnji usmerivač

CMS

Slika 5. Blok šema praćenja više grupa posada

INDIVIDUALNI SISTEM BEZBEDNOSTI PLOVIDBE

Individualni sistem za bezbednost plovidbe predstavljaju posebno isprojektovani uređaji za bezbednost individue pojedinca (člana posade). Jedan od uređaja koji se koristi za ličnu bezbednost u plovidbi je lični automatski lokator (VPIRB V100, VHF pozicioni radio lokator).



Uređaj se koristi za individualnu plovidbu. Princip funkcionisanja je prikazan na slici 6.

VPIRB V100

DALJI BROD BLIŽI BROD

OBALSKA STANICA

SATELIT

VHF DSC VHF

VHF

Slika 6. Princip funkcionisanja ličnog automatskog

lokatora

Posle pada čoveka u vodu posle 5 sekundi uređaj se nađe u stanju pripravnosti, stroboskopsko svetlo počinje da svetli i uklju-čuje se zvuk visoke frekvencije koji alarmira unesrećenog čoveka. Posle 20 sekundi uređaj

se automatski aktivira, prima signal sa GPS-a i počinje sa slanjem DSC MOB signala („čovek u moru“) preko posebnog VHF radio kanala. Tada šalje vrstu nesreće i vreme nesreće.

Kroz 30 sekundi se prima tačna informacija o poziciji sa satelita i počinje se sa slanjem uzbunjujućeg DSC MOB signala sa tačnom pozicijom susednim brodovima i stanici na obali preko posebnog VHF radio kanala. Ujedno, počinje sa slanjem govorne poruke preko po-sebnog VHF radio kanala sa pozicijom i vremenom.

Svakih 5 minuta, u toku 30 minuta se šalje DSC MOB digitalna i govorna poruka. Posle 30 minuta uređaj nastavlja da šalje poruke na svakih 10 minuta do isteka baterija ili isključivanja uređaja (slika 7.).

VPIRB V100

.

PRIMAM KOORDINATE

ISKLJUČUJEM SE

ŠALJEM PORUKU BEZ POZICIJE PREKO KANALA 70

SATELIT

ŠALJEM PORUKU SA POZICIJOM PREKO KANALA 16

SLABE BATERIJE

ŠALJEM DSC PORUKE, PREKO OBA KANALA

ISKLJUČENJE

UKLJUČUJEM SE

5 s20 s

30 s

5 min

30 min

10 min

Slika 7. Algoritam funkcionisanja automatskog ličnog lokatora



ZAKLJUČAK

U svetu moderne tehnologije ne treba zaboraviti na čoveka kao glavnog pokretača razvoja tehnološkog društva. Novi sistemi nalažu i potrebu da se bezbednost ljudi na broda podigne na viši nivo. Ovaj sistem pruža mogućnost bezbednosti i bezbednosti svih ljudi u plovidbi. Prilika da se u kratkom vremenu reaguje spašava čoveka u najkriti- čnijim situacijama, poput pada čoveka u vodu. Do sada je prema nekim istraživanjima najviše kritičnih situacija tokom plovidbe vezano za pad čoveka u vodu. Čovekov život je ipak najvažniji i upravo ovaj sistem pruža veću zaštitu ljudi u najtežim životnim situacijama.

LITERATURA

/1/ Čolić, V., Hrle, Z., Radonjić, A., „Istraživanje tehničko-eksplatacionih osobenosti brodova-potiskivača dunavske plovne mreže u cilju poboljšanja organizacije vodnog saobraćaja“, Istraživanja i projektovanja za privredu, Beograd, 2008.

/2/ Đekić, Z.- „Primena satelitskog sistema u vođenju navigacije i bezbednosti na moru“, Saobraćajni fakultet, Beograd, 2009.

/3/ Hrle, Z., Radonjić, A., „Istraživanje upravljačko-informacionog sistema organizacije saobraćaja na mreži plovnih kanala“, Saobraćajni fakultet – monografija, Beograd, 2008.

/4/ Radonjić, A., Hrle, Z., „Predlog rešenja upravljačko-informacionog modela na unutrašnjem plovnom putu u realnom vremenu“, Tehnika – Saobraćaj, Beograd, 2008.

/5/ Stajić, D., „Terestrička i elektronska navigacija“, Hidrografski institut, Split 1986.

/6/ Tirnanić, S., Bursać, S., „Satelitska radio-navigacija letelica“, Vojnoizdavački zavod, Beograd, 2001.

/7/ Website: http://www.mobilarm.com

SAFETY WIRELESS SYSTEM FOR NAVIGATION (CREWSAFE SAFETY SYSTEM)

In order to improve crewsafe system on sea the authors work out one modern system. Crewsafe system is unique system which is based on wirelles network that consist of tags and routers connected to each other. System of tags represent group monitoring system. The authors also gave informations about Mobilarm VPIRB V100-Vhf Personal indicating Radio Beacon, used for one man sail. Group monitoring system is consist of two subsystem (basic and advance). The authors gave funcioning algorithms and explane system parts.

Keywords: Crewsafe system, Mobilarm, VPIRB V1OO

Rad poslat na recenziju: 02.11.2009. Rad spreman za objavu: 04.11.2009.

Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, Beograd. Sva prava zadržana. Istraživanja i projektovanja za privredu 2009 V7/4 7

Broj rada: 162 – 2009 V7/4

HHAANNDDLLIINNGG AAUUTTOOMMAATTIIOONN OOFF FFIIXXTTUURREE AANNDD FFIIXXTTUURREE EELLEEMMEENNTTSS IINN FFLLEEXXIIBBLLEE

TTEECCHHNNOOLLOOGGIICCAALL SSTTRRUUCCTTUURREESS

Doc. dr Gordana Ostojić Faculty of Technical Sciences in Novi Sad Prof. dr Stevan Stankovski Faculty of Technical Sciences in Novi Sad MSc Đorđe Vukelić Faculty of Technical Sciences in Novi Sad

The first part of the paper briefly defines requirements for process automattion handling fixtures and fixture elements within flexible technological structures. The second part includes analysis and systematization of handling processes for fixtures and fixture elements. Based on the previous analysis and systematization, the paper provides description of the solution that meets the requirements for flexible automation.

Keywords: fixture, handling, flexible technological structures

INTRODUCTION

In production processes within flexible technological structures, significant period is necessary for auxiliary times. Auxiliary time shortening means productivity increase and reduction total machining time. Within flexible technological structures, significant auxiliary time shortening can be accomplished with material handling process automation. By material, in manufacturing processes, workpieces, fixture, tools and handling accessories are considered. With flexible technological structure development requirements for material handling automation are more emphasized. In flexible technological structures, significant place belongs to handling automation of fixtures and its elements, /1, 2/.

In handling with fixture and its elements systematization of requirements is associated with the level of complexity for flexible technological structures, and in that frame, it is also connected with workpiece category for fixture are functionally assigned. From view of complexity level, flexible technological structures are multilevel structural forms made from

Contact: MSc Đorđe Vukelić Faculty of Technical Sciences, University of Novi Sad Trg Dositeja Obradovića 6, 21000 Novi Sad e-mail: [email protected]

machining – manipulating – transport – storage- measuring – monitoring - control systems which have input for various material handling, /3, 6/.

According to complexity level, flexible technological structures (FTS) can be distinguished as numerical control (NC) machine tool, flexible manufacturing module (FMM), flexible manufacturing cell (FMC) and flexible manufacturing system (FMS), /4, 7/.

Furthermore, flexible technological structures can be classified by material handling tasks and fixture handling tasks that are also in that frame.

TASKS AND FUNCTIONS FOR FIXTURE HANDLING IN FLEXIBLE TECHNOLOGICAL STRUCTURES

Depending on flexible technological structure complexity level, basic tasks are defined for fixture and fixture elements. These tasks are mostly correlated to workpieces reception, locating and clamping and they have to provide, /8/:

• Clamping in measure defined range; • Automation software (program) adjustment of

clamping elements for new measure range; • Automation software exchange of clamping

elements in switch to new machining;

G. Ostojić and others - Handling automation of fixture and fixture elements in flexible technological structures


• Safe and accurate clamping even in case of malfunction.;

• Gap elimination which effects on manufacturing accuracy;

• Automation adjustment of clamping forces so this does not deform workpiece or effects on machining accuracy, etc.

Fixtures function in flexible technological structures is realized with adequate accessori-es. Flexible technological structure accessories can be divided into two segments:

• functional elements (effectors, sensors, discriminators, converters, amplifiers, etc.)

• fixtures (chucks, collets, mandrels, rests, etc.) (Figure 1.)

Functional elements are array connected and they make control circuit. One control circuit segment consists of effector witch have a subgroup of clamping cylinders. Cylinder struc-ture aided with appropriate connecting elem-ents, such as chucks, collets and mandrels, make automation clamping systems.

Figure 1. Fixtures

Tasks for fixture and fixture elements handling are linked to flexible technological structure complexity level.

Figure 2. shows principle scheme of handling with material (fixture and partially with workpieces) at NC machine tool level. Dependi- ng on work-piece mass and its dimensions, work-piece can be placed manually or automatically in chuck. Storage of workpieces is done by storage device. Manipulation process is mostly done manually. Chuck jaw replcement and adjustment is often done manually, and workpiece claming is mostly done automatically, but also it can be done manually. Replacement

of centers and holders is often realized manually.

Figure 2. Principle scheme of fixture handling in

frame of NC machine tool

Figure 3. shows principle scheme of material handling at level of flexible manufacturing module. Flexible manufacturing module is a structure that joins functional tasks of machi-ning process, machining system, measuring system, monitoring system and automation manipulation system for workpiece, fixture and tool, and in these functional tasks material handling functions is being realized. Flexible manufacturing module owns autonomous mani-pulating system for manipulation with fixture, tools and workpieces. Fixture manipulation, associated with replacement and adjustment of clamping elements, is often done manually, while workpiece manipulation is automated.

Figure 4. illustrates principal scheme of material handling at flexible manufacturing cell level which joins functional tasks of machining processes (these processes are being worked out on a several NC machine tools or on flexible manufacturing modules) machining systems, measuring systems, monitoring systems, autonomic manipulating systems and transport and storage systems. It is considered, that at flexible manufacturing cell level, integral auto-mation of workpiece machining process exists and because of that, material and fixture handling functions are automated.


frame of flexible manufacturing module

G. Ostojic and others - Handling automation of fixture and fixture elements in flexible technological structures


In frame of this level of flexible technological structure, manipulation of adjustment and removal of chuck jaw is automatic.

Furthermore, adjustment and replacement of centers is automatic and manipulators do it. Automatic fixture storage supplies these kinds of systems. Replacement and adjustment of clamping elements is automated, individual, or combined.


frame of flexible manufacturing cell

Fixture handling in flexible technological systems, which represents circulated manu-facturing of specific workpieces, is done automatically. Fixture handling is often done by central automated storage, individually or all together (Figure 5). At this level of flexible technological structure handling with palettes, grippers and adequate adjustment of clamping and grabbing elements is being done. Level of handling automation in flexible technological structures joins fixture handling requirements for flexible technological structures of lower complexity level with higher automation level.


frame of flexible manufacturing system

For material handling function realization in flexible technological structures, designed fixture solutions must have increased level of

flexibility. They perform specific handling functions and themselves are subject for handling in frame of flexible technological systems. Most significant handling functions that are realized by fixtures are functions of grabbing, locating, clamping and relieving. For handling functions realization there are fixture drivers for fixture automation. Ther task is to secure:

• Simple and fast handling functions; • Reliable and appropriate maintenance of

handling functions (ex., adjustment of clamping force for clamping function);

• Undisturbed execution of handling functions (enabling of material flow through its elements, access to specific zones etc.).

Realization of assigned tasks for these elements can be achieved with usage of hydraulic (Figure 6.), pneumatic (Figure 7.), electric or combined drive energy.

Fixture realized functions are often connected to workpieces. Frequently used elements for grabbing, locating, clamping and relieving functions realization are following fixtures: linnets, centres, mandrels, head spinners and chuck jaws.

Figure 6. Fixture - hydraulic clamping

Figure 7. Fixture - pneumatic clamping



AUTOMATED FIXTURE HANDLING IN FLEXIBLE TECHNOLOGICAL STRUCTURES

In flexible technological structures fixtures have wide role can be easily spotted. Besides their usually handling functions fixtures have other such as are: transporting, guiding to machining position, transport away from machining posi-tion, transport back to storage etc. Various con-struction solutions can be used in order to achi-eve these functions. Fixture handling capability in flexible technological structures depends on fixture construction, its shape, dimensions, grip-ping surfaces etc. From the other side, fixture manipulating capability is influenced by geome-trical and technological characteristics of deve-loped manipulation system concepts. Most significant parameters can be distinguished as kinematics structure, space for manipulation, manipulation accuracy, movement speed, programming possibility, flexibility, capacity, etc.

If fixture structure is such that it provides good and safe grabbing, positioning at machine tool, removing from machine tool for a specific unit (manipulator or robot), then those units are used for fixture manipulation. Figure 5. shows one example solution in frame of flexible techno-logical system. Transporting device transports fixture to manipulator - robot. Robot grabs it and places (or replaces) fixture on a machine.

Figure 8. Segment flexible technological structure

where fixture manipulation is done by robot

If the fixture is heavy, inadequate for gripping or it has large dimensions, it is being moved from the storage by adequate transporting device to machine tool and after that fixture is placed on the machine manually or automatically by adequate equipment. Fixtures are previously being placed on palettes and after that they are together transported and placed on a machine tool. Transport can be done on various ways by usage of rail guided vehicles, transporters, motor vehicles etc.

Figure 9. Segment flexible technological structure where fixture manipulation is done by rail guided

vehicle

Palettes movement, in frame of individual co- nception for flexible technological systems, from a constructive point of view, can be translator, circular or circular-translator (Figure 10.).

Figure 10. Segment flexible technological structure

where palettes do fixture manipulation

Figure 11. Regal warehouse for fixture store

It is convenient to store palettes with fixtures on previously defined place. Regal warehouse is suitable for that purpose (Figure 11.). In such occasions, transporter disposes, or picks up, palette from a locker that is in certain closet level. Besides closet storages, drum storage solutions can be used.

Handling automation field is imposed as obligatory in higher levels of flexible techno-logical structures. In automation systems, need occurs for automation replacement and adjust-ment for fixture and its elements, because man is excluded from direct manufacturing.

G. Ostojic and others - Handling automation of fixture and fixture elements in flexible technological structures


In complex flexible technological systems, needed fixture is brought from central storage, where all the workpieces, tools and fixtures are stored. In simple flexible technological system, in central storage blanks i finish parts are stored, while tools and fixtures are stored in sub storages.

For appropriate automated fixture handling and functioning, certain flexible technological struc-ture has to have an adequate manipulation system. Furthermore, automated transport and storage systems are necessary, in case of integral automation in flexible technological structures, because any other transport and storage system would be meaningless.

AUTOMATED FIXTURE ELEMENTS HANDLING IN FLEXIBLE TECHNOLOGICAL STRUCTURES

In certain levels of flexible technological structures, besides possibility of whole fixture replacement in automated circle, there is a requirement for automated adjustment and/or replacement of individual fixture elements or its groups. Several developed conceptions are illu-strated on following figures. Numerical control commands and certain manipulator does adjustments (replacements).

Figure 12. Scheme of chuck jaw automatic

adjustment

Figure 12. shows scheme of chuck jaw automatic adjustment. First part (I) of the Figure 12. shows how automated unit (item 1) presses chucks left button and releases chuck jaws. On second part (II), automated gripper unit removes chuck jaws and sets them in to right position. Part three (III) illustrates automated unit (item 2) presses chuck right button and hardens up chuck jaws. After that, chuck is automatically rotated for 120° for adjustment or replacement of next chuck jaws.

Figure 13. shows sequence cycle of chuck jaw set automatic replacement. First part (I) of Figure 10. shows two-position manipulator movement towards chuck and with three pins (scheme shows only two) it presses three chuck

buttons what results with chuck jaws loosening. Simultaneously, three manipulator grippers are catching chuck jaws. On second (II) part of Figure 13., manipulator is going away from chuck, rotates for 180°, and then returns back to chuck. Manipulators pivots are pressing chunk buttons and simultaneously new chuck jaws (2) are placed and automatically tightened in chunk. At third part (III), manipulator is pulled out from chunk and chuck jaws are replaced.

Figure 13. Sequence cycle of chuck jaw set

automatic replacement

CONCLUSION

Solving problems in material and fixture handling, in various complexity levels of flexible technological structures, is a significant and complex task. Development of new flexible technological structures solutions demands new fixture development which is used for execution of handling functions with working objects. New flexible technological structures solutions must have defined fixture handling functions for certain complexity levels. Beside its complexity, nowadays there are numerous examples of developed fixture handling manipulation sys-tems that exist in flexible technological struc-tures and they represent the need for existence and further development of these systems.

Constructions and aims of further fixture development are turned towards numerical controlled flexible technological structures. Naturally, this means that new fixtures solutions



must satisfy all required tasks for accuracy, working safety, needed level of specific function automation, defined level of modular structure etc. All of these requirements must be in harmony with needs and requirements of specific flexible technological structure, or with specific flexible technological level. Nowadays fixtures represent significant peace in a puzzle of flexible technological structures because of its material selection, automation of design and construction, automated manipulating at adjustment, replacement, transport and storage.

Based on shown constructions of fixture solutions with higher flexibility level, it can be concluded that present development of modern fixtures is going in three directions. First direction is improvement of fixture flexibility to accept wide range of various workpieces, and enhanced locating and clamping accuracy for workpieces. The second direction in development of modern fixtures, is increased flexibility compared to transport, storage and manipulating systems in flexible technological structures. Third direction of development is described in appliance of automated fixture and/or fixture elements identification. One of technologies is RFID technology that implies base elements existence such as RFID reader, antenna, and RFID tag, /5, 9/. RFID antenna, in identification procedure, has to be placed on location where fixture and/or fixture elements are being recognised. Information sign, RFID tag is on fixture and/or fixture elements. With RFID technology appliance automated fixture and fixture elements handling in flexible technological structures is significantly simplified and auxiliary times are shortened.

REFERENCES

/1/ Beamon, B. M., Chen, V. C. P.: Performability - Based Fleet Sizing in a Material Handling System, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 14, No. 6, pp. 441-449, 1998.

/2/ Campbell, P. D. Q.: Basic Fixture Design, Industrial Press Inc., 170 p., 1994.

/3/ Cohen, G.: Intelligent Jig System to Automate Flexible Manufacturing System, Journal of Intelligent and Robotic Systems, Vol. 25, No. 1, pp. 61 -77, 1999.

/4/ Nee, A. Y. C., Whybrew, K., Senthil Kumar, A.: Advanced Fixture Design for FMS, Springer-Verlag, 216 p., 1995.

/5/ Ostojic, G., Lazarevic, M., Stankovski, S., Cosic, I., Radosavljavic, Z.: Radio Frequency Identification Technology Application in Disassembly Systems, Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, Vol. 54., No. 11, pp. 759-767, 2008.

/6/ Roy, U., Liao, J., Sun, P. L., Fields, M. C.: Fixture design synthesis for a flexible manufacturing system, Integrated Computer Aided Engineering, Vol. 4, No. 2, pp. 101-113, 1997.

/7/ Saygin, C., Chen, F. F., Singh, J.: Real-Time Manipulation of Alternative Routeings in Flexible Manufacturing Systems: A Simulation Study, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 18, No. 10, pp. 755-763, 2001.

/8/ Vukelić, Đ., Hodolič, J. Razvoj sistema za projektovanje pribora za mašinsku obradu upotrebom zaključivanja na osnovu slučaja, Istraživanja i projektovanja za privredu Vol. 6, No. 22, pp. 39-48, 2008.

/9/ Vukelić, Đ., Župerl, U., Hodolič, J., Križan, P.: Analiza mogućnosti primene RFID tehnologije u procesu montaže / demontaže pribora, Istraživanja i projektovanja za privredu, Vol. 7, No. 23-24, pp. 27-34, 2009.

AUTOMATIZACIJA RUKOVANJE PRIBORIMA I ELEMENTIMA PRIBORA U FLEKSIBILNIM TEHNOLOŠKIM STRUKTURAMA

U prvom delu rada ukratko se definišu potrebe za automatizacijom procesa rukovanja priborima i elementima pribora u okviru fleksibilnih tehnoloških struktura. Drugi deo rada obuhvata analizu i sistematizaciju rukovanja priborima i elementima pribora. Na bazi analize i sistematizacije, prikazana su rešenja koje zadovoljavaju zahteve fleksibilne automatizacije.

Ključne reči: pribor, rukovanje, fleksibilne tehnološke strukture

Rad poslat na recenziju: 09.11.2009. Rad spreman za objavu: 07.12.2009.


Broj rada: 163 – 2009 V7/4

SSEEPPAARRAACCIIJJAA MMEEŠŠAAVVIINNAA GGAASSOOVVIITTOO –– TTEEČČNNOO -- ČČVVRRSSTTOO

Prof. dr Veselin B. Batalović Rudarsko-geološki fakultet Univerziteta u Beogradu

Na gasnim ležištima, gas na ustima kanala bušotine, sa sobom nosi velike količine tečne i čvrste frakcije koje, kada uđu u radnu mašinu (kompresor) ili u transportni cevovod, mogu da dovedu do ozbiljnih problema pri transportu. Još složeniji je slučaj sa ležištima nafte gde je sadržaj gasa u fluidu koji se izvlači na površinu veliki. Priprema prirodnog gasa, čišćenjem od tečnih i čvrstih čestica, je bitan preduslov za pouzdan transport od eksploatacionog polja do potrošača. Uklanjanjem čestica tečnog i čvrstog iz struje gasa je proces kojim se postiže pouzdaniji rad, duži radni vek elemenata transportnog sistema, niži troškovi eksploatacije, itd.

Za poslove čišćenja gasa koriste se mehanički i sorpcioni postupci. Brojna su tehnička rešenja koja se, sa manje ili više uspeha, koriste za ove poslove.

Zadatak ovog rada je da posle prikaza, postojećih postupaka čišćenja, ukaže na mogućnosti primene centrifugalnog separatora, novo tehničko rešenje, na poslovima čišćenja prirodnog gasa. Mada prototip separatora nije projektovan za tretman mešavina gas-tečno-čvrsto autor je, posle malih konstruktivnih izmena, uradio jedan eksperiment rezultati kojeg su mu je ukazali na velike mogućnosti primene ovakvih konstrukcija na poslovima čišćenja gasa.

Ključne reči: gas, separacija, mlazna pumpa, separator

UVOD

Poreklo čestica, tečnog i čvrstog, u prirodnom gasu je, /26/: • Iz samog ležište kada se pri eksploataciji:

gasnog, naftnog ili gasno-kondezatnog ležišta sa gasom izvlači i značajna količina nečistoća (pesak, voda, itd.);

• Kondezacija kada se, zbog promene temperature, u struji gasa formiraju mikrokapljice tečne faze koje gas nosi sa sobom ili vuče po zidovima cevi gasovoda;

• Korozija i erozije materijala cevovoda, kada se u gasovodu formira crni prah, koji se u suvom ili vlažnom stanju vuče po dnu gasovoda ili lebdi u struji gasa.

Čišćenje gasa je impreativ pouzdanog rada postrojenja za transport i korišćenje gasa.

Jedan od ciljeva istraživačkih radova, u ovoj oblasti, je razvoj i uvođenje novih tehnologija i opreme kojom će se obezbediti efikasna i ekonomična priprema gasa za transport i korišćenje.

Kontakt: Prof. dr Veselin B. Batalović Rudarsko-geološki fakultet u Beogradu Đušina 7, 11000 Beograd e-mail: [email protected]

Kvalitetno i efikasno čišćenje gasa tj. njegova priprema za transport ili skladištenje odvija se primenom fizičko-hemijskih postupaka koji su zasnovani na niskotemperaturnoj separaciji i sorpcionim postupcima. Na eksploatacionim poljima a prema uslovima na ustima gasne bušotine primenjuju se dve sheme pripreme (čišćenja) gasa za transport, /26/: • Tretman gasa sa visokim pritiskom i niskom

temperaturom na ustima gasne bušotine, slika 1-a;

• Tretman gasa sa niskim pritiskom i visokom temperaturom na ustima gasne bušotine, slika 1-b.

Sa navedenih shema vidljivo je da je kvalitetno mehaničko odvajanje (cikloni 1 i 3) preduslov kvalitetnog hemijskog tretmana gasa.

Zadatak ovog rada je da se, posle analize postojećih tehničkih rešenja mehaničke separacije a oslanjajući se na teorijske postavke separacije mešavina gasovito-tečno-čvrsto, ukaže na nedostatke postojećih rešanja i pre- dloži jedno novo rešenje za separaciju trofaznih mešavina.

V. Batalović i dr. - Separacija mešavina gasovito – tečno - čvrsto


Slika 1. Tehnološka shema pripreme gasa na gasnom polju a) Tretman gasa sa visokim pritiskom i niskom temperaturom na ustima gasne bušotine, b) Tretman gasa sa niskim pritiskom i visokom temperaturom na ustima gasne bušotine,

1. Ciklon primarnog čišćenja, 2. Prigušnik, 3. Ciklon sekundarnog čišćenja, 4. Sabirnik tečne frakcije, 5. Kolona glikola, 6. Sabirnik zasićenog glikola, 7. Pumpa, 8. Regeneracija glikola, 9. Rezervoar čistog glikola,

10. Pumpa, 11. Odvajač vode, 12. Postrojenje za sušenje gasa

POSTOJEĆE STANJE Mehanička separacija, zasnovana na razdva- janju čestica čvrstog, tečnog i gasovitog u polju iercionih sila, je dominantan oblik prima-rnnog tretmana prirodnog gasa. Za nas od posebnog interesa su procesi razdvajanja če-stica u polju centrifugalnog ubrzanja. Sile koje deluju na materijalnu česticu (slika 2.) su, /6/:

Slika 2. Dejstvujuće sile

Kada se govori o uticajnim veličinama, na proces separacije, izdvajaju se tri grupe karakteristika materijala koji čine mešavinu i toka fluida:

• Gustina, krupnoća i oblik čestica čvrstog; • Gustina, viskoznost, pritisak i

temperature gasa; • Brzina gasa

Zasnovano na gore navedenim uticajnim veličinama kretanje materijalne čestice, u polju gravitacionog ubrzanja, se može opisati sledećim zakonitostima:



Njutnov zakon, važi za čestice krupnoće 10÷100mm, Re>2x105, /20/:

( )

1c c o

to

g d ρ -ρ mc =1,74 , C=0,44ρ s

⋅ ⋅ ⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ (1)

Za čestice krupnoće 0,1÷10mm, Re=5x102 važi zakonitost:

( )

2

0,7141,6c c o

t 0,6 0,6o o

g d ρ -ρ m 18,5c = 0,072 , C=sρ η Re

⎡ ⎤⋅ ⋅ ⎡ ⎤⎢ ⎥⋅ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎣ ⎦⋅⎣ ⎦ (2)

Za čestice krupnoće 0,001÷0,1mm, Re<2, važi Stoksov zakon:

( )

3

2c c o

to o

g d ρ -ρ m 24c = , C=18 η ρ s Re⋅ ⋅ ⎡ ⎤

⎢ ⎥⋅ ⋅ ⎣ ⎦ (3)

U polju centrifugalnog ubrzanja važi, /5/:

( )3

2 2c c o

co o

r ω d ρ -ρ mc = , 18 η ρ s

⋅ ⋅ ⋅ ⎡ ⎤⎢ ⎥⋅ ⋅ ⎣ ⎦ (4)

Ovakva klasifikacija je validna za čestice krupnoće dč>0,1μm. Sitnije čestice ulaze u koliziju sa molekulima gasa (Braunovo kretanje) i nije ih moguće, ekonomski prihvatljivim postupcima, mehanički izdvojiti iz gasa.

Definisanje veličine čestica čvrstog je relativno lako, /5/. Definisanje veličine čestica tečne faze je složenije jer one lako menjaju veličinu (srastanjem) i oblik.

Gustina i viskoznost, prirodnog gasa, se lako definišu a tesno su povezane sa temperaturom i pritiskom tj. sa stanjem gasa.

Mogućnost dostizanja velikih brzina cc=Gcg gde je G gravitacioni faktor (G=1000÷ 300.000g) ističe centrifugalnu separaciju u prvi plan za poslove čišćenja prirodnog gasa.

Postrojenja koja se koriste za proces čišćenja gasa, centrifugalnom separacijom, mogu imati stacionarni ili rotirajući radni element.

U grupu postrojenja sa stacionarnim radnim elementom spadaju: cikloni i vrtložne cevi.

Ciklonski separatori (slika 3.), /8/, se odlikuju prostom konstrukcijom, mogućnostima kvalitetnog odvajanja čvrste i tečne frakcije u jednom ili višestrukom prolazu mešavine, itd.

Temperatura, gasa na ulazu u ciklonski separator, je od vitalnog značaja za kvalitet separacije. Sa temperaturom menja se stanje mešavine, formira se tečna faza, menja se viskoznost što uz brzinu rotacije i vreme zadržavanja mešavine, u separatoru značajno utiče na kvalitet odvajanja.

Vrtložni separatori (slika 4.), /16/, zasnovani na promeni temperature i pritiska u rotirajućem toku gasa (Rankov princip) svojom prostom konstrukcijom i mogu-ćnostima direktne ugradnje u cevovod se nameću kao povoljno rešenje za separaciju gasa.



Slika 3. Ciklonski separator Mešavina, 2. Kondezat, 3. Regulacioni ventil

Slika 4. Vrtložni separator, shema



Kretanje gasa u vrtložnoj cevi je složeno: radijalno, tangencijalno i aksijalno,. Pri velikoj razlici pritiska na ulazu (pu) i izlazu (pi) iz vrtložne cevi radijalna i aksijalna komponenta se mogu zanemariti a dominirajuća, tangencijalna komponenta (ct=rω), je osnovni izvor sile (centrifugalne) za separaciju u vrtložnim cevima. Pod dejstvom centrifugalne sile pritisak i temperatura gasa rastu od centra ka periferiji rotacije. Trenje, gasa o zid cevi, je dodatni izvor porasta temperature gasa. Posledica ovakvog stanja je da temperatura središnog dela struje gasa opada. Razlika u temperature, središnog i perifernog sloja gasa, je osnovni uzrok separacije kondezata iz gasa. Prednosti su prosta konstrukcija a nedostaci nizak stepen korisnog dejstva.

Primeri primene postojećih rešenja, centrifugalnih separatora (slika 5.), /15/, na poslovima tretmana mešavina mikrokapljice ulja-vazduh, mikročestice čvrstog-vazduh, ukazuju na mogućnost da se centrifugalni separatori mogu koristiti i na poslovima tretmana mešavina: prirodni gas-tečno-čvrsto.

Slika 5. Centrifugalni separator, /15/

Za postojeća i već primenjena rešenja, na gore navedenim poslovima, karakteristično je da:

• Imaju visok stepen odvajanja 98-99,5%; • Održavaju stabilan radni pritisak u

sistemu;

• Gas čiste na ekolološki prihvatljiv način, bez filtrirajućih elemenata koji se bacaju;

Laki su za eksploataciju i održavanje. Koristeći se postojećim iskustvima na primeni separatora na poslovima čišćenja mešavina: čvrsto-tečno-gasovito a radeći na razvoju prototipa novog tehničkog rešenja, separatora, autor je došao do zaključka da bi se, dole navedena, konstrukcija, mogla koristiti i za poslove tretmana prirodnog gasa.

NOVO TEHNIČKO REŠENJE

Kod ležišta koja su pri kraju eksploatacije (niskopritisna ležišta) izlazni pritisak je nedo- voljan za kvalitetnu separaciju a često ne- dovoljan i za dobijanje projektovanog protoka gasa. Dodatnim intervencijama (kompre- sorska eksploatacija gasa) postižu se bolji uslovi na ustima bušotine ali se troškovi eksploatacije značajno povećavaju.

Centrifugalni separator, koji se u ovom radu predlaže kao jedno od mogućih rešenja za ovaj problem, može imati dvostruku ulogu:

1. poboljšanje uslova na ustima bušotine, formiranjem usisnog podpritiska;

2. separacija i transport izvučenog gasa; Novo tehničko rešenje formirano je polazeći od sledećih zahteva, /4, 25/: • Separator će biti korišćen za primaran

tretman gasa na ležištima sa velikim sadržajem tečne frakcije;

• Separator bi trebalo da bude deo postrojenja za kontinualni proces separacije i transporta gasa i kondezata;

Realizacijom ovih zahteva formiran je prototip koji čine sledeće celine (slika 6.): rotor separatora, umetak od koničnih diskova, uređaj za distribuciju fluida, kompresor za transport gasa, pogonski motor sa frekventnim regulatorom brzine i prenosnikom snage, po- moćni uređaji i merno kontrolna oprema.

Rotor separatora je dodelni. Donja polutka, rotora sa umetkom, je preko kaišnog preno- snika povezana sa pogonskim motorom. Umetak u rotoru, svojim diskovima, deli radni prostor na tanje segmente u kojima se proces separacije odvija lakše tj. postiže se kvalitetnije odvajanje najfinijih čestica čvrstog i tečnog od gasa. Obodni venac, donje i gornje polutke rotora, formira radno kolo pumpe za hidraulični transport mešavine čvrsto-tečno. Pražnjenje rotora se kontroliše



otvaranjem-zatvaranjem zatvarača koji su deo konstrukcije rotora.

Slika 6. Centrifugalni separator-uzdužni presek

prototipa

Za donju polutku zavrtnjevima se vezuje gornja polutka rotora. Na nju se smešta radno kolo centrifugalnog kompresora za transport čistog gasa. Ugradnja radnog kola kompresora, u konstrukciju separatora, se opravdava olakšavanjem procesa usisavanja što je od posebnog značaja za usisavanje i tretman mešavina: čvrsto-tečno-gasovito, na ustima gasne bušotine. Zaptivanje obodnog venca rotora (radno kolo), radnog kola kompresora se ostvaruje mehaničkim zaptivači- ma. Ovi zaptivači su konstruktivno tako izvedeni da istovremeno imaju funkciju aksijalnih kliznih ležajeva. Podmazivanje kliznih prstenova je uljem u zatvorenom ciklusu cirkulacije. Ovakvim tehničkim rešenjem, u uslovima hidrodinamičkog plivanja kliznih prstenova, smanjeni su otpori trenja, obezbe- đena je mogućnost postizanje velikih brzina rotacije a stabilnost rotora je značajno pobo- ljšana, /25/.

U polju centrifugalnog ubrzanja (slika 7.) mešavina čvrsto-tečno-gasovito se razdvaja na sastavne komponente, /5/.

Tečna i čvrsta frakcija (mulj) zahvata se na najvećem prečniku, rotora, i radnim kolom pumpe se

transportuje do željenog mesta. Pražnjenje čvrste frakcije se kontroliše uređajem sa

zatvaračima koji je deo konstrukcije rotora. Ova kontrola je ručna, na prototipu, ali se predviđa automatizovan rad za industrijska postrojenja.

Najlakša frakcija (gas) zahvata se na mestu koje je najbliže osi rotacije i usmerava se ka radnom kolu centrifugalnog kompresora.

Slika 7. Kretanje materijalne čestice u procepu

između dva diska; FD-sila otpora, Fg-gravitaciona sila, Fc-centrifugalna sila, F-rezultanta,

Da bi, ovako prikazan proces, mogao sa uspehom da se odvija u konstrukciju separatora je uneto više inovativnih rešenja:

1. Obodni venac rotora je konstruisan kao radno kolo pumpe za transport mešavine čvrsto-tečno;

2. Mehaničkim zaptivačima se vrši zaptivanje radnih kola ali se vrši i aksijalno oslanjanje rotora;

3. Uvođenjem centrifugalnog radnog kola, u konstrukciju separatora, olakšava se usisavanje mešavina: čvrsto-tečno-gasovito.

Prednosti ovako formiranih rešenja su: • Centralnim napajanjem i

samousisavanjem moguće je • tretirati sve vrste mešavina; • Pogon više celina je jednim motorom; • Kombinovanim, radijalno-aksijalnim,

oslanjanjem moguće je realizovati velike brzine rotacije uz odličnu stabilnost rotora separatora.



U nedostatke treba navesti, složenu konstrukciju, skupu izradu kao i habanje elemenata, separatora, koji su u kontaktu sa čvrstim materijalom.

U sklopu ispitivanja prototipa na poslovima separacije i transporta hidromešavine ura- đena su i početna ispitivanja, malo promenjene konstrukcije (tabela 1.) na po-

slovima separacije mešavine vazduh-voda-čvrsto (mineralna prašina).

Ispitivanja su vršena pri n=5000min-1 a primarni cilj je bio da se definišu potencijali ovog rešenja i da se definiše uticaj protoka gasa na kvalitet odvajanja. Prvi rezultati, (tabela 2. i slika 8.), pokazuju veliki potencijal ovog tehničkog rešenja za primenu na poslovima tretmana prirodnog gasa.

Tabela 1. Karakteristike prototipa separatora

Zapremina rotora, cm3 Maksimalni poluprečnik rotora, m Poluprečnik umetka, r2 Visina umetka L, m Broj diskova umetka, Ns

Σ-faktor, m2 Poluprečnik venca separatora, m Poluprečnik radnog kola kompresora, m Broj obrtaja, n, o/min

1000 0,09 0,05 0,1 28 350-1000 0,09 0,05 3000-5000

Tabela 2. Karakteristike mešavine, vazduh-voda-čvrsto

Protok mešavine Gustina čvrstog Gustina vode Gustina vazduha Zapreminska koncetracija Čvrstog Vode Vazduha Gustina hidromešavine Protok vode Protok čvrstog Protok vazduha

qm=0-150 m3/h; ρs=2750 kg/m3 ρv=1000 kg/m3 ρv=1,25 kg/m3 CMč=0,6% CMv=2% CMo=97,4% ρm=37,4 kg/m2

qv=2,962m3/h qč=0,9 m3/h qo =146 m3/h

Slika 8. Zavisnost kvaliteta odvajanja od kapaciteta



DISKUSIJA I ZAKLJUČAK

Inovativno rešenje separatora, koje u ovom radu prikazujemo, nastalo je kao posledica kritičkog sagledavanjea postojećih rešenja, mašina i uređaja, koja se koriste za separaciju čvrstog od tečnog u pripremi gasa za transport, skladištenje i distribuciju. Osim konstruktivnih i tehnoloških parametara autor je naglasio teorijske postavke definisanja kapaciteta i kvaliteta separacije.

Kada se postavi pitanje šta je sa ciljem koji je projektnim zadatkom definisan možemo da konstatujemo da će: • Pri koncetraciji ulazne hidromešavine

(tečno+ čvrsto) Cm=2,6%, primarnim tretmanom (separacijom) bi trebalo da se izdvoji 95,4% čestica čvrstog i tečnog (36,2 kg/h). Ovo je ogroman napredak, u poređenju sa ranijim stanjem, kada je izdvajano 82,4% čestica čvrstog i tečnog.

• U zaostalom materijalu dominiraju čestice -2μm. Količina i krupnoća, čvrstog u očišćenom gasu, neće imati značajnijeg uticaja na dalji tehnološki process.

Treba napomenuti da je prototip separatora projektovan i urađen za druge namene (tretman hidromešavine) pa su dobijeni rezultati grublji od očekivanog.

Novo tehničko rešenje, koje u ovom radu prikazujemo, u poređenju sa postojećim rešenjima ima sledeće prednosti:

• Mogućnost samousisavanja što ga uz mogućnost kontinualnog

• transporta, produkata separacije, čini prihvatljivim za veći broj korisnika;

• Separatori uopšte, pa i ovo tehničko rešenje, poseduju mogućnosti dostizanja velikog ubrzanja (500÷30000g) što ih čini prihvatljivim za fina i ultrafina odvajanja;

• Postrojenja sa ovim separatorima su manjih dimenzija, prostije konstrukcije, što direktno utiče i na veličinu investicionih ulaganja;

• Kompresorsko kolo, koj je deo konstrukcije separatora proširuje oblast primene ovih separatora na tretman mešavina i transport čistog gasa

Analizom podataka, dobijenih testiranjem prototipa, otkrivaju se mogućnosti realizacije značajnih ušteda. Konačni rezultat bi bio bolji kvalitet gasa uz niže troškove.

Ovim se po našem mišljenju ne završavaju poslovi na ovom projektu. Dalju pažnju treba usmeriti na otklanjanje uočenih slabih mesta u konstrukciji separatora (mehanički zaptivači po- boljšanju konstrukcije kompresora i preciznijem definisanju njegovod kapaciteta). Takođe značajnu pažnju treba posvetiti definisanju uticaja dimenzija rotora i kompresorskog kola, broja obrtaja, temperature i pritiska, na kvalitet separacije. Finalni rezultat bi bio poboljšano tehničko rešenje koje bi pre- veli u industrijako postrojenje sa mogućnostima široke primene

Nomenclature A-površina, m2 c, c1, c2- brzine na prečnicima r, r1, r2, m/s cs- brzina, m/s cg- brzina taloženja (settling velocity), m/s cc- brzina taloženja, m/s CV –zapreminska koncetracija, % CM –masena koncetracija, % ds-prečnik čestice čvrstog,m g-gravitaciono ubrzanje, m-s2 G-faktor L-visina umetka, m n- broj obrtaja, min-1 N- broj diskova

qt, q-teorijski i stvarni protok,m3/s r, r1, r2-poluprečnik ,m V-zapremina rotora, m3

ηw, ηm -dinamička viskoznost vode i mešavine, Pas μ-efikasnost odvajanja ν-kinematička viskoznost m2/s ρw, ρs, ρm –gustina: vode, čvrstog, mešavine, kg/m3

ω-ugaona brzina, s-1

θ- ugao nagiba diska, (o) Σ-ekvivaletna površina, m2



LITERATURA

/1/ Afonin M.E., Belanin P.N. (1978) Novie centrobežnie ocistiteli dla gidrosistem, Vestnik masinostrojenia No 12, Moskva. (Russian).

/2/ Analysis of Low Density Particles using Differential Centrifugal Sedimentations, (2006) CPS Instruments, Netherlands

/3/ Axelsson, H. Madsen, B. (2003) Centrifuges, Sedimenting, Alfa Laval Separation AB, Tumba, Sweden.

/4/ Batalovic V., (2001) Centrifugalni separator sa kontinualnim bočnim pražnjenjem.

/5/ Batalovic, V. (2001) Centrifugalni separator sa pumpom za kontinualno bočno pražnjenje.

/6/ Batalovic, V. (2006) Hidraulički transport čvrstih materijala, Gorapress, Beograd;

/7/ Bazlov M.N., et. (1998), Podgotovka prironogo gaza i kondesata k transport, Nedra

/8/ Burns, R.T. Moody, L.B. (2005) Solids separator performance test results using the university of Tennessee testing protocol, The University of Tennessee, USA;

/9/ Clesceri L.S., Greenberg A.E., Eaton A.D. (1998) Standard Methods for the Examination of Waste and Wastewater Treatment, 20th Edition.United Book Press Inc., USA.

/10/ Fundamentals of gas solids/liquids separation, (2007) Mueller Enivironmetal Designs, Inc. Huston, Texas.

/11/ Gaseidnes K.,Turbeville J.( 1999) Separation of oil and water in oil spill recovery operations, Pure Appl. Chem., Vol. 71, No. 1, pp. 95–101.

/12/ Halter E. J. (1966) Separation Handbook 1st Ed.; Burgess Manning Company, USA.

/13/ Holm M., Madsen B. (2003) Research results advances in decanter centrifuges, Alfa Laval Copenhagen A/S, Søborg, Denmark.

/14/ Mondt E. (2005) Centrifugal Separator of Dispersed Phases, PhD Theses, Eindthoven Universiz Press.

/15/ New Dimensions in Treatment Systems–Separators (2007), GEA-Westfalia Separator.

/16/ Schweitzer, P. A. (1997) Handbook of Separation Tachniques for Chemical Engineers,

/17/ Šašić M. (1982), Transprt fluida cevima, Mašinski fakultet

/18/ The S-Separator Technical information for mineral oil treatment (2008), Alfa Laval Separation AB Tumba, Sweden

/19/ Van Der Linden J.P.(1987) Liquid-Liquid Separation in Disc Stack Centrifuges, Netherlands

/20/ Veizades H.G. (2004) Introduction to Gas Removal Systems and Liquid Ring Vacuum Pumps, Veizades & Associates, Inc., U.S.A.

/21/ Vortex Separator New Development and Redevelopment; (2003) Handbook, MP, California.

/22/ Wallac, L. (2004) Continuous Sedimanting Disc Centrifuges, Advan-Tech.

/23/ Volskij, E.L. (1990), Režim raboti Magistralnogo gazoprovoda.

/24/ McGraw Hill Company, Inc, USA

/25/ YU Patent 48851-P-216/94

/26/ YU Patent 48852-P-556/96.

GAS - LIQUIDS - SOLIDS SEPARATION

Many processes operations require the removal of entrained non-gas particles from multi-phase gas streams. The removal of these non-gas particles is the process in itself (capture of a valuable product) or the process of cleaning a gas stream in order to protect either stationary or rotating equipment from the harmful effects due to non-gas particles entering those devices.

Liquid non-gas particles can be generated from a pure gas due to a gas-liquid phase change occurring within a state change of the gas. Also the source of liquid particles can be a liquid phase (crude oil, water) in multi-phase stream from gas or oil well.

Solid phase, black powder, is a materials that collects in gas pipe line from: water, liquid hydrocarbons, salts, sands or dirts.



The removal of entrained non-gas particles from a multi-phase gas stream is a separation process.

Mechanical separation utilize particle motion in field of centrifugal acceleration.The existing separators have a lot of advantages but also a lot of disadvantages. In this article author present a new ethical solution which, in our opinion, has some advantages in comparation with the existing solutions.

The new technical solution (Figure 6.) formed based on the following requests: • The separator to be used for the treatment

of the three phase mixtures; • The separator should be part of the facility

for the continual separation process and the transport of clean gas and water.

Upon realizing these request, a prototype was formed consisting of the following sections: charging device, rotor separator with an insert consisting of conical discs, clean water transport pump, compressor, drive with frequent velocity regulator and power gear, ancillaries system and measuring equipment. In the field of centrifugal accelaration the mixture, solid-liquid-gas, is separated down to its basic components. The solid fraction and water (sludge) gets caught on the largest diameter of the rotor, goes through the impeller is transported to the desired place. The easiest fraction (gas) gets caught at the place closest to the rotation axis and is directed to the compressor.

The new technical solution, that we are hereby presenting, when compared to the existing solutions has the following advantages:

• The possibility of continual transport of the separation products, becomes acceptable to a great number of users;

• The separators in general have the possibility of achieving high level of accelaration (500÷300.000g), which makes it acceptable for fine and ultra-fine separations.

• The facilities with these separators are of smaller dimensions, simpler construction, which directly influences the amount of investments.

By analysing data, acquired by prototype testing, the possibilites of realizing significant savings have been noticed. It should be expected that by reducing the quantity of the solid and liquids in the gas, the quality of the final product will be improved.

The final result would be an improved technical solution that would be transferred to an industrial facility with a wide range of possibilities. Keywords: gas, separation, jet pump, separator Rad poslat na recenziju: 27.11.2009. Rad spreman za objavu: 05.12.2009.


Broj rada: 164 – 2009 V7/4

SSAAVVRREEMMEENNII KKOOMMPPOOZZIITTNNII MMAATTEERRIIJJAALLII UU PPRROOJJEEKKTTOOVVAANNJJUU II PPRROOIIZZVVOODDNNJJII

VVAAZZDDUUHHOOPPLLOOVVNNIIHH KKOONNSSTTRRUUKKCCIIJJAA

Mr Zoran Vasić, dipl. inž. Vojnotehnički Institut, Beograd

Prof. dr Zlatko Petrović, dipl. inž. Mašinski fakultet, Beograd

Kompozitni materijali se već dugi niz godina koriste u vazduhoplovstvu. Nesporne su prednosti kompozitnih struktura u odnosu na metalne vazduhoplovne strukture, kao što su: bolji odnos čvrstoće i mase, smanjeno vreme za održavanje tokom eksploatacije, produženi životni vek vazduhoplova, smanjen ukupan broj strukturalnih delova i manjih podsklopova, manji broj veznih elemenata, veća otpornost na koroziju i oštećenja usled zamora materijala, itd. U radu je prikazan kratak pregled korišćenja kompozitnih materijala u vojnom i u civilnom vazduhoplovstvu. Dat je pregled savremenih dostignuća u oblasti projektovanja, proizvodnje i obrade kompozitnih materijala. Prikazana su nova dostignuća u automatizaciji slaganja slojeva laminata, i to mašine sa više glava za polaganje slojeva laminata, označavanje i kontrolu rada. Objašnjen je postupak Resin Transfer Molding – RTM koji ima za cilj da eliminiše korišćenje preprega u proizvodnji i velikih rashladnih komora za hlađenje preprega. Istaknuta su nastojanja da se skupi autoklavi zamene jevtinijim pećima za polimerizaciju matrice-smole. Prikazana su nova dostignuća u obradi ugljeničnih kompozita, klasičnim bušenjem i orbitalnim bušenjem.

Ključne reči - vazduhoplovi, kompozitni materijali, projektovanje, proizvodnja, obrada

UVOD Tehnologija gradnje vazduhoplovnih struktura je u proteklih sto godina svog razvoja zatvorila krug kada je u pitanju oblik upotrebljenog materijala za izradu zmaja vazduhoplova. Pioniri vazduhoplovstva, su početkom dvade- setog veka svoje prve strukture aviona izrađivali od platna i lepka, uz malo ojačanja od metala. Usledio je zatim period od više decenija korišćenja lakih metalnih legura za izradu zmaja vazduhoplova, a poslednjih godina ponovo su aktuelne laminatne (kompozitne) strukture koje u osnovi imaju više slojeva platna u polimerizovanoj matrici (smoli).

Godinama projektanti strukture vazduhoplova imaju za cilj da kompletnu strukturu glavnih sklopova vazduhoplova, npr. krila ili trupa projektuju i izrade isključivo od savremenih kompozitnih materijala. Naravno, svaka ovakva ideja ima svoje pobornike ali i oponente. Pristalice kompozitnih struktura ističu da se izborom kompozitnih materijala povećava prostor u kabini trupa uz istovremeno povećanje performansi i smanjivanje otpora. Korist se može ogledati u odnosu čvrstoće i

mase, smanjenom vremenu za održavanje tokom eksploatacije, produženom životnom veku vazduhoplova, smanjenom ukupnom broju strukturalnih delova i manjih podsklopova i manjem broju veznih elemenata (manji je broj rupa na delovima pa je i vreme koje je neophodno za bušenje rupa ušteđeno).

Slika 1.- Izgled unutrašnjosti kompozitnog trupa

mlaznog aviona tokom izrade u firmi Grob, Švajcarska /10/

Z. Vasić i dr. – Savremeni kompozitni materijali u projektovanju i proizvodnji vazduhoplovnih konstrukcija


Posebna prednost ogleda se u činjenici da kompozitne strukture napravljene od savremenih kompozitnih materijala imaju veću otpornost na koroziju i oštećenja usled zamora materijala, u poređenju sa metalnim konstrukcijama.

KOMPOZITNI MATERIJALI U VOJNOM I CIVILNOM VAZDUHOPLOVSTVU

U svetu se sve više vazduhoplovnih programa bazira na korišćenju kompozitnih materijala. Kompozitni materijali osvajaju vojne i civilne avione i helikoptere. Posebna primena je za bespilotne letelice kod kojih su kompoziti već godinama glavni konstruktivni materijal zmaja letelica.

Vojni vazduhoplovi koriste kompozitne materijale već nekoliko desetina godina, ali je ukupna količična kompozitnih materijala koja je ugrađe- na u vojne vazduhoplove relativno mala, s obzirom na ograničen broj proizvedenih vojnih vazduhoplova. Počevši od ranih devedesetih godina prošlog veka pa do danas primetan je trend u smanjenju procentualnog učešća kom-pozita u strukturi vojnih borbenih vazduhoplova, /9/. Danas, kada je u pitanju projektovanje vojnih vazduhoplova, preovladava filozofija da se kompoziti koriste u onoj meri koja omo-gućava da se ostvari sklad između pristup-ačnosti (cene) i performansi koje kompoziti ostvaruju. Na primer, najskorije razvijeni i proizvedeni američki borbeni avioni: F/A-18E/F, F-22 i F-35 imaju smanjenu ukupnu količinu kompozita nego što bi se za takve avione moglo očekivati pre desetak godina. Kod ovih aviona sve spoljne površine trupa, krila i repova su izrađene ili prekrivene kompozitnim oplatama iz razloga smanjenja mase, veće otpornosti na koroziju i zamor materijala. Međutim, unutrašnja struktura borbenih aviona je izrađena od lakih metalnih legura. Četiri faktora utiču da se kompoziti u sadašnjem procentu ugrađuju u borbene avione, /9/:

• Promena u filozofiji projektovanja aviona od performansi, kao ranije najbitnijem faktoru koji treba ispuniti, ka filozofiji da su bitniji faktori pristupačnost (cena) i performanse, zajedno.

• Borbeni avioni nisu tako projektovani da u potpunosti iskoriste sve pozitivne osobine kompozitnih materijala, jer se avioni još uvek projektuju kao da su potpuno metalni. Drugim rečima današnji vodeći projektanti još uvek avion doživljavaju kao metalni proizvod. Današnji projektanti projektuju avion onako kako bi avion od lakih metalnih

legura trebalo da bude projektovan, ali uz korišćenje kompozita. Čak i kad projektanti načine pomak u primeni kompozita umesto metala za neke sklopove, ipak pribegavaju korišćenju ''utabanih'' staza kada se analiziraju važniji (metalni) spojevi i strukturni elementi.

• Potreban je dugogodišnji razvoj i mnogo uloženih sredstava za dobijanje željenog kompozitnog materijala sa odgovarajućim karakteristikama za odabranu svrhu.

• Kompozitni materijali su kasnije počeli da se razvijaju od legura lakih metala, pa je njihova primena na borbenim avionima u početku bila sporedna. Kasnije se, tokom razvoja, njihova primena veoma proširila, dok se danas njihova primena bitno smanjila.

Dalja primena kompozitnih materijala na borbenim avionima u novim uslovima zavisiće od: a) osvajanja i usvajanja novih tehnologija proizvodnje kompozita i njihove primene na novim konstrukcijama i b) smanjenja vremena izrade velikih kompozitnih sklopova i cene korišćenja novih materijala primenom novih metoda proizvodnje kompozitnih sklopova.

U civilnom vazduhoplovstvu se poslednjih godina planira ekstenzivnija upotreba kompo-zitnih materijala. Time se otvara jedno novo poglavlje u primeni kompozitnih materijala kada će se mnogo veći delovi i sklopovi (ceo trup, krilo) izrađivati od kompozita i to u mnogo većoj seriji nego što je bio slučaj kod proizvodnje vojnih aviona. (Kao primer, proizvodnja i organizacija proizvodnje delova i sklopova američkog aviona bombardera V2 koji je izrađen u količini do 20 aviona je sasvim različito od proizvodnje aviona F-35 JSF čija je proizvodnja projektovana za 20 jedinica mesečno.) Takođe, treba imati u vidu da su putnički civilni avioni po svojim gabaritima mnogo veći od vojnih borbenih aviona, te će proizvodnja i potrošnja savremenih kompozitnih materijala u perspektivi biti mnogo veća nego danas. Sa povećanjem obima proizvodnje tehnolozi u proizvodnim pogonima vazduho-plovnih delova se suočavaju sa problemom organizacije proizvodnje kompozitnih delova masovnim slaganjem kompozitnih platna ili preprega umesto korišćenjem davno usvojenih postupaka proizvodnje delova od aluminijum-skih legura, /3/.



Slika 2. Udeo različitih materijala u izradi

konstrukcije aviona A380 /11/

Danas vodeći svetski proizvođači vazduhoplova Boing (Boeing) i Erbas (Airbus) za izradu zmaja svojih novih aviona predviđaju kompozitne laminatne strukture ugljeničnog ili nekog drugog sastava u polimerizovanoj smoli. Boing je za novi putnički avion B-787 predvideo da se skoro 100% oplata trupa izrađuje od ugljeničnih kompozita (ugljenični prepreg i epoksi smola) a ukupno 50% na celom avionu biće zastupljeni kompozitni materijali /10/. Kod novog vojnog transportnog aviona Erbas A400M predviđeno je da se glavni i sekundarni delovi krila izrađuju takođe od ugljeničnih kompozita. Za novi putnički avion Erbas A350XWB, takođe, predviđeno je da 53% strukture bude izrađeno od kompozitnih materijala.

PROJEKTOVANJE I INTEGRACIJA SA PROIZVODNJOM

Projektovanje kompozitnih delova i sklopova danas je mnogo olakšano razvojem savremenih CAD softvera koji imaju posebne module za kreiranje svakog pojedinog sloja kompozitnog dela, uključujući i sendvič konstrukcije. Proje- ktant može da koristi određene materijale iz ranije formiranih kataloga materijala sa svim njihovim mehaničkim i fizičkim karakteristikama. Slojeve izabranog materijala projektant vezuje za ranije oblikovane trodimenzionalne entitete (solid ili površinski model), /13/. Trenutno je na tržištu najkompletniji softver za projektovanje složenih kompozitnih delova softver CATIA firme Dassault Systemes.

Poboljšanja u proizvodnji kompozitnih sklopova su ostvarena zahvaljujući tehnološkim inova-cijama koje su omogućile da se originalan i isti CAD softver koji se koristi tokom procesa projektovanja koristi za definisanje parametara

u proizvodnji. Korišćenjem originalnih datoteka koje je prethodno koristio projektant tokom projektovanja nekog sklopa za kreiranje pro-izvodnih parametara mašina u fabrici eliminiše višestruko pretvaranje projektnih parametara datih u jednom obliku u druge oblike koje je ranije zahtevao proizvodni postupak fabrike (npr. ručno slaganje slojeva laminata ili malo-serijsko automatizovano mašinsko slaganje). Neki od vodećih svetskih proizvođača sofi-sticiranih mašina za slaganje slojeva laminata su se oslonile na CAD/CAM softver za proje-ktovanje i izradu CATIA. Istovremeno su za operativne sisteme svojih novih mašina umesto Unix-a izabrale rasprostranjeniji Microsoft Windows.

PROIZVODNJA

Uslov za proizvodnju vazduhoplovnih struktura od kompozita je da uloženi rad, vreme i novac ne budu veći od postojećih. Ovo znači da je za izradu kompozitnih struktura neophodno povećati obim proizvodnje ovakvih sklopova bez dogradnje novih proizvodnih prostora, jer se proširenje fabričkih postrojenja ni po ceni, ni po vremenskom ciklusu izrade ne može opravdati savremenim zahtevima tržišta. Kao primer može se videti kako izgleda proces proizvodnje kompozitnih delova razložen na niz aktivnosti gde se zapaža da najviše vremena se troši na proces slaganja slojeva kompozita i to 42%, /4/. Takođe, prema sadašnjem tehnolo- škom nivou proizvođača kompozitnih sklopova, nemoguće je proizvoditi veći obim kompozitnih vazduhoplovnih sklopova bez negativnog uticaja na kvalitet. Kao jedini mogući izlaz iz ovakve situacije vidi se u povećanoj automatizaciji izrade.

Slika 3. Savremeni CAD softver za projektovanje

kompozitnih struktura /13/



Automatizacija kao izlaz se vidi ne samo u proizvodnom procesu, nego i pre, tokom proce-sa projektovanja, gde se papirna konstruktivna dokumentacija koju danas poznajemo mora zameniti elektronskom. Izvesna dostignuća u oblasti upravljanja podacima proizvoda (Product Data Management – PDM) i upravljanja životnim ciklusom proizvoda (Product Lifecycle Management – PLM) su ostvarena, a novoformirani softveri iz ovih obla-sti već se koriste na mnogim vazduhoplovnim projektima.

Slika 4. Proces proizvodnje kompozitnih delova

razložen na niz aktivnosti /4/

Savremenim zahtevima za izradu velikog broja vazduhoplovnih kompozitnih sklopova ne mogu da odgovore proizvođači koji za izradu kompozitnih sklopova koriste slabo automati-zovan i, naročito, ručni postupak slaganja sloje-va kompozitnih platna ili preprega. Obim proi-zvodnje za velike proizvođače aviona kao što su Boing i Erbas (sa mesečnom proizvodnjom oko 40 primeraka aviona B-737 ili A320) zahteva da proizvođači kompozitnih sklopova postignu brzinu slaganja slojeva kompozita od oko 50kg na sat. Imajući u vidu da su debljine pojedinih slojeva kompozita koje se koriste za izradu vazduhoplovnih struktura najčešće od 0,1 do oko 0,3mm, lako je zaključiti koje su količine platna ili preprega neophodne nekom proizvođaču da obezbedi kako bi osigurao dnevnu proizvodnju.

U napore za obezbeđenje uslova za povećanu proizvodnju uključili su se i proizvođači automatizovanih mašina za polaganje platna ili preprega. Tako su svetski poznate firme za izradu visokokvalitetnih mašina za mašinsku obradu lakih legura ili čelika, npr. Cincinnati Machines ili Forest Line, osvojile izradu mašina sa više glava za polaganje slojeva kompozita koje su veoma brze i ne zauzimaju više prostora od identičnih sporih mašina sa jednom glavom za slaganje slojeva. U tome ih prate i

druge firme (npr. Siemens) koje izrađuju softvere za sisteme koje računarski upravljaju mašinama za slaganje slojeva. Softveri koriste trodimenzionalne CAD solid modele kao polaznu osnovu i transformišu ih u program koji upravlja mašinom za slaganje laminata. Tako se softverom omogućava da se projektovani deo uz pomoć CAD sistema pogodnim putem pretvori u niz operacija slaganja slojeva, koje na kraju procesa izrade kao rezultat daju stvarni kompozitni deo, /3/.

Jedna od najnovijih razvojnih mogućnosti je prelaz na sedmo-osne mašine sa više glava za polaganje slojeva kompozita. Dodatne ose za upravljanje računarom su potrebne da ostvare odgovarajući pritisak valjka na položeni laminat i kalup. Ovim se povećava obim i tačnost izra-de. Prema kompleksnosti kompozitnog dela koji treba izraditi mašina sa više glava koristi uže ili šire trake platna ili preprega, koje mogu biti širine oko 6mm za veoma komplikovane delove. Sa druge strane, za veće delove koji nema-ju kompleksne oblike mašine mogu da polažu šire trake u svakom prolazu. Pri ovakvom slaganju slojeva mašine sa više glava pokazuju punu svoju efikasnost jer one omogućavaju da se veća količina kompozita položi na kalup.

Primer uspešne saradnje između firmi Forest-Line i Coriolis rezultirao je u izradi mašine za automatsko polaganje ugljeničnih preprega u trakama širine 6,35mm ekstremne preciznosti. Ovakva mašina je u stanju da na veoma kom-pleksnim površinama polaže do 8kg preprega na sat (slika 5.).

Dodatna funkcija koja se na nove mašine sa više glava za slaganje laminata dodaje je nož za sečenje traka. Ovim se omogućuje kom-paktnost sistema koji slaže slojeva laminata i seče ih na potrebnu dužinu. Neke od mašina imaju mogućnost označavanja pojedinih slojeva (ink-jet štampačima) u vidu linija bar-koda ili posebnim simbolima,

Slika 5. Automatizacija procesa slaganja kompozita

povećava efikasnost u proizvodnji



čime se eliminiše naknadno tehnološko vreme, čime se znatno štedi na vremenu, a greške se eliminišu.

Trenutno u svetu postoji samo 100 sofisticiranih numeričkih računarski upravljivih mašina koje slaganjem laminata proizvode jednostavnije ili kompleksnije kompozitne delove. Pogodnim aplikativnim softverima poboljšana je i pojednostavljena upotreba ovih mašina, tako da se i složeniji kompozitni delovi sa kompleksnim konturama i promenljivom debljinom mogu izrađivati već posle nekoliko dana obuke, a da škart bude u prihvatljivih 2%. Trenutno se specijalizovanim mašinama sa više glava za polaganje laminata u kalupe priozvođača MAG Cincinnati proizvode kompozitni delovi i sklopovi za trup aviona Boing B-787 i Erbas A380 i drugih manjih. Proizvođač Hawker Beechcraft trup svog poslovnog mlaznog aviona Premier1 takođe proizvodi mašinama istog proizvođača što je omogućilo da je masa kompozitnog trupa za 20% manja nego da je proizvedena od legura aluminijuma. Takođe je značajno smanjen ukupan broj strukturalnih delova i manjih podsklopova sa 3000 delova (u varijanti izrade od metala) na samo dva dela (u varijanti izrade od kompozita).

Slika 6.Izgled mašine Forest Line sa ugrađenim CNC softverom /2/

Kvalitativna kontrola već složenih laminata u alatima je takođe promenjena, modernizovana i automatizovana. Tradicionalni pristup kontroli u malo-serijskoj proizvodnji se sastoji u korišćenju šablona koji se ručno postavljaju na laminat čime se proveravaju potrebne mere. Na novim mašinama ugrađeni su laseri koji kontrolišu tačnost spoljnih ivica laminata.

SAVREMENI PRISTUP PROIZVODNJI VAZDUHOPLOVNIH KOMPOZITNIH KONSTRUKCIJA

Proizvođači koji u velikoserijskoj proizvodnji izrađuju kompozitne sklopove velikih gabarita korišćenjem preprega (pre-impregnated dry fabric with resin - prethodno impregnirana platna smolom) i naknadnim tretiranjem u velikim autoklavima suočeni su sa problemom čuvanja velikih količina preprega u hladnim komorama - hladnjacima i njihovim ograniče-nim vremenom skladištenja. Kada se standa-rdnim postupkom slaganja velikog broja slojeva preprega formira konstrukcija, npr. krila, faktor vreme postaje ključan zato što se tada nekoliko tona prepreg materijala (debljine i do desetog dela milimetra) mora nabaviti, uskladištiti u hladnim komorama i pripremiti u kratkom roku, a zatim složiti na kalup krila prema dokume- ntaciji i da se pri tom ne prekorači vreme za koje se materijal preprega može upotrebiti, /10/.

Slika 7. Izgled mašine sa više glava za polaganje

kompozita MAG Cincinnati Viper /4/

Korišćenjem slojeva unidirekcinoog platna ili tkanja bez smole materijal se prvo složi u kalup a zatim se ubrizgava predviđena smola. Tek nakon ubrizgavanja smole počinje proces polimerizacije, što znatno produžuje vreme za koje se materijal može upotrebiti. Takođe, i proces slaganja slojeva laminata (bez smole) u alat nije više ograničen kratkim vremenom upotrebljivosti preprega. Ovaj način slaganja slojeva platna sa nakandnim kontrolisanim ubrizgavanjem smole u kalup je u literaturi poznat pod nazivom Resin Transfer Molding – RTM. Ovaj postupak ne zahteva od proizvođača da poseduje velike hladne komore



za smeštaj preprega, kao ni autoklave za polimerizaciju smole. Ovim postupkom se proizvode sklopovi zadovoljavajućeg kvaliteta i dimenzija u velikoserijskoj proizvodnji, što je i cilj velikih svetskih proizvođača. RTM postupak proizvodnje kompozitnih sklopova omogućava formiranje sklopova sa manjim brojem delova, smanjenje vremena izrade, materijala i ukupne cene, a pogodnim dizajnom omogućava da se eliminišu mnogi od do sada uobičajenih radnih postupaka.

Dalje usavršavanje RTM postupka proizvodnje kompozitnih sklopova je proizvodnja što većih integralnih kompozitnih struktura uz potpunu kontrolu tolerancija tako da, kada se proizvedeni veliki kompozitni sklopovi spoje u veće sklopove, nije potrebno naknadno dorađivati sklopove ili ugrađivati dodatne međuelemente koji bi poništili zazore zbog nedovoljno tačne izrade (šimovanje).

Unapređenja proizvodnje kompozitnih sklopova se odnose i na kvalitet i materijal kalupa-alata za slaganje slojeva kompozita. Glomazni i teški metalni kalupi zamenjeni su kompozitnim kalupima. Kontrolisanim upravljanjem tempera- turne ekspanzije kalupa može da se u potpunosti utiče na završne dimenzije kompozitnog sklopa (debljina sklopa i poklapanje sa zadatom teorijskom konturom). Koeficijent termičke ekspanzije kompozita od koga su napravljeni kalupi je (približno) isti kao i samog laminata koji se nalaz u kalupu, dok je značajno različit kod kalupa napravljenih od metala (čelika ili aluminijuma). Masa kompozitnih kalupa je značajno manja od metalnih kalupa, što može da bude od velikog značaja kada se izrađuju veći kompozitni sklopovi.

Još jedno polje gde je moguće uticati na efikasnost i brzinu izrade kompozitnih struktura je razvoj takvih materijala i procesa koji će obezbediti izradu bez korišćenja autoklava /9/. Autoklavi su po svojoj prirodi masivni i skupi. Trenutno se u vodećim razvojnim centrima u svetu radi na takvom procesu izrade kompozitnih struktura koji će obezbediti izradu bez korišćenja autoklava. Postupak se sastoji u tome da već složeni slojevi preprega ili platna sa matricom (smolom) se prekrivaju vakuumsk- im prekrivkama i zagrevaju u običnim pećima sa kontrolisanom temperaturom. Takve peći su značajno jevtinije za nabavku i održavanje od skupih autoklava. Dok je kod autoklava neophodno ostvariti pritisak od oko 5÷8 bara, kod običnih peći je dovoljno da se postigne pritisak od 1 bara. Dalje, u procesu proizvodnje

autoklavi su usko grlo u velikoserijskoj proizvodnji, jer svi kompozitni sklopovi moraju da prođu kroz njih. S obzirom da su obične peći jevtinije, moguće je, nabavkom više jedinica, ostvariti paralelnu proizvodnju, bez stvaranja uskih grla u lancu proizvodnje. Imajući sve ovo u vidu, proizvođači su počeli da proizvode takve preprege i platna za koje nije potrebno tretiranje u autoklavu. Npr., firma Hexcel Composites je uvrstila u svoj proizvodni asortiman tzv. sistem preprega HexPly M56 namenjen za izradu sekundarnih vazduhoplovnih struktura uz polimerizaciju u običnim pećima. Prepreg Hex- Ply M56 je dostupan sa ugljeničnim ili staklenim tkanjem ili ugljeničnim unidirekcionim platnima, metalnim mat ojačanjem (nitima) i pogodan je za manuelno slaganje ili automatizovano mašinsko slaganje. Temperatura polimerizacije je 180

oC. Sličan sistem preprega proizvodi

firma Cytec pod nazivom Cycom 5320, a firma ACG proizvodi sistem MTM

44 za istu namenu.

Slika 8. Izgled rupe u kompozitnoj strukturi sa

primerima mogućih nepravilnosti /6/

DALJI RAZVOJ KOMPOZITNIH STRUKTURA I EKSPLOATACIJA

Razvoj kompozitnih vazduhoplovnih struktura ide u smeru sofisticiranih struktura koje će u sebi imati ugrađene senzore koji signaliziraju promene koje se dešavaju unutar same kompozitne strukture. Uočeno je da pojedine pojave koje se dešavaju tokom eksploatacije unutar kompozitnih struktura nemaju svoju manifestaciju na spoljašnjoj površini strukture. To se prvenstveno odnosi na pojavu delaminacije između unutrašnjih slojeva laminata.

Drugo polje razvoja i unapređenja kompozitnih struktura odnosi se na mehaničko spajanje kompozitnih struktura sa metalnim. Sam proces bušenja rupa u kompozitnim strukturama ih oslabljuje a sama rupa postaje mesto za pojavu inicijalnih prskotina. Sa druge strane, spoj različitih materijala na mestu spoja može



vremenom da izazove pojavu korozije na metalnim strukturama. Trenutna istraživanja u svetu idu u smeru da se polimerizacijom formiraju veliki kompozitni sklopovi zajedno za metalnim delovima (okovima i sl.), a bez me- haničkih veznih elemenata.

Slika 9. Manji ugao vrha burgije pravi manju delaminaciju i kvalitetnije rupe na izlazu /11/

Ova nastojanja su već primenjena na lako opterećenim sekundarnim vazduhoplovnim strukturama, a samo je pitanje vremena kada će biti primenjena i na primarnim strukturama.

OBRADA KOMPOZITNIH STRUKTURA

Najviše i najčešće korišćeni kompozitni mate-rijali u vazduhoplovstvu poslednjih godina su na bazi ugljeničnih vlakana i epoksi smole. Iako poseduju veoma dobre mehaničke osobine i veliku zateznu čvrstoću ovi polimeri imaju takvu strukturu koja ih čini teškim za tačnu, kvalitetnu i preciznu mašinsku obradu, /11/. Dok je maši-nska obrada metala kao što su čelik ili legure aluminijuma (zahvaljujući dobrim reznim osobi- nama i ravnomernom formiranju strugo- tine) dostigla nivo koji ostvaruje željene tolerancije, mašinska obrada kompozita je mnogo komple- ksniji problem. Kompozitni materijali na bazi ugljeničnih vlakana i epoksi smole deluju kao abraziv koji skraćuje vek reznog alata, /6/. Mehaničkom obradom ovi kompozitni materijali često stvaraju ugljeničnu prašinu, a ne strugo- tinu kao metali, koja slabo odvodi toplotu što sa svoje strane omogućava da se matrica neželje- no topi zbog pregrevanja.

Tokom mašinske obrade kompozita dolazi do loma i krzanja vlakana i matrice (smole) usled dejstva sila pritiska i savijanja nastalih prodorom reznog alata u materijal. Usled bržeg habanja reznog alata pri obradi kompozitnih materijala dolazi do većeg cepanja vlakana na površinskim slojevima kompozitnog dela (površinski lom vlakana), do povećanog broja

neizrezanih vlakana i matrice (savijanje bez loma) i delaminacije (razdvajanja slojeva) na površini ili unutrašnjim zidovima rupa.

Bušenje rupa za vezne elemente

Najveći problem koji se javlja tokom bušenja rupa je delaminacija. Najčešće se javlja u trenutku kada rezni alat ili burgija izlazi iz materijala koji buši kada aksijalne sile vrše pritisak na izlazne slojeve laminata kompozita. Ova poj- ava se javlja i na samom početku procesa bušenja kada spoljni deo reznog alata usled velike obodne brzine započinje proces sečenja vlakana. Istraživanja, /11/, su pokazala da na kvalitet mašinske obrade kompozitnih materijala i vek reznog alata najviše utiču sledeći parametri: • Geometrija reznog alata • Parametri rezanja/bušenja • Materijal reznog alata • Površinska obrada ili zaštita reznog alata.

Slika 10. Veći ugao vrha burgije rezultuje u boljim

površinama rupa, bez neisečenih vlakana /11/

Izbor ugla na vrhu burgije zavisi od toga koji problem u bušenju kompozita treba da se kontroliše. Manji ugao na vrhu (<90

o) uzrokuje

bolji izlaz burgije iz kompozita i bolji kvalitet rupe na izlazu, dok veći ugao (>90

o) uzrokuje

bolji kvalitet ivica rupe (sa manje delaminacije i loma vlakana).

Brzina habanja reznog alata ili burgije zavisi najviše od materijala od kog je izrađen alat i od površinske obrade ili zaštite. Dijamantom ojačani sloj burgije pokazao je povećanje životnog veka alata deset puta u odnosu na ne- zaštićen ugljenični čelik.

Drugi način rešavanja problema bušenja ugljeničnih kompozitnih struktura umesto klasi- čnog bušenja je tzv. orbitalno bušenje, /9/. Ovaj



način mašinske obrade podrazumeva manji prečnik reznog alata od prečnika rupe koja treba da se izbuši, a površina rupe koja se obrađuje je samo povremeno u kontaktu sa reznim alatom. Ovakva obrada formira manje špona, a za bušenje rupa potrebna je manja aksijalna sila nego kod klasičnog bušenja. Stvaranje manje količine špona, u kombinaciji sa manjim prečnikom alata od rupe omogućava efikasno otklanjanje produkata obrade uz pomoć vakuuma. Brzo otkanjanje produkata obrade, sa druge strane, onemogućava štetno zagrevanje alata i kompozita te smanjuje rizik od topljenja matrice (smole). S obzirom da je površina kompozita koja se obrađuje samo povremeno u kontaktu sa alatom omogućeno je njeno bolje hlađenje i bušenje rupa bez rashla- dne tečnosti. Ovo sa druge strane produžava vek alata, smanjujući ukupnu cenu proizvodnje. U nekim slučajevima, neophodna je minimalna količina sredstva za podmazivanje u cilju smanjenja trenja.

Slika 11. Primer orbitalnog (planetarnog) bušenja

kompozitne i metalne strukture /12/

Na slici 11. dat je prikaz različitih alata za bušenje otvora za vezne elemente u kompozi- nim strukturama. Primetno je da različiti proizvođači imaju različit pristup rešavanju problema bušenja kompozitnih struktura, pa je stoga i geometrija reznog alata različita, od proizvođača do proizvođača. Za razliku od

obrade metala, kompozitni materijali imaju mnogo više nepoznanica ili parametara koji variraju od konkretnog dela strukture, kao što su materijal samog kompozita (ojačanje i matri-ca), broj slojeva platna, smer pojedinih slojeva, itd. Stoga proizvođači uglavnom nemaju utvrđe- ne kataloge alata za obradu kompozita, već većinu alata specijano proizvode za svaku ko- nkretnu kompozitnu konstrukciju.

Manja aksijalna sila potrebna prilikom orbitalnog bušenja smanjuje mogućnost pojave delaminacije (raslojavanja slojeva kompozita) i neželjenog savijanja tankih kompozitnih struktura u toku bušenja.

Novi prenosni sistem za orbitalno bušenje (firme Novator, /12/, slika 13.) razvijen je za potrebe proizvodnje aviona B-787 i sastoji se od sledećih sklopova:

Titanijum

Slojevi kompozita • Orbitalna jedinica za bušenje • Fiksator glave za bušenje • Elektro-pneumatska jedinica za napajanje • Računar sa softverom za optimizaciju

parametara bušenja • Kontroler kretanja jedinice za bušenje • Sistem za identifikaciju pozicija rupa.

Slika 12. a) Parabolična burgija firme Onsrud /6/; б)

Kennametal-ove burgije proizvode minimum delaminacije na ulazu i na izlazu /11/; в) Amamco

burgija sa volframom na vrhu i karakterističnog oblika /2/

Prenosni sistem izvršava softverski opti-mizovano istovremeno bušenje kompozitnih (ugljeničnih) i metalnih struktura ostvarujući



komplikovane režime brzine bušenja, prilaza i zahvata alata. Ovaj sistem omogućava kvalitetno bušenje sklopova kompozitnih i metalnih struktura bez potrebe da se nakon bušenja strukture razdvajaju i čiste od produkata buše- nja, bilo da je reč o česticama kompozitnih i metalnih struktura, ili tečnosti za hlađenje ili podmazivanje.

Slika 13. Izgled prenosnog sistema za orbitalno

bušenje; bušenje rupa pri montaži

Opsecanje izrađenih kompozitnih delova

Opsecanje ili tzv. trimovanje izrađenih kompozitnih delova se izvodi nakon završene polimerizacije matrice i neophodno je zbog razloga što se tokom proizvodnje kompozitnih delova slaganje slojeva kompozitnog platna vrši na način da svi slojevi kompozitnog platna budu širi i duži od zahtevanih dimenzija dela koji se proizvodi. Dovođenje na potrebnu konstruktivnu meru se izvodi opsecanjem koje se može izvršiti na više načina.

Standardan način opsecanja podrazumeva mašinsku obradu posebnim alatima. Kao što je ranije rečeno mapinska obrada najčešće uzrokuje cepanje i delaminaciju slojeva kompozita u zoni mašinske obrade. Kompozitni materijali, kao anizotropni materijali, se pri mašinskoj obradi relativno dobro ponašaju kada slojevi kompozitnog platna zaklapaju ugao od 90

0 u odnosu na rezni alat. Svaki drugi sloj

kompozita koji ima različit ugao u odnosu na rezni alat pokazuje znake cepanja ili delaminacije. Poslednja iskustva u obradi kompozitnih delova su pokazala da se umesto rezanjem bolji rezultati pokazuju kontrolisanim lomom slojeva kompozita. Kontrolisani lom se može izvesti korišćenjem postupka sečenja vodenim mlazom (waterjet cutting) kome je dodat abraziv u vidu dodatih mikroskopskih čestica minerala dragog kamena granata, /5/. Skorija iskustva pokazuju da se korišćenjem mlaza prečnika 1mm i pritiskom 4000 bara postiže 75 puta brže sečenje kompozita nego korišćenjem reznog alata prečnika 10mm koji se obrće brzinom od 15000 obrtaja u minuti. Pri tom se ne stvara temperatura koja bi dovela do

topljenja matrice, nema mikroskopskih pukotina na slojevima kompozita ili delaminacije slojeva.

Firma Flow je izradila šestoosni obradni centar za obradu kompozitnih delova na bazi vodenog mlaza sa abrazivom koja se danas upotrebljava u firmi Mitsubishi za sečenje velikih kompozitnih delova aviona Boeing 787, kao što su oplate krila, oplate krme pravca, ramenjača krila i repova, oplate trupa i napadne ivice krila, itd. Obradni centar ima radni sto dužine 36m i širine 9m koji ima fleksibilni sistem za prilagođavanje obradne glave sa vodenim mlazom i računarski kontrolisane aktuatore, sve u cilju da se sklop obratka i obradne glave održi stabilnim.

Slika 14. Flow obradni centar sa glavom za sečenje kompozita vodenim mlazom i abrazivom sa radnim

stolom dužine 36 metara /5/

ZAKLJUČAK

Nesporna je uloga koju savremeni kompozitni materijali imaju u savremenom vazduho-plovstvu. Njihovom primenom vazduhoplovi su postali bezbedniji, brži, možda skuplji za izradu ali jevtiniji u eksploataciji, itd. Strana iskustva pokazuju da je neophodna automatizacija procesa izrade ako se želi dobiti jevtinija a kvalitetnija kompozitna struktura. Primena kompozitnih materijala na borbenim avionima u budućnosti zavisiće od osvajanja i usvajanja novih tehnologija proizvodnje kompozita i njihove primene na novim konstrukcijama, kao i smanjenja vremena izrade velikih kompozitnih sklopova i cene korišćenja novih materijala primenom novih metoda proizvodnje. Istovre- meno, sadašnje i nove generacije projektanata nužno će se prilagoditi filozofiji projektovanja kompozitnih vazduhoplovnih struktura.

Daljim razvojem u oblasti automatizacije i robotizacije proizvodnje kompozitnih delova i sklopova neminovno će se primena kompozitnih struktura sa vazduhoplovstva raširiti i na druge grane, kao što su automobilska industrija, brodogradnja i drugo.



LITERATURA

/1/ Birch S., Aerospace proves its metal, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 40-43, June 2008.

/2/ Costlow T., Composite designs benefit from blending, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 16-19, June 2009.

/3/ Costlow T., Light material brings heavy challenges, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 36-39, January/February 2008.

/4/ Gardner R., Automation in composite manufacturing, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 26-28, June 2009.

/5/ Michael M., Precision Cutting, Aviation Week & Space Technology, Page 50-51, September 7, 2009.

/6/ Morey B., The edge on cutting aerospace composites, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 10-15, August 2009.

/7/ Ott J., Cloth and Glue, Aviation Week & Space Technology, Page 44, January 19, 2009.

/8/ Perrett B., Keeping Secrets, Aviation Week & Space Technology, Page 39-40, February 9, 2009.

/9/ Rosenberg B., Composites come clean, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 32-35, October 2008.

/10/ Rosenberg B., Carbon fiber gets bigger footprint, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 28-31, April 2008.

/11/ Sampath K., Wang-Yang Ni, Kennametal makes the cut on composites, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 7-9, March 2009.

/12/ Whinnem E., Lipczynsky G., Eriksson I., Orbital drilling goes mainstream for the

Dreamliner, SAE International, Aerospace engineering & Manufacturing, page 7-9, March 2009.

/13/ Dassault Systemes, CATIA V5.R17, Composite material tutorial.

MODERN COMPOSITE MATERIALS IN DESIGN AND PRODUCTION OF AIRCRAFT STRUCTURES

Composite materials have been used in aircraft industry for many years. There are many undisputable advantages of composite materials in comparison to metallic aircraft structures, such as better strength to weight ratio, less maintenance time during exploitation, extended aircraft service life, less structural part count, less number of fastenings, better corrosion and fatigue performance, etc. The short overview of composite materials usage in military and civilian aircraft industry is presented in this paper. The modern technology attainments in design, production and mechanical processing of composite materials are shown. New achievements in automated laying up processes, such as multy-head machines, layer markings and quality control are presented. The Resin Transfer Molding – RTM method with a gain to eliminate prepregs and huge refrigerators in composite structure production is also shown. Manufacturer endeavours to substitute expensive autoclaves with cheaper thermal ovens for resin polimerisation are highlighted. New breakthroughs in classical and orbital drilling of composite materials are presented.

Keywords: aircrafts, composite materials, design, production, processing

Rad poslat na recenziju: 23.11.2009. godine

Rad spreman za objavu: 08.12.2009. godine


Broj rada: 165 – 2009 V7/4

RREEVVIITTAALLIIZZAACCIIJJAA II RRAAZZVVOOJJ PPRROOIIZZVVOODDNNJJEE DDEERRIIVVAATTAA VVIIŠŠEE FFAAZZEE DDOORRAADDEE::

PPRREEDDUUSSLLOOVV OOPPSSTTAANNKKAA SSRRPPSSKKEE PPEETTRROOHHEEMMIIJJSSKKEE IINNDDUUSSTTRRIIJJEE

Mr ecc. Zoran M. Popović, dipl. hem. inž. Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju Dalibor Marinković, dipl. hem. inž. Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju

Razvoj petrohemijske industrije u Srbiji je započet 70-tih godina prošlog veka. Raspadom Jugoslavije je prvo drastično redukovana dimenzija »domaćeg« tržišta petrohemijskih roba, a potom su ovom ključnom industrijskom sektoru sukcesivno zadavani novi »udarci« (sankcije UN, NATO bombardovanje i neprofesionalno vođenje procesa privatizacije), tako da se srpska petrohemijska industrija krajem prve dekade XXI veka našla u ogromnim problemima. Niz fabrika koje su proizvodile petrohemijske proizvode je u stečaju sa procesnim postrojenja van funkcije, a neki pogoni za proizvodnju petrohemijskih derivata su demontirani i prodati u inostranstvu ili čak isečeni i završili kao staro gvožđe. Fabrike koje su opstale bore se sa ogromnim problemima, a to se posebno odnosi na one najveće sisteme koji proizvode bazne petrohemikalije. U radu su analizirani interni i eksterni faktori koje su doveli do sadašnje kritične situacije, kao i predložene neke od mera koje bi mogle doprineti oporavku srpske petrohemijske industrije. Poseban akcenat je stavljen na revitalizaciju zapuštenih i izgradnju novih postrojenja za proizvodnju derivata više faze dorade, čime bi se dobili proizvodi koje je i lakše i ekonomičnije plasirati na tržištu. Investiciona ulaganja za postizanje ovakvih razvojnih ciljeva, nasuprot rasprostranjenom mišljenju, ne moraju biti visoka.

Ključne reči: srpska petrohemijska industrija, karakteristike globalne petrohemije, razvojni ciljevi, bazne petrohemikalije, petrohemijski derivati više faze dorade.

RAZVOJ PETROHEMIJE U SRBIJI

Petrohemija je grana hemijske industrije gde se odvija konverzija sirove nafte, prirodnog gasa i alternativnih sirovinskih resursa (etan, propan, od skoro i metana, odnosno sintetičkog gasa na bazi uglja) u hemijske derivate višeg reda, koji u krajnjem proizvodnom ciklusu postaju kompo-nente finalnih proizvoda kao što su plastične mase, sintetička vlakna, deterdženti, gumarski proizvodi, boje i lakovi, izolacioni materijali, farmakohemikalije, veštačka đubriva, agrohemi-kalije i druga korisna roba. Derivati prvog reda (proizvodi kao što su etilen, propilen, C4 frakcija, pirolitičko ulje, benzen, toluen, ksilen, metanol, amonijak ... ) prevode se u finalne proizvode u

Kontakt: Zoran M. Popović Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju Njegoševa 12, 11001 Beograd, Srbija E-mail: [email protected]

jednom koraku (plastične mase tipa polietilena ili prolipropilena su derivati drugog reda) ili u dva koraka (na primer, derivati trećeg reda su razni tipovi PVC-a ili poliuretanskih pena), ali je recimo četiri koraka potrebno da se polazeći od metanola proizvede disperziona molerska farba, ili čak sedam koraka potrebno da se od benzena dobije poliamidno vlakno za potrebe industrije tekstila i proizvodnje sportske opreme.

Petrohemijska industrija je u bivšoj SFRJ planski razvijana u Hrvatskoj i Srbiji (Vojvodini). Razvoj petrohemije u Srbiji je započet 70-tih godina prošlog veka. Između 1975. i 1985. godine je u Vojvodini pušteno u rad više kapaciteta za proizvodnju baznih petrohemikalija, te njihovih primarnih i sekundarnih derivata, kao što su:

Z. Popović i dr. - Revitalizacija i razvoj proizvodnje derivata više faze dorade: preduslov opstanka srpske petrohemijske

industrije


»HIP-PETROHEMIJA« u Pančevu: 200.000 t/g etilena, 85.000 t/g propilena, 100.000 t/g vinil-hlorid monomera (VCM), 44.000 t/g C4 frakcije, 138.000 t/g piro-benzina, 38.000 t/g piro-ulja, 54.000 t/g polietilena niske gustine (PENG), 64.000 t/g polietilena visoke gustine (PEVG) i 34.000 t/g suspenzionog polivinil-hlorida (PVC-S)1;

»FSK« u Elemiru, kraj Zrenjanina: 45.000 t/g 1,3-butadiena, 35.000 t/g metil-tercijarnog-butil-etra (MTBE), 27.000 t/g Rafinata-2 i 36.000 t/g stiren-butadienskog kaučuka 2;

»Metanolsko-sirćetni kompleks« (»MSK«) u Kikindi: 200.000 t/g metanola, 100.000 t/g sirćetne kiseline i 650 t/g natrijum-acetata;

»HIP-AZOTARA« u Pančevu: 300.000 t/g amonijaka, 300.000 t/g azotne kiseline i 80.000 t/g karbamida.

U ovom periodu su u Srbiji izgrađena još dva kapaciteta za poizvodnju visokotonažnih polimera (36.000 t/g polipropilena u okviru firme »HIPOL« iz Odžaka i 30.000 t/g suspenzionog PVC-a u okviru firme »ZORKA-POLIPLAST« iz Šapca), kao i dva postrojenja za proizvodnju formaldehida (25.000 t/g u okviru preduzeća HINS u Novom Sadu i od 50.000 t/g u okviru preduzeća »PKS-LATEX« u Čačku, kalkulisano na 37%-tnom rastvoru formaldehida) ispraćena sa serijom pogona za produkciju šireg asortima-na sintetičkih smola3. Kompanija »PKS-LATEX« je u Čačku pustila u rad i pogon za proizvodnju stiren-butadien-akrilonitrilnog lateksa kapaciteta 9.000 t/g. I konačno, u okviru kompanije »PRVA ISKRA« iz Bariča je formiran organizacioni ogranak »Bazna hemija« u okviru koga su izgrađena postrojenja za proizvodnju 50.000 t/g linearnog alkil-benzena (LAB) i 20.000 t/g

34 1 „HIP-PETROHEMIJA“ je još sredinom 90-tih godina prošlog veka nabavila tehnologiju i opremu za proizvodnju 15.000 t/g gumarske čadji, kao sirovine fakat deficitarne na domaćem tržištu. Ova investicija je vođena u periodu trajanja sankcija UN na neefikasan način. Zbog pritisaka ekološkog lobija, ali i zbog neusklađenosti proizvodnog asortimana koje postrojenje obezbeđuje sa potrebama domaće gumarske industrije, oprema za ovo postrojenja stoji još uvek neraspakovana na carinskom skladištu. 2 Tokom 1991. godine je preduzeće „FSK“ preuzeto od strane pančevačke kompanije „HIP-PETROHEMIJA“.

3 Postrojenja za proizvodnju sintetičkih smola (alkidnih, poliesterskih, fenolnih, karbamidnih, melaminskih, akrilnih) podignuta su i na lokacijama u Beogradu, Čačku, Priboju, Novom Sadu, Šidu i Pirotu. Većina ovih postrojenja egzistirala je u okviru vodećih domaćih firmi za proizvodnju boja i lakova.

toluen-di-izocijanata (TDI), kao derivata benzena i toluena dobijanih u postrojenjima za ekstrakciju Rafinerije nafte u Pančevu (»NIS-RNP«)4.

Tokom 70-tih godina XX veka je osnovano i nekoliko preduzeća za proizvodnju sintetičkih vlakana, kao što su »PROGRES« u Prizrenu (poliesterska i poliamidna), »ZELE VELJKOVIĆ« u Leskovcu (poliamidna), »ITES« u Odžacima (polipropilenska) i »DUNAV« u Čelarevu (polipropilenska). Pre dve decenije je ovaj industrijski sektor u Srbiji proizvodio 12.000 do 15.000 t/g sintetičkih vlakana.

Najuspešniji period u istoriji srpske petrohemije bio je je između 1987. i 1991. godine, kada su ostvarivani rekordni nivoi proizvodnje i potrošnje petrohemikalija. Poslednja dekada XX veka, međutim, donela je najteži period za domaću petrohemijsku industriju. Započela je sa nega-tivnim posledicama raspada bivše Jugoslavije, kao što su redukcija dimenzija »domaćeg« trži-šta i gubitak mogućnosti plasmana baznih petrohemikalija iz Srbije u proizvodnji derivata prvog i drugog reda koji su se proizvodili u Hrvatskoj, Sloveniji, BiH i Makedoniji. Sledilo je razbuktavanje građanskog rata, prvo u Hrva-tskoj, a potom i u BiH, što je dovelo do uvođenja sankcija Ujedinjenih Nacija prema novoformiranoj SRJ. Premda su sankcije ukinute sredinom 1995. godine posledice tolikog broja negativnih faktora u kratkom vremenu su bile ogromne – obim proizvodnje petrohemikalija je u 1998. godini bio na nivou od 35% ostva-renja u rekordnoj 1989. godini.

Na žalost, ni to nije bio kraj problema čiji je vrhunac stigao u rano proleće 1999. godine sa početkom NATO agresije na Srbiju. Tokom 78 dana trajanja NATO bombardovanja niz petro-hemijskih postrojenja na lokacijama u Pančevu i Bariču je uništen ili teško oštećen. Posebno velike ekonomske i nemerljive ekološke štete su pričinjene u Pančevu, gde su raketrirana i teško oštećena postrojenja za proizvodnju hlora, VCM-a, PVC-a, amonijaka i NPK đubriva.

34 4 „NIS-RNP“ je još sredinom 90-tih godina prošlog veka nabavila, a 2005. godine pustila u rad industrijsko postrojenje za ekstrakciju aromata ulaznog kapaciteta 400.000 t/g platformata i piro-benzina, a sa izlaznim kapacitetima od cca. 52.000 t/g benzena, 65.000 t/g toluena i 190.000 t/g C8+ frakcije (do tada je korišćena mala jedinica za ekstrakciju benzena i toluena, ulaznog kapaciteta ispod 30.000 t/g).

Z. Popović i dr. - Revitalizacija i razvoj proizvodnje derivata više faze dorade: preduslov opstanka srpske petrohemijske industrije


Posle NATO agresije dolazi dekada koju je okarakterisalo poslovno propadanje i definitivno zatvaranje niza domaćih fabrika za proizvodnju petrohemijskih derivata više faze dorade, da bi se u 2009. godini konačno u agoniji našli i »kameni temeljci« srpske petrohemije – pančevačke kompanije »HIP-PETROHEMIJA« i »HIP-AZOTARA«, kao i »MSK« iz Kikinde. U procesu tranzicije su ova tri velika petrohem-ijska proizvođača prelazila različite puteve, ali im je zajednička sudbina bila da su doživljavali svojevrsne »akrobacije« na planu vlasničkih transformacija, koje su često malo veze imale sa realnim ekonomskim kategorijama:

»HIP-AZOTARA« je bila među prvim hemijskim kompanijama koje su ušle u proces tenderske privatizacije, ali je prodata tek 2006. godine jednom srpsko-litvanskom konzorcijumu uz otpisivanje dugova po osnovu isporučivanog prirodnog gasa i uz redukciju radne snage, da bi početkom 2009. godine kupoprodajni ugovor bio poništen zbog nezakonitog otuđivanja imovine preduzeća i kompanija prevedena u privredno društvo u većinskom vlasništvu JP »SRBIJAGAS«. »HIP-PETROHEMIJA« je

prošla ceo ciklus od iniciranja procesa restrukturiranja i redukcije radne snage, vlasničke transformacije iz društvenog preduzeća u akcionarsko društvo po osnovu reprogra-miranja dugova za nabavke sirovog benzina i prirodnog gasa prema »NIS«-u i »SRBIJA-GAS«-u, kao i pokušaja nalaženja strateškog partnera (uključujući i kombinacije o pripajanju »NIS«-u do 2006. godine, kao i nakon toga neuspešne pokušaje da se »HIP-PETROHEMIJA« u paketu sa »NIS«-om proda »GASPROMNJEFT«-u), da bi se sve okončalo ponovnim procesom restrukturiranja u toku.

»METANOLSKO-SIRĆETNI KOMPLEKS« svih ovih godina nije niti ušao u proces restru-kturiranja ili bilo kog oblika privatizacije, ali je u međuvremenu značajno redukovana radna snaga i preduzeće transformisano iz društve-nog preduzeća u akcionarsko društvo uz više promena vlasničke strukture (u funkciji dugova po osnovu nabavki prirodnog gasa prema JP »SRBIJAGAS« i dugova prema državi po osnovu neotplaćenih anuitetnih obaveza prema Londonskom i Pariskom Klubu).

Slika 1. Stanje u srpskoj petrohemijskoj industriji danas u poređenju sa 90-tim godinama XX veka

(prikazom su obuhvaćene su proizvodnje samo do nivoa derivata trećeg reda).

U svakom slučaju, danas su sve tri pomenute kompanije privredna društva u nekoj formi većinskog državnog vlasništva, sa idejom da u toj razvojno pasivnoj formi sačekaju bolja vremena za nalaženje pravih strateških partnera- -vlasnika i sveukupnu poslovnu revitalizaciju.

Proces restrukturiranja i privatizacije krupnih hemijskih kompanija započet je krajem 2001.

godine i vođen je veoma neprofesionalno, a ponekad i na sumnjiv način, tako da je u definitivnu propast odveo niz velikih sistema, kao što su ZORKA-Šabac, VISKOZA-Loznica, ŽUPA-Kruševac, IHP-Prahovo, ali i mnoge druge hemijske fabrike. Kompanija »HIP-AZOTARA« je prodata tek 2006. godine, da bi početkom 2009. godine država ovu privatizaciju poništila zbog nezakonitog otuđivanja imovine


industrije


preduzeća. Petrohemijska proizvodnja BTX5 u Rafineriji nafte Pančevo je deo ugovora o preuzimanju većinskog paketa akcija »NIS«-a od strane ruskog partnera zaključenog krajem 2008. godine, činjenica je da je ova delatnost uvek marginalno tretirana kod poslovanja domaće naftne kompanije, a da li se nešto promenilo videće se uskoro. Kompanije »HIP-PETROHEMIJA« iz Pančeva i »MSK« iz Kiki-nde realno su imale tu sreću da praktično niti ne uđu u nekvalitetan proces privatizacije kakav je vođen u Srbiji. Dakle, može se pretpo-staviti da negativni efekti perioda intenzivne privatizacije svakako nisu bili presudni za propadanje najvećih srpskih petrohemijskih proizvođača.

Koji su dakle razlozi zašto su se domaće petrohemijske kompanije u protekloj dekadi suočile sa mnogobrojnim problemima u proizvodno-poslovnom funkcionisanju, čijim nagomilavanjem je i došlo do sadašnje agonije? Teško je generalizovati, jer se svaki od ovih proizvođača »borio« i sa specifičnim poteško-ćama ali ćemo u jednoj kratkoj analizi pokušati da definišemo zajednički imenilac problemima teške sadašnjosti i neizvesne budućnosti.

Ali, pre toga ćemo pokušati da sagledamo petrohemijsku industriju u okruženju, jer je u protekle dve decenije došlo i do bitne promene karakteristika ovog industrijskog sektora koji se smatra jednim od pogonskih zamajaca ukupnog ekonomskog razvoja.

KARAKTERISTIKE RAZVOJA GLOBALNE PETROHEMIJSKE INDUSTRIJE

Petrohemijska industrija je u svetskim razmerama vodeći industrijski sektor sa vitalnim uticajem na ukupni ekonomski razvoj. Analize vremenskih serija su pokazale da na globalnom nivou postoji korelacija između razvoja tražnje petrohemikalija i rasta bruto domaćeg proizvo-da (BDP) sa koeficijentom rasta od oko 1,2 (primera radi, rast BDP-a od oko 3% godišnje zahteva razvoj potrošnje petrohemikalija po prosečnoj stopi od 3,6% godišnje).

Profitabilnost petrohemijskog biznisa je sinusoidnog karaktera, sa ciklusima koji obu-hvataju faze prosperiteta i recesije. Tri tradicio-nalna razloga cikličnog karaktera profitabilnosti petrohemijskog biznisa su:

36 5 Skraćenica za grupu primarnih aromatskih jedinjenja koju sačinjavaju benzen, toluen i ksileni.

(1) Debalans ponude i tražnje (u periodima visoke profitabilnosti dolazi do intenzivira-nja investicionih aktivnosti, koje za rezultat imaju predimenzioniranje ponude);

(2) Neusklađenost na planu vertikalne integracije razvoja od primarnih derivata do finalnih prerađevina na bazi veštačkih materija (plastičnih masa, elastomera, sintetičkih smola, hemijskih vlakana);

(3) Uticaj opšteg ekonomskog prosperiteta ili recesije na globalnom ili regionalnom nivou.

Kada sinusoida profitabilnosti krene silaznom putanjom i nastupi period ozbiljnije recesije, globalna petrohemijska industrija obično reagu-je tako što započinje veliko restrukturiranje: zatvaraju se manje rentabilna postrojenja, ide se na maksimalno redukovanje fiksnih troškova poslovanja, ojačavaju se tržišne pozicije kroz interne racionalizacije i dramatično rastu integracioni procesi (stvaranje zajedničkih ko-mpanija ili zajednička ulaganja »velikih«, preuzimanja »malih« od strane »velikih«, formi-ranje marketinško-tehnoloških alijansi, zajedni-čka ulaganja »velikih« sa lokalnim partnerima).

Do početka XXI veka su sinusoidni ciklusi u ra-zvoju profitabilnosti prosečno trajali 7-9 godina. Danas je ova zakonitost dosta narušena. Prethodni ciklus je trajao 13 godina, od posle-dnjeg »vrha« u razvoju globalne profitabilnosti petrohemijskog biznisa realizovanog 1995. godine, ali je prosperitetna faza potrajala samo nekoliko meseci sredinom 2008. godine, da bi sa ekspanzijom globalne ekonomske krize došlo do sunovrata i petrohemijskog biznisa.

Treba pomenuti da je globalno aktuelan opo-ravak petrohemijske industrije, ali se odvija veo-ma sporo. Ovakva situacija je u značajnoj meri posledica velikih promena u globalnom okru-ženju do kojih je došlo u zadnje dve decenije:

• Značajno je porasla ekonomska vrednost nafte i gasa, i u toku je sve ogorčenija borba za obezbeđenjem trajnih i stabilnih izvora podmirivanja tražnje za istima:

- oko 80% dokazanih svetskih rezervi nafte je locirano u samo 8 zemalja (koje učestvuju sa samo oko 5% u svetskoj populaciji),

- oko 80% dokazanih svetskih rezervi prirodnog gasa je locirano u 11 zemalja.

• Danas ekonomski narazvijenije nacije, dakle one sa najvišim nivoom specifične potrošnje industrijskih roba baziranih na veštačkim



materijama, beleže najniže stope ekonomskog rasta.

• Nacije koje raspolažu najobimnijim sirovinskim resursima za razvoj petrohemije (nafta, etan i propan) ostvaruju najnižu kaptivnu ličnu i opštu potrošnju industrijskih roba baziranih na petrohemikalijama,

• Na svetskoj istorijskoj pozornici su se pojavile nove globalne ekonomske, političke i demografske sile (Kina, Indija). Ove najmnogoljudnije nacije, sa najvećim potenci-jalom rasta tražnje veštačkih materija preko povećanja „per capita” potrošnje raspolažu sa veoma limitiranim količinama nafte i gasa;

• U svetskim razmerama bitno je porasla međuzavisnost privrednih subjekata, što je rezultovalo globalizaciji tržišnih ponašanja i rastu transparentnosti tržišnih kretanja.

Kakve su prognoze daljeg razvoja globalne petrohemijske industrije, odnosno koje mesto i ulogu imaju ili bi mogli imati pojedini akteri ovog razvoja? Odgovor na ovo pitanje nije lako dati jer se petrohemijski sektor danas suočava sa mnogim izazovima i nepoznanicama. Ali se već danas može zaključiti da će u budućnosti petrohemijski biznis biti sve manje predvidljivo sinusoidan, a sve više osetljiv na nepredvidljive globalne ili regionalne promene u političkom, ekonomskom i svakojakom drugom okruženju.

Osim toga, i sve šira primena alternativnih sirovinskih resursa (etan, propan, metan i sint-gas na bazi uglja) redukuje osetljivost petrohemijske industrije na fluktuacije cena nafte (i prirodnog gasa, čija cena prati cene nafte sa kvalrtalnim zaostatkom).

Tabela 1. Osnovne karakteristike petrohemijske industrije u svetskim razmerama

1990. 2015. Petrohemiski ciklusi: sinusoidni, predvidljivi sinusoidni, nepredvidljivi Cene nafte i prirodnog gasa: niske velike fluktuacije Alternativne sirovine u primeni: etan etan, propan, metan, sint-gas iz uglja Tržišta plasmana: regionalna globalna Mehanizam cena, dinamika cena: regionalni, kvartalna globalni, mesečna Vodeći izvoznici: Severna Amerika i EU Srednji Istok i Ruska Federacija Kapitalni troškovi: niski visoki Tehnološke barijere: srednje – visoke lako do licenci

Na primer, tokom poslednje dve decenije periodi najozbiljnije globalne recesije su zabeleženi onda kada je Kina zakonski ograničila uvoz (1988-1999), po izbijanju finansijsko-ekonomske krize u Jugoistočnoj Aziji (1998-1999) i nakon tereorističkog napada na Njujork (Septembar 2001), a periodi maksimalne profitabilnosti tokom i nakon Prvog Golfskog rata (1991) i posle definitivnog otvaranja Kine prema svetu (1994).

Upravo prema ovoj analogiji je i nakon početka rata u Iraku zabeležen rast profitabilnosti na nivou ukupne svetske petrohemijske industrije, ali su tokom 2003. godine zabeležene velike fluktuacije tražnje, za šta je po mnogim analitičarima u značajnijoj meri bila odgovorna i epidemija SARS-a. Dva uragana koja su u trećem kvartalu 2005. godine pogodili SAD su bitno redukovala severnoameričku ponudu petrohemikalija i podigli globalne cene poliolefina.

Efekte tekuće globalne ekonomske krize smo već prethodno pomenuli.

Svi stari i novi etilenski kapaciteti na Srednjem Istoku baziraju na etanu. Zbog ovakvih kapaciteta »na bušotini« ovaj region ima ogromnu startnu prednost - cenu koštanja proizvedenog etilena. Cena koštanja etilena proizvedenog u Evropi na bazi sirovog benzina je više od 3 do 4 puta veća od cene koštanja etilena proizvedenog na Srednjem Istoku na bazi etana. Svetski analitičari su sračunali da bi cene koštanja etilena proizvedenog u Evropi (na bazi sirovog benzina) i na Srednjem Istoku (na bazi etana) mogle da se izjednače tek sa cenom sirove nafte od oko 7-8 USD po barelu, što se više nikada neće desiti.

Zapadna Evropa je već u dužem periodu neto-uvoznik etilena, a deficit je zadnjih godina iznosio 350-400.000 t/g. Obzirom da danas u svetu postoje samo dva regiona koji su ozbiljniji


industrije


neto-izvoznici etilena, a jedan je dosta udaljen (Severna Amerika), ulogu snabdevanja Evrope etilenom sve više preuzimaju veliki petrohemijski proizvođači sa Srednjeg Istoka. Slična je situacija i sa propilenom, samo što je deficit Zapadne Evrope nešto niži (200-250.000 t/g)6 i što se kao veliki isporučilac, pored Severne Amerike i Srednjeg Istoka, pojavljuje i Rusija.

Što se tiče metanola, deficit Zapadne Evrope danas premašuje nivo od 4,5 miliona tona na godišnjem nivou i nadoknađuje se uvozom iz Južne Amerike (Čile, Trinidad, Venecuela), sa Srednjeg Istoka, iz Afrike, kao i iz Ruske Federacije. Zajedničko svim ovim isporučiocima jeste da raspolažu sa jeftinom sirovinom, jer su postrojenja za proizvodnju metanola izgrađena na bušotinama gasa, bilo da li se radi o prirodnog gasu ili metanu.

Obzirom na sve veću ponudu iz regiona Srednjeg Istoka, olefini proizvedeni u evropskim petrohemijskim postrojenjima već danas nisu profitabilan proizvod u klasičnom izvozu, a u perspektivi će biti još i manje. Razlika u ceni transporta etilena iz Mediteranskog regiona i Persijskog Zaliva do destinacione luke u Severo-zapadnoj Evropi iznosi samo 80-90 USD/t, što svakako ne može da kompenzuje oko dva i po puta nižu cenu koštanja etilena proizvedenog u postrojenju izgrađenom na bušotini etanskog gasa. Veoma slična situacija je kada se uporede evropski proizvođač metanola koji uvozi prirodni gas kao sirovinu i energent za svoj proizvodni proces i konkurenti iz Južne Amerike, sa Srednjeg Istoka, iz Afrike ili Rusije sa sirovinom čija je cena eksploatacije bagatelna.

Sa druge strane trend integrisanja zapadno-evropske petrohemijske industrije je sve izrazitiji te je i udeo kaptivne potrošnje sve veći, a uticaj “ekonomije dimenzija” sve značajniji. Nove proizvodne jedinice bazirane na sirovom benzinu neće biti manje od 600.000 t/g. U tom smislu će i postojeće manje proizvodne jedinice u Evropi, kao što je i postrojenje u Pančevu, zbog visokog udela fiksnih troškova imati dosta problema sa konkurentnošću proizvedenih primarnih petrohemijskih derivata.

Kao rezultat svega navedenog danas svi evropski petrohemijski proizvođači maksimalno 38 6 Treba naglasiti da se u Evropi pored petrohemijskog propilena na tržištu pojavljuju i rafinerijski propilen, kao i propilen iz dehidrogenacije propana (oko 565.000 t/g iz postrojenja u Belgiji i Španiji).

moguće idu na internu valorizaciju primarnih derivata kroz razvoj kapaciteta za produkciju široke palete neuporedivo akumulativnijih derivata višeg reda.

Zapadnoevropski petrohemijski proizvođači se na ’’spot’’ tržištu pojavljuju sa sopstvenim etilenom, propilenom, metanolom ili aromatima samo sporadično, u slučajevima neplaniranih zastoja u sopstvenim pogonima za proizvodnju derivata više faze dorade.

Sa druge strane, nisu ni svi evropski petrohemijski proizvođači u istoj situaciji. Tako jedan proizvođač etilena iz Centralne ili Istočne Evrope ne samo da u izvozu ne može biti konkurentan proizvođačima na bazi etana sa Srednjeg Istoka, već zbog uticaja „ekonomije dimenzija kapaciteta” ne može konkurisati ni proizvođačima iz Zapadne Evrope ili SAD (prosek dimenzija etilenskih postrojenja u Centralnoj & Istočnoj Evropi je oko 240.000 t/g, dok u SAD iznosi preko 1.500.000 t/g).

Uz nastavak već dramatičnog rasta potrošnje u NR Kini koji traje već deceniju i po, srednjero- čno se najdinamičniji rast tražnje petrohemijskih derivata očekuje u Indiji, u Ruskoj Federaciji i ostalim zemljama Zajednice Nezavisnih Država, kao i na Srednjem Istoku.

Samo nešto niže stope rasta tražnje petrohemijskih derivata se prognoziraju za Jugoistočnu Evropu, gde se predviđa i budući značajan doprinos Srbije. Kao nosioci razvoja potrošnje petrohemijskih derivata u Jugo-istočnoj Evropi se vide: (1) razvoj domaćeg tržišta tražnje za plastičnim prerađevinama, a pogotovu za ambalažom i građevinskim materijalima, (2) trend premeštanja kapaciteta prerade iz Zapadne Evrope u ovaj region zbog nižih troškova radne snage.

FAKTORI KOJI SU KLJUČNO UTICALI NA SADAŠNJI TEŽAK TRENUTAK PETROHEMIJSKE INDUSTRIJE U SRBIJI I MOGUĆNOSTI ZA REVITALIZACIJU Vratimo se, dakle, analizi faktora koji su ključno uticali na sadašnji težak status velikih domaćih petrohemijskih proizvođača.

U pogoršanju parametara poslovanja postoji nesumnjivo i doprinos nekih objektivnih tehnološko-tehničke slabosti proizvodnih sistema, gde možemo izdvojiti:



• dimenzije domaćih petrohemijskih kapacite-ta, koji danas prema svetskim kriterijumima spadaju u male proizvodne jedinice na granici ili ispod granice ekonomske opravdanosti; drugim rečima, konkurentnost na svetskom tržištu opterećuju previsoki fiksni troškovi po jedinici proizvoda;

• energetsku neefikasnost većine postrojenja za produkciju baznih petrohemikalija, koja realno umanjuje konkurentnost domaćih proroizvođača na izvoznom tržištu; naime, bez obzira što u protekle dve-tri decenije na tehnološkom planu nije bilo revolucionarnijih promena, u svetu je generalno veoma mnogo rađeno na redukovanju normativa energetskih utrošaka.

Kao subjektivnu slabost, sa posebno značajnim uticajem na efiksanost proizvodno-poslovnog funkcionisanja kompanija »HIP-AZOTARA« iz Pančeva i »MSK« iz Kikinde, svakako treba pomenuti i nepostojanje adekvatne državne politike cena prorodnog gasa. Naime, pomenuta dva petrohemijska proizvođača prirodni gas koriste ne samo kao energent, već i kao osnovnu sirovinu. U celom svetu ovako veliki i nesezonski potrošači plaćaju prirodni gas po beneficiranim cenama, značajno nižim od cena po kojima se gas prodaje komunalnim sistemima grejanja, /6/.

Međutim, ključna slabost po našem mišljenju je direktna posledica visokog udela i stalnog pove-ćavanja eksportnih viškova niskoprofitabilnih visokotonažnih hemikalija. Naime, ima nekoliko nespornih činjenica:

• bazne petrohemikalije proizvedene u Srbiji u danas se niskom procentu interno valorizuju i prevode u profitabilnije derivate više faze dorade,

• plasmani baznih petrohemikalija na eksternom domaćem tržištu ne samo mali, već i u laganom padu,

• prevođenjem viškova baznih petrohemikalija u derivate višeg reda domaći plasmani bi bili svakako uvećani, i

• plasman bilo koje robe na domaćem tržištu po pravilu je profitabilniji od izvoza.

Ovakva situacija je rezultat: • loše koncepcije reprodukcionog povezivanja

domaćih petrohemijskih kapaciteta u fazi koja je prethodila njihovoj izgradnji,

• redukcije dimenzija »domaćeg« tržišta, kao posledice raspada bivše SFRJ i gašenja niza srpskih kapaciteta za proizvodnju petrohemijskih derivata više faze dorade, i

• višegodišnjeg nepostojanja razvojnih investicija na planu valorizacije značajnih viškova baznih petrohemikalija putem konverzije u petrohemijske derivate više faze dorade.

Do NATO agresije se ukupan etilen koji je proizvodila »HIP-PETROHEMIJA« u svom postrojenju za krekovanje (pirolizu) sirovog benzina interno trošio na lokaciji u Pančevu, u proizvodnji polietilena niske gustine (LDPE), polietilena visoke gustine (HDPE) i vinil-hlorid monomera (VCM). Nakon razaranja postrojenja za proizvodnju VCM-a tokom NATO bombardovanja, kapacitet pirolize je radio ili na nivou stepena iskorišćenja koji obezbeđuje dovoljno etilena za kaptivnu proizvodnju LDPE-a i HDPE-a, što znači da je korišćen sa ispod 70%, ili sa nešto većim stepenom iskorišćenja pri čemu je realizovan eksport etilena u Hrvatsku.

Od ostalih proizvoda postrojenja za pirolizu sirovog benzina se interno kvalitetno valorizuje još samo C4-frakcija, koja se upućuje u Fabriku „FSK” na lokaciji Elemir, gde se realizuju ekstrakcija butadiena (koji se potom koristi za produkciju SBR sintetičkog kaučuka) i valorizacija Rafinata-1 u produkciji MTBE-a. Pirolitički benzin je u neku ruku finalni proizvod, koji bi teorijski trebao da ima svoj stabilan i relativno profitabilan plasman u rafinerijskom benzinskom „pulu”. Pirolitičko ulje se neadekva- tno interno valorizuje, sa najnižom upotrebnom vrednošću u funkciji energenta, iako je već odavno nabavljena oprema za konvertovanje ovog proizvoda u tržišno atraktivnu gumarsku čađ. Kao gorivo se koristi i Rafinata-2 koji na lokaciji u Elemiru preostaje nakon utroška izobutilena u produkciji MTBE-a, iako bi ova frakacija mogla imati mnogo veću upotrebnu vrednost kao hemijska sirovina. Međutim, najmanje je opravdana situacija što nema, niti je ikada bilo, interne valorizacije propilena dobijenog pirolizom sirovog benzina na lokaciji u Pančevu, tj. njegovog korišćenja u proizvodnji nekog bitno profitabilnijeg proizvoda (polimera ili hemikalije iz širokog spektra derivata). Potrebno je naglasiti da je postojeća fabrika polipropilena (PP) u Odžacima projektovana na nivou proizvodnog kapaciteta od oko 35.000 t/g


industrije


Tabela 2 - Bilans ponude i tražnje visokotonažnih petrohemikalija u Srbiji

G o d i š n j e u t o n a m a pre 1992. danas ETILEN Ponuda (HIP-Petrohemija, Pančevo) 200.000 200.000 Tražnja na domaćem tržištu 200.000 146.000 HDPE (HIP-Petrohemija, Pančevo) 76.000 92.000 LDPE (HIP-PETROHEMIJA, Pančevo) 54.000 54.000 VCM (HIP-PETROHEMIJA, Pančevo) 70.000 - Viškovi za izvoz - 54.000

PROPILEN Ponuda (HIP-PETROHEMIJA, Pančevo i NIS-RNP) ≈120.000 ≈120.000 Tražnja na domaćem tržištu 35.000 32.000 PP (HIPOL, Odžaci) 35.000 32.000 Viškovi za izvoz 85.000 88.000 ↑

BUTADIEN Ponuda (HIP-PETROHEMIJA, Elemir) 45.000 45.000 Tražnja na domaćem tržištu 30.000 25.000 SBR (HIP-PETROHEMIJA, Elemir) 27.000 25.000 SBA Lateks (PKS-LATEX, Čačak) 3.000 - Viškovi za izvoz 15.000 20.000 ↑

MTBE Ponuda (HIP-PETROHEMIJA, Elemir) 35.000 35.000 Tražnja na domaćem tržištu (NIS-RNP) 20.000 15.000 Viškovi za izvoz 15.000 20.000 ↑

METANOL Ponuda (MSK, Kikinda) 200.000 200.000 Tražnja na domaćem tržištu 77.000 63.000 Sirćetna kiselina (MSK, Kikinda) 55.000 55.000 Formaldehid (PKS-LATEX, Čačak i HINS, Novi Sad) 15.000 - MTBE (HIP-PETROHEMIJA, Elemir) 8.500 6.500 Ostali potrošači 3.500 1.500 Viškovi za izvoz 118.000 157.000

SIRĆETNA KISELINA Ponuda (MSK, Kikinda) 100,000 100.000 Tražnja na domaćem tržištu 2.000 Prehrambena industrija (veći broj potrošača) 1.700 1.000 Natrijum acetat (MSK, Kikinda) 150 - Ostali potrošači 150 100 Viškovi za izvoz 98.000 98.500 ↑

BENZEN Ponuda (NIS-RNP) 2.200 52.000 Tražnja na domaćem tržištu 17.500 LAB (PRVA ISKRA-BAZNA HEMIJA, Barič) 17.200 - Ostali potrošači 1.500 1.000 Viškovi za izvoz - 51.000

TOLUEN Ponuda (NIS-RNP) 2.500 65.000 Tražnja na domaćem tržištu 8.300 * 4.000 Industrijski rastvarač (veći broj potrošača) 5.000 3.500 Eksplozivi (PRVA ISKRA-NAMENSKA, Barič) 2.800 5 Ostali potrošači < 500 < 500 Viškovi za izvoz - 61.000

* Teorijski je postojala i značajnija tražnja toluena za proizvodnju TDI-a, sirovinske komponenete za proizvodnju mekih PUR pena, ali pogon TDI-a u Bariču nikada nije ozbiljnije profunkcionisao.



homopolimera, što je već u vreme njene izgradnje bilo ispod ekonomski opravdane dimenzije iako je već samo iz petrohemijskog i rafinerijskog postrojenja u Pančevu postojao potencijal obezbeđivanja propilena za podmi- rivanje potreba jednog kapaciteta PP od oko 120.000 t/g7. Drugim rečima, postoje veliki viškovi propilena koje treba plasirati u izvozu, što povremeno nije lako tako da se dešavalo i da se propilen spaljuje.

Za svakog evropskog petrohemijskog proizvo-đača je apsolutno nezamisliva situacija u kojoj proizvodno-poslovno funkcioniše »HIP-PETROHEMIJA«, koja već skoro deceniju inte-rno konvertuje u derivate, samo 60-70% raspo-loživog etilena. Sa druge strane, ekonomski je neracionalno što »HIP-PETROHEMIJA« raspo-loživi propilen ne valorizuje u sopstvenoj proiz-vodnji nekog derivata ili ga barem konvertuje u polimerni kvalitet (koji ima bolju tržišnu prođu i cenu višu za 10÷15%). Pirolitičko-ulje i Rafinat-2 se troše kao energenti, što je za ove derivate najnekvalitetnija upotrebna vrednost. Sasvim površna analiza može da potvrdi kata-strofalan ekonomski učinak jedne ovakve poslovne i razvojne opcije.

Pri tome je bitno naglasiti da bi se uklanjanjem nekih uskih grla u proizvodnom procesu kapaci-tet pirolize lako mogao uvećati za 15÷20%. Ra-zrađena je i koncepcija izgradnje jedinice kapa-citeta 70.000 t/g za konverziju olefina na bazi nusprodukata sa lokacija u Pančevu i Elemiru, uključujući tu i neke frakcije iz susedne »NIS-RNP«. Ali bez razvoja na planu osvajanja proiz-vodnje petrohemijskih derivata višeg reda bi ekonomski efekat ovakvih investicija bio zane-marljiv, jer bi samo rezultovao u povećanju količina olefina namenjenih neprofitabilnom izvozu, /3/.

Nabrajati sve domaće kapacitete za proizvodnju petrohemijskih derivata više faze dorade koji su definitivno zatvoreni i prodati u staro gvožđe ili su već u dugom periodu „pod katancem“, bio bi pozamašan poduhvat. Zbog toga ćemo ovde pomenuti samo neke krupnije kapacitete za proizvodnju derivata drugog i trećeg reda koji su van funkcije, kao što su dve fabrike PVC-a u Pančevu i Šapcu, postrojenja za proizvodnju formaldehida u Čačku i Novom Sadu, pogon za proizvodnju SBA lateksa u Čačku, kao i postro-

41 7 Polipropilen je već dekadama najprofitabilniji visokotonažni polimer, a globalni prognostičari tvrde da će ovaj status zadržati i u narednom periodu.

jenja za proizvodnju LAB-a, LABS-a, TDI-a i brizantnih eksploziva u Bariču.

Konačno, najporaznija je činjenica da dva pro-izvodna kapaciteta za proizvodnju sekun-darnih petrohemijskih derivata, za koja je bila naba-vljena tehnologija i oprema, nikada nisu niti stavljena u funkciju.

Opremu za novi kapacitet od 300.000 t/g karba-mida u Pančevu je prethodni vlasnik »HIP-AZOTARE« nelegalno prodao u inostranstvu, što je i bio povod da Agencija za privatizaciju početkom 2009. godine poništi kupoprodajni ugovor. Oprema za pogon gumarske čađi kapa-citeta 15.000 t/g se već više od decenije nalazi na carinskom skladištu u Pančevu, a realizacija ideje da se ovo postrojenje proda i sa tim novcem otplati deo tekućih dugovanja »HIP-PETROHEMIJE« značajno kasni.8

U prethodnom poglavlju su jasno obrazloženi razlozi zašto danas svi evropski petrohemijski proizvođači moraju da maksimiziraju internu va-lorizaciju primarnih petrohemikalija kroz razvoj kapaciteta za produkciju široke palete neupo-redivo akumulativnijih derivata.

Imajući u vidu povećanu osetljivost na promene u ekonomskom, političkom i svakom drugom eksternom okruženju, jedan kvalitetan petro-hemijski proizvođač ne sme sebi da dozvoli da dugotrajnije funkcioniše koristeći preosetljiv pro-izvodno-poslovni sistem. A fakat je da u odsus-tvu razvoja svaki proizvodno-poslovni sistem posle izvesnog vremena postaje interno preosetljiv.

Do pre 2-3 godine su toga bili potpuno svesni i u menadžmentima domaćih petrohemijskih ko-mpanija. Pravilno sagledavajući sve napred na-vedene činjenice u pogledu bitnih razlika u rentabilnosti proizvodnje i plasmana primarnih petrohemijskih derivata i derivata višeg reda, a uz konsultovanje eminentnih inostranih i doma-ćih konsultantskih firmi, domaće petro-hemijske kompanije su u kontinuitetu razrađivale alternati-vne strategije proizvodno-poslovnog razvoja. Tako su »HIP-PETROHEMIJA« i »MSK« su u prvoj polovini tekuće dekade godina više puta inovirale i/ili korigovale srednjeročne i dugo-ročne planove za valorizaciju raspoloživih viš-kova olefina i metanola (i sirćetne kiseline)9. 41 8 Još pre samo par godina je moglo da se izvuče barem 50% realizovanih investicija, ali danas se zna da je „HIP-Petrohemija“ u iznudici pa su ponude redukovane na nivo od 15-20% uloženih sredstava. 9 U ovim aktivnostima je aktivno učestvovao i IHTM iz Beograda, odnosno autori ovih redova.


industrije


Zbog nedostatka finansijskih resursa za prevo-đenje razvojnih planova u industrijsku reali-zaciju, ali i zbog nerešenog vlasničkog statusa ovih firmi koji je limitirao mogućnost pronalaže-nje finansijera u inostranstvu, nažalost nije ništa učinjeno.

Međutim, poslednjih godina je čak i razmišljanje o razvoju gurnuto u drugi plan, tako da se sve svelo na preživljavanje od danas do sutra u čekanju da se pojavi neki imaginarni strateški partner koji će sa čarobnim štapićem da razreši sve decenijama gomilane probleme. Značajan doprinos ovakvom stanju su dale i kadrovska politika u funkciji partijske pripadnosti i rezultu-juće česte smene rukovodećih timova kompani-ja, kao jedan od »specifičnih košmara« tranzici-je na srpski način. Jer ako se ne upuštate u ra-zvojne rizike, onda je umanjena verovatnoća da će se nešto pogrešiti, i da za to neko da te prozove.

Nažalost, ni u ostalom domaćem okruženju nema razvojnih inicijativa na planu proizvodnje petrohemijskih derivata. Izuzetak je možda samo tekući program izgradnje fabrike 15.000 t/g homopolimera i kopolimera vinil-acetata (PVAC), koji realizuje grčki vlasnik Rafinerije „BEOGRAD“ na lokaciji u Krnjači. Ipak, ni ovaj program ne podiže stepen valorizacije baznih petrohemikalija u Srbiji, jer se osnovna sirovina za produkciju PVAC – vinil-acetat monomer (VAM) – u Srbiji ne proizvodi. Ali ova investicija barem otvara mogućnost za posrednu valori-zaciju, jer je VAM primarni derivat glacijalne sirćetne kiseline koja se u Srbiji proizvodi, i koja bi se iz Kikinde mogla slati na doradu u neki od inostranih pogona za proizvodnju VAM i potom VAM bez carine vraćati u Srbiju.

Razvojne investicije u oblasti petrohemijskih de-rivata više faze dorade ne podrazumevaju obavezno i visoka investiciona ulaganja, a neke je moguće realizovati i samo na bazi domaćih znanja (koja, kao što dobro znamo, nemaju neku visoku tržišnu vrednost), /5/.

Primera radi, postrojenja za proizvodnju PVC-a u Pančevu i Šapcu su van funkcije već dece-niju, od razaranja pogona VCM-a u Pančevu, premda bi uz manje adaptacije i skromna finansijska ulaganja mogla da posluže za proizvodnju nekog drugog proizvoda (na primer, bioetanola).

Na skromnom nivou su i investicije za realizaciju atraktivnih razvojnih programa konverzije sirćetne kiseline iz Kikinde u profitabilne malotonažne hemijske derivate

(anhidrid sirćetne kiseline za farmakohemiju i druge primene, triacetin za duvansku industriju, persirćetna kiselina kao agens za sterilizaciju, dezinfekciju i beljenje, ... )., /4/.

A sličnih primera ima još dosta.

LITERATURA

/1/ Coons R., “Alternative Feedstocks: The Solution to Petchem Volatility”, Chemical Week, February 23, 2009.

/2/ Keeth F., Executive Vice President of Royal Dutch Shell „The Petrochemical Industry Paste and Future”, 1st International GPCA Forum, Dubai, UAE, December 16-17, 2006.

/3/ Popović Z. i grupa autora, „Tržišna i ekonomska analiza strateških planova razvoja „HIP- Petrohemije” za period do 2012. godine”, Naučna ustanova IHTM, Beograd, 2006.

/4/ Popović Z. i grupa autora, „Razvojni programi na bazi valorizacije sirćetne kiseline: Preliminarna analiza marketinške i tehnološke opravdanosti”, Naučna ustanova IHTM, Beograd, 2007.

/5/ Popović Z., “Adekvatno vrednovanje tehnoloških resursa: Bitan faktor budućnosti domaće procesne industrije”, Istraživanja i projektovanja za privredu (IIPP), br. 2, 2003.

/6/ Popović Z., Milosavljević, Đ., Nikolić, D., „Formiranje cena prirodnog gasa za velike industrijske potrošače u Srbiji prema standardima Evropske Unije”, Istraživanja i projektovanja za privredu (IIPP), br. 12, 2006.

/7/ Popović Z., “Integrisanje naftnog i petrohemijskog biznisa – svetska iskustva”, YUNG, Vol. 7, br. 30, 2002.

/8/ Simons T., Huebel, M., “Central and Eastern Europe Offers Chemical Industry Great Growth Prospects: A Bright Future”, ICIS Chemical Business, June 05, 2008.



REVITALISATION AND DEVELOPMENT OF FACILITIES FOR PRODUCTION OF HIGHER-ORDER PETROCHEMICAL DERIVATIVES: PRECONDITION FOR SURVIVAL OF SERBIAN PETROCHEMICAL INDUSTRY

Development of petrochemical industry in Serbia has started in the early 70s of the last century. By disintegration of Yugoslavia the dimension of “domestic” market for petrochemicals was first drastically reduced, what was followed by new "strikes" in a row (UN sanctions, NATO bombing campaign and unprofessional implementation of the privatization process) so that the Serbian petrochemical industry found itself in great problems. Nowadays, a number of factories that had manufactured petrochemicals are in the bankruptcy with process plants out of function, and some plants for the production of petrochemical derivatives are sold abroad or even cut and finished as scrap. Factories that have survived are struggling with huge problems, and this applies particularly to those that produce the high-volume base petrochemicals. The paper analyzes the internal and external factors that led to the

current critical situation in which there is Serbian petrochemistry, and proposed some measures that could contribute to the recovery of this very important industrial sector. Particular emphasis is placed on revitalization of existing manufacturing facilities and construction of new plants for the production of higher-order derivatives, which are products easier and more economical to sell. Investments to achieve these development goals, in contrast to widespread opinion, need not be high.

Keywords: Serbian petrochemical industry, global petrochemistry, development goals, base petrochemicals, petrochemical derivatives of higher-order. Rad poslat na recenziju: 30.10.2009. Rad spreman za objavu: 13.11.2009

.


Broj rada: 166 – 2009 V7/4

AA PPOOSSSSIIBBLLEE MMOODDEELL FFOORR SSHHOOCCKK AABBSSOORRBBEERR BBYY UUSSIINNGG ““BBLLAACCKK BBOOXX”” MMEETTHHOODD

Giovanni Belingardi, Full professor at Politecnico di Torino, Department of Mechanics, Italy Miroslav Demić, Full professor at Faculty of Mechanical Engineering in Kragujevac - Serbia, and Visiting professor at Politecnico di Torino, Department of Mechanics, Italy

Shock absorbers are fundamental part of the vehicle suspension. Suspensions are needed to guarantee vehicle handling and passenger comfort. For good handling and braking performance of the vehicle, the tire-road contact forces need to be as stable as possible. Each wheel should always remain in contact with the ground. Comfort means that vibrations, induced by road profile during riding, are of a minimal nuisance to the passengers. When designing a new vehicle, a lot of development effort is focused on the optimal choice of the suspension parameters, stiffness and damping. This paper presents some results of an experimental study conducted on shock absorbers for rear suspension of a vehicle that currently is on the market. Experimental tests were performed in conditions of repeated shock excitation. Based on the characteristic diagrams that correlate Force with the kinematic values (Displacement, Velocity, Acceleration), by means of the "black box" method, a mathematical model of the shock absorber response has been identified.

Key words: Vehicle, Shock absorber, Modelling.

INTRODUCTION

Automotive shock absorbers are part of the vehicle suspension. Suspension are needed to guarantee vehicle handling and passenger comfort, /15-18, 20, 21, 25, 26/. For a good handling and braking performance, the tire-road contact forces need to be as stable as possible. Each wheel should always remain in contact with the ground, /21/. Comfort means that vibrations, induced by road profiles during riding, are of a minimal nuisance to the passengers.

When designing a new vehicle, a lot of development effort is focused on the optimal choice of the suspension parameters, stiffness and damping. A first tuning can be achieved by implementing a full car model and simulating typical road profiles, /15-18, 20, 21, 25, 26/. The response from the simulations can give an idea about the quality of the suspension. However, the significance of the results strongly depends on the accuracy of the model.

The shock absorber is one of the most complex parts to model of the vehicle suspension, /1, 13, 14, 23, 22, 24, 27/. In general the shock absorber behaves in a non-linear and time-

variant way. Dampers are typically characte- rized by a simple force-velocity diagram, also referred to as the damper characteristic diagram. Some information can also be extracted by plotting forces as a function of displacements resulting in a diagram, that in the automotive industry world is known as work diagram or resistance curve or control diagram, /13/.

The dependency of the shock absorber characteristics on time is due to the progressive rise of the oil temperature during the vehicle operation, which, in turn, is due to the conversion (dissipation) of kinetic energy connected with the oscillatory vertical movements of the vehicle into heat by viscous losses. Oil viscosity is a determining factor for the shock absorber characteristics and is strongly influenced by the temperature.

This paper presents some results of an experimental study performed with shock absorbers of the rear that suspension of a vehicle that currently on the market. The experimental tests were performed in conditions of random excitation. Based on the characteristic diagrams that correlates Forces with the kinematic values (Displacement, Velocity, Acceleration) and by means of the "black box"

G. Belingardi and others – A possible model for shock absorber by using ’’black box’’ method


method a suitable mathematical model of the shock absorber response has been identified. The procedure and the obtained results will be discussed in detail in following text.

EXPERIMENT

Measurements were conducted in the Mechanical Engineering laboratories of the Politecnico di Torino at the Vercelli site with the Dartec testing machine. The used testing machine has an hydraulic actuator that, by means of a specific programming of the control unit, is able to provide repeated triangles excitation signals. During the tests the force and

displacement values are acquired by the Dartec machine transducers and stored inside a connected PC. Relative velocity and acceleration were calculated by derivation of the relative displacement in respect to time (first and second order derivations).

A couple of car rear shock absorbers from free market were tested in this experiment (we will refer to them as A1, A2). In order to get only the shock absorber response they were tested without rubber joints.

For the shock absorber excitation, repeated triangle signals with 10mm and 20mm of displacement amplitudes were used. The

Table 1. Testing parameters

Shock absorber

Frequency, Hz

Magnitude, mm

Time history length, s

Sample size (points)

A1(Test 1) 0,5 10 20 5000 A1(Test 2) 1 10 10 5000 A1 (Test 3) 1 20 10 5000 A1(Test 4) 2 10 5 5000 A2(Test 5) 0,5 10 20 5000 A2(Test 6) 1 10 10 5000 A2(Test 7) 1 20 10 5000 A2(Test 8) 2 10 5 5000

excitation frequencies were 0.5, 1 and 2 Hz, and for illustrations, in table 1 the test parameters are given.

During experiment we used sampling time step between 0.001 and 0.004 s, sample size results to be of 5000 points, that ensures the suitability of the acquired results in the interval 500 to 125 Hz (the Nyquist frequency). The minimum frequency was between 0.05 and 0.2 Hz. These parameters are acceptable when we have in mind the aim of this study, /4-6/.

For illustration, Figures 1. and 2. show respectively the history of displacement and force in time, for shock absorber “A1” for magnitude 10 mm and frequency 0.5 Hz

Figure 1. Displacement time history for test 1

The frequency content of the displacement history (see Figure 1.) is given in Figure 3. for example. We can see that the excitations are mainly in the interval from 0 to 2 Hz with smaller magnitudes of the harmonics at higher frequencies.



Figure 2. Force time history for test 1

Figure 3. The spectrum of shock absorber

displacements for test 1

For illustration in Figures 4. to 6. the forces as functions of displacement, velocity and acceleration, acquired during the experimental test of the shock absorber “A1” in the test case with amplitude 10 mm and frequency 0.5 Hz, are given.

Figure 4. Force as function of displacements for

test 1

Figure 5. Force as function of velocity for magnitude for test 1

Figure 6. Force as function of acceleration for test 1

SHOCK ABSORBER MODELING

In our research, we knew only the functional dependence of the forces in respect to displacements, velocities and accelerations. Analysis of the diagrams force-displacement, force-velocity, and force-acceleration have shown that displacement, velocity and acceleration affect the force in shock absorber, and that should be in mind during its modeling.

Since we will not attempt to model the interior devices of the shock absorbers, our approach is generally defined as a "black box" problem, /8/. Namely, we knew input signals (displacements, velocities and accelerations) and output variable (forces restituted by the shock absorber). The goal is to define the best mathematical model of the shock absorber behaviour. The problem was divided into two parts:



1. defining the structure of the model (influential parameters: displacement, velocity, acceleration)

and

2. identify the parameters of the model. The first task is solved by using of the same model as in /2,3/, given by expressions (1):

2

d a

d aF [x[1] x[2,3] v x[4] v sign(v) ] [x[5] x[6] th( )] [x[7] x[8] th( )] (1)3 3

= + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅⋅ σ ⋅ σ

where: x[i], i=1,9 - parameters of model that should be identified, d,v,a – relative displacement, velocity and acceleration, respectively, and

ad σσ , - standard deviation of displacement and acceleration, respectively. The second task is solved by using the optimisation method, which will be briefly the described below.

As it is well known, the method of ‘stochastic parametric optimisation’ is based on the methods of non-linear programming. In the optimisation process, where constraints for design parameters are present, the problem is solved by the introduction of ‘external’ or ‘internal’ penalty functions. In the specific case, for the identification of the parameters of the shock absorber, a method of ‘stochastic parametric optimisation’ was applied /7-9, 10-12/ based on the Hooke Jeeves method and “external“ penalty functions, /7/, the block scheme of the procedure is given in Figure 7. /8-9, 12-14/. Since this optimisation method has been already described in details elsewhere, see in /7-9, 14-16/, its description will not be repeated here. The optimisation procedure was programmed in Pascal language.

During the identification of unknown parameters of proposed models, we had set goal that the models should be acceptable for all tests given in Table 1. The objective function is defined by the expression:

)2(])[][( 2exp1 mod iFiF er

Nel −= ∑φ

where:

• erel FF expmod , are respectively the values of the force given by the model (1), and those of the force measured during the experimental tests, which features are reported in Table 1,

• N – is the sample size (5000 points).

Since in practice there are parameter constraints, the optimisation was carried out taking into account a pre-defined domain for the parameter values:

*5100][,5000][ maxmin =−= sxsx

Figure 7. - Block diagram of the developed procedure for calculation of the model parameters

As stated in /7-9, 10-12/, a global (absolute) minimum of the objective function is defined in such a manner that optimal parameters lead to the minimum value of the objective function. Unfortunately, there are no generally accepted procedures for definition of the global minimum of the objective function. Thus, procedures based on optimisation with different initial values of the parameters to be optimised are used in practice. The global minimum is searched by beginning the optimisation process with several different initial values of parameters to be optimised, /8,9,10-12/. In this case, the optimisation process has begun with three different initial values of those parameters. Preliminary analysis showed that only the initial values of model parameters chosen in the central part of the considered interval allow for unimpeded iterative process, and we used only these initial values.



Table 2. Optimal Model Parameters

Test Minimum Value of the Objective Function given by expession (2)

Model parameters used in expression (1)

1 7.663272427096059E+001

5.329265645275645E+001 -3.079856594600424E+001 3.503593994192684E-001 1.559597582511905E+000 -2.872927951080395E+001 9.553926553977170E-001 1.191322585812703E-002 1.063802865148775E-003

2 1.211715971313970E+003

-1.161058507263718E+002 6.695506265593554E+000 8.669291709249167E-001 -9.942434585976698E-002 1.950380332541989E+001 -5.258954576693077E+000 2.382645170138932E-002 -4.995268910092536E-003

3 1.559936519357628E+004

-1.968267401791522E+003 -8.154760451135606E+001 7.799187555104614E+000 2.388133798205556E+000 5.278469681942854E-001 2.631068018442423E-001 7.862729058038975E-002 -1.237614133739231E-002

4 1.363320434362736E+004

7.494717827601531E+001 4.701857609221350E+000 3.843317199777364E-001 4.873742447642190E-002 5.596883651915817E+000 1.285055615617692E+001 6.194877439982133E-002 -6.589834539401536E-003

5 6.171584443168152E+001

6.159606998269102E+001 -3.452521404028452E+001 4.384651840493174E-001 1.770143256147256E+000 -2.651554429055205E+001 1.733896094548289E+000 1.191322585812703E-002 -9.706875076480548E-004

6 1.033914523793413E+003

-5.542883377968612E+001 7.509240411051994E+000 4.106840807865125E-001 -1.247678065751552E-001 3.276252313132660E+001 -6.246798131478588E+000 2.144380653273685E-002 3.633542607290172E-003

7 1.469884994041402E+004

-3.611424227704235E+003 -1.311726727884517E+002 1.441442386379451E+001 4.031559750750461E+000 6.282989944556443E-001 3.385074210023099E-001 3.573967754465829E-002 5.240858070110497E-003

8 1.183154037061039E+004

9.085140880642845E+001 5.671981285760362E+000 3.440094329578690E-001 2.729295771723727E-002 6.118096995726527E+000 1.537281821812534E+001 5.956612923116900E-002 1.152254534541185E-002



The identification was performed on a Pentium-4 computer (Intel 1.8 GHz, 1 Gb RAM), and the iteration process was interrupted when the difference between two adjacent values of the objective function reached 1e-09. Duration time of the identification was approximately less than one hour per combination. The resulting minimum values of the objective function are given in Table 2. for all the test cases given in Table 1., together with the identified values of the model parameters.

DISCUSSION

Analysis of data from Table 2. shows that the test parameters from Table 1., affects the minimum value of the objective function. Also, from Table 2. it is clear that the design of the shock absorbers (A1,A2) affects the parameters of the model given by expression (1).

For analysis purpose, some signals have been processed with softwares “Analsigdem” and “Demparcoh”, /28, 29/. For illustration, in figures from 8 to 15 some results for shock absorber (A1) are shown.

From the analysis of all data, which are partially shown in the figures from 8 to 14, we can conclude that there is good coincidence between results obtained by experiment and model.

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

-100

-50

0

50

100

B C

Forc

e (B

-Exp

erim

ent,

C-M

odel

), N

Displacement, mm

Figure 8. Comparison between forces measured in experimental tests and forces computed with the

identified model in respect to displacement for test 1

-15 -10 -5 0 5 10 15

-100

-50

0

50

100

B C

Forc

e (B

-Exp

erim

ent,

C-M

odel

), N

Velocity, mm/s

Figure 9. Comparison between forces measured in experimental tests and forces computed with the identified model in respect to velocity for test 1

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-100

-50

0

50

100

B C

Forc

e (B

-Exp

erim

ent,

C-M

odel

), N

Acceleration, mm/s2


identified model in respect to acceleration for test 1

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6-200

-100

0

100

200

300

400

B C

Forc

e (B

-Exp

erim

ent,

C-M

odel

), N

Displacement, mm

Figure 11. Comparison between forces measured in experimental tests and forces computed with the identified model in respect to displacement for test 2



-40 -30 -20 -10 0 10 20 30-200

-100

0

100

200

300

400

B C

Forc

e (B

-Exp

erim

ent,

C-M

odel

), N

Velocity, mm/s

Figure 12. Comparison between forces measured in experimental tests and forces computed with the identified model in respect to velocity for test 2

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2-200

-100

0

100

200

300

400

B C

Forc

e (B

-Exp

erim

ent,

C-M

odel

), N

Acceleration, mm/s2


identified model in respect to acceleration for test 2

Figure 14. Comparison between forces measured in

experimental tests and forces computed with the identified model for test 1

Figure 15. Cross-spectrum between the forces

measured in experimental tests and computed with the identified model for test 1

Finally, we analysed Cross-spectrum functions, one of these functions is shown in Figure 15. Analysis showed that there is acceptable value of the aforementioned functions, so that the model (1) can be suitably used in vehicle dynamic simulations.

CONCLUSION

An experimental test campaign has been developed to characterise the mechanical behaviour of some vehicle shock absorber. The “black box” procedure was used to obtain a mathematical model that represents in a suitable way the relationship that exists between the kinematic variables (displacement, velocity and acceleration) and the restituted damping force. It is worth of note that the force values depend also on acceleration, and not only, as it is usually accounted, on velocity and displacement. An optimisation procedure has been used for the identification of the model parameters.

The “black box” method and the optimisation procedures adopted for identifying of parameters of the shock absorber model lead to suitable results. For the aim of this study the model described by expression (1) is acceptable for vehicles dynamic simulation.


REFERENCES /1/ Audenino, A., Belingardi, G., Garibaldi, L.:

An application of the restoring force mapping method for the diagnostic f vehicular shock absorbers dynamic behaviour, 2nd Int. Machinery monitoring and diagnostic conference & exibit, LA, 1990, pp. 560-566.

/2/ Belingardi, G., Demić, M.: A contribution to shock absorber modeling by using „black box“ method, (in press), Scientific Bulletin, University of Pitesti, 2009.

/3/ Belingardi, G., Demić, M.: A contribution to shock absorber modelling and analyses of its influence to vehicle features, (in press), Journal of Mechanical engineering, Slovenia.

/4/ Bendat J.S.: Nonlinear Systems-Techniques and Applications, John Wiley and Sons, London, 1998.

/5/ Bendat J.S., Piersol A.G.: Random Data Analysis and Measurement Procedures, John Wiley and Sons, London,2000.

/6/ Bendat J.S, Piersol A.G.: Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis, John Wiley and Sons, London, 1980.

/7/ Bunday, P.: Basic Optimization Methods, Spottiswoode Ballantyne, Colchester and London, 1984.

/8/ Demić M.:Identification of Vibration parameters for Motor Vehicles, Veh. Syst. Dyn. Vol. 27, 1987, pp. 65-88

/9/ Demić M.: Optimization of Characteristics of Elasto-Damping Elements from Aspect of Oscillatory Comfort and Vehicle Handling, Int. J. of Veh. Des. Vol. 17, No 1, 1996, pp. 76-91

/10/ Demić, M.: Optimization of Vehicles Elasto-Damping Elements Characteristics from the Aspect of Ride Comfort, Veh. Syst. Dyn. Vol. 23, 1994.

/11/ Demić, M.:A contribution to optimization of vehicle seats, Int. J. of Veh. Des. 5/6, 1991, pp. 618-629.

/12/ Demić, M.: A contribution to the optimization of the characteristics of elasto-damping elements of passenger cars, Veh. Syst. Dyn. Vol. 19,1990,

pp. 3-18 /13/ Duym, S., Stiens, R., reybrouck, K.:

Evaluation of shock absorbers models,

Vehicle System Dynamics, Vol. 27, 1997, pp. 109-127.

/14/ Gardulski, J., Warczek, J.: Investigation of forces in frictional kinematic pairs to acces their influence on shock absorber characteristics, Transport problems, Tom 3, 2008, pp. 19-24.

/15/ Genta, G.: Motor Vehicle Dynamics, Verlag, 2003.

/16/ Ellis, J.R.: Vehicle Handling Dynamics, Mechanical Engineering Publications Limited, London, 1994.

/17/ Gillespie T (1992) Fundamental of Vehicle Dynamics, SAE

/18/ Hačaturov, A.A. et al.: Dinamika sistemi: Doroga – Šina – Avtomobilj - Voditelj, Mašinostr., Moscow (in Russian), 1976.

/19/ Lee, C. T., Moon, B, Y.: Simulation and experimental validation of vehicle dynamic characteristics for displacement sensitive shock absorber using fluid-flow modelling, Mechanical Systems and signal processing, Vol. 20, 2006, pp. 373-388.

/20/ Miliken, W., Miliken, D.: Race Car Dynamics, SAE,1995.

/21/ Mitschke, M.: Dynamik der Kraftfahrzeuge, Springer,1972.

/22/ Ping, Y.: Experimental and mathematical evaluation of dynamic behaviour of an oil-air coupling shock absorber, Mechanical Systems and signal processing, Vol 17, 2003, pp. 1367-1379.

/23/ Ping, Y.: Testing and mathematical approach on dynamics of Cymene-Si-Oil shock absorber for structural integrity in vibration and impact protection, Int. J. Materials and structural integrity, Vol. 1, Nos 1,2,3, 2007, pp. 1-15.

/24/ Pracny, V., Meywerk, M., Liona, A.: Hybrid neural network model history-dependent automotive absorbers, Vehicle System Dynamics, Vol. 45, 2007, pp. 1-14.

/25/ Rotenberg, V.: Vehicle suspension, Mašinostr. Moscow (in Russian), 1972.

/26/ Simić, D.:Motor vehicle dynamics, Naučna knjiga, Begrade (in Serbian),1988.

/27/ Yang, P., Liao, N., Yand, J.: Design and test and modelling of a novel Si-oil absorber for protection of electronic equipment in moving vehicles, Mechanism and Machine Theory, 2007, pp. 18-32.



/28/ Demić M.: “ANALSIGDEM” – Software for signal analysis, 2003. www.ptt.yu/korisnici/i/m/imizm034/

/29/ Demić, M.:“DEMPARCOH”: Software for partial coherence function calculation, www.ptt.yu/korisnici/i/m/imizm034/, 2003.

JEDNA MOGUĆNOST ZA MODELIRANJE AMORTIZERA UZ KORIŠĆENJE METODE „CRNE KUTIJE“

Rezime: Amortizeri su osnovni element sistema za oslanjanje vozila. Sistem za oslanjanje treba da obezbedi upravljanje vozilom i udobnost putnika. Kontakt točka i puta treba da bude što bolji, jer se time obezbeđuje lako upravljanje i dobre kočne performanse vozila. Pri tome, svaki točak, ponaosob, mora imati dobar kontakt sa podlogom. U cilju poboljšanja udobnosti, uticaj pobude puta se mora

minimalno prenositi na putnike. Tokom projektovanja vozila, velika pažnja se posvećuje optimalnom izboru parametara sistema za oslanjanje (koncepcija, krutost opruge, prigušenje amortizera). U ovom radu su prikazani rezultati eksperimentalnih istraživanja sprovedenih na amortizerima zadnjeg sistema za oslanjanje jednog vozila koje se nalazi trenutno na tržištu. Eksperimentalna ispitivanja su izvedena u uslovima pobuđivanja pona- vljajućim udarnih opterećenja.. Na osnovu dijagrama koji povezuju sile sa kinematskim parametrima (pomeranje, brzina, ubrzanje), uz korišćenje metode "crne kutije" identifikovan je matematički model amortizera. Ključne reči: vozila, amortizeri, modeliranje. Rad poslat na recenziju: 18.11.2009. Rad spreman za objavu: 18.12.2009.

PP RR II KK AA ZZ II SS KK UU PP OO VV AA


IX CIKLUS ŠKOLE ODRŽAVANJA

U prelepom ambijentu hotela Villa Breg u Vršcu, 25. novembra 2009. završen je tradicionalni, deveti po redu, ciklus Škole održavanja. Polaznici su nastavu pratili na Mašinskom fakultetu u Beogradu i Vršcu, gde je održano i polaganje završnog testa.

Učesnici koji su uspešno položili završni test dobili su diplomu ,,Nacionalni stručnjak za upravljanje održavanjem’’, a svoje stečeno znanje će moći da potvrde i na Evropskom nivou – kroz mogućnost sticanja EFNMS sertifikata ’’European maintenance manager’’.

ČETVRTA IIPP-OVA ŠKOLA KVALITETA

Istog dana u Vršcu je održano i polaganje završnog testa četvrte IIPP-ove Škole kvaliteta. Praćenje nastave je takođe bilo podeljeno u dva segmenta i sastojalo iz predavanja na Mašinskom fakultetu i Vršcu.

Osnovni cilj ovog kursa bio je osposobljavanje polaznika za samostalan rad na: • implementaciji standarda kvaliteta • održavanju visokog nivoa kvaliteta • stalnim unapređenjima i poboljšanjima sistema kvaliteta • ocenjivanju i proverama sopstvenih preduzeća i njihovih isporučioca

Kandidati sa uspešno položenim testom dobili su diplomu sa zvanjem ’’Qiipp konsultant za implementaciju, održavanje, analizu, ocenjivanje i provere, projektovanje i stalno unapređenje sistema kvaliteta’’.

KURS ZA INTERNE OCENJIVAČE PO ISO 27000 i SEMINAR O HOMOLOGACIJI VOZILA

Seminar o homologaciji vozila je pohađalo 20 polaznika, koji su se u okviru seminara upoznali sa temama: • Zakon o bezbednosti saobraćaja na putevima (Službeni glasnik RS,broj 41/09) sa aspekta

tehničkih uslova i normativa koje moraju zadovoljavati vozila • Homologacija vozila u Srbiji – sadašnje stanje i osnovni pravci budućeg razvoja • Nacrt Pravilnika o podeli motornih i priključnih vozila i tehničkim uslovima za vozila u

saobraćaju na putevima, sa akcentom na dimenzione i masene parametre vozila • Potvrda o saobraznosti - CoC (Certificate of Conformity) • Veza sa Direktivama Evropske Unije • Konkretni problemi koji se mogu javiti prilikom uvoza i registracije vozila Polaznici kursa za interne provere po ISO 27000 su slušali predavanja i upoznali se sa: • Serijom standarda ISO 9000:2008 i ISO 27001:2005 i internim proverama • Standardi ISO 9000:2005 i ISO 9004:2000- opšte odredbe • Standard ISO 27001:2005 i procesni pristup • Standard ISO 27001:2005 – Zahtevi • Standard ISO 27001:2005 – (Klauzule i aneks A) • Mogućnost integracije ISO 27001:2005 sa drugim QMS

PP RR II KK AA ZZ II SS KK UU PP OO VV AA


Svi učesnici dobili su uverenja o završenom tranzicionom kursu prema seriji standarda ISO 9001:2008, a oni koji su sa uspehom položili predviđene testove i diplomu internih proverivača prema standardu serije ISO 27001:2005.

Svečano uručivanje diploma Škole održavanja i Škole kvaliteta, kao i diploma internih proverivača prema standardu ISO 27001:2005 održano je 29.12. 2009. godine na Mašinskom fakultetu u Beogradu na otvaranju V SiiMppOZIJUMA Istraživanja i projektovanja za privredu.

V SiiMppOZIJUM ISTRAŽIVANJA I PROJEKTOVANJA ZA PRIVREDU

Na Mašinskom fakultetu u Beogradu, dana 29.12. 2009. godine održan je V SiiMppOZIJUM Istraživanja i projektovanja za privredu. Na skupu su rezimirane i predstavljene aktivnosti na projektima od lokalnog i međunarodnog značaja koje je Institut za istraživanja i projektovanja u privredi u saradnji sa brojnim partnerima uspešno realizovao tokom ove godine. Ujedno su predstavljeni uspešni poslovni partneri kao i planirane aktivnosti. U ime Instituta IIPP goste je pozdravila Nada Stanojević, a zatim se prisutnima obratio dekan Mašinskog fakulteta prof. dr Milorad Milovančević. Prisutnima su predstavljene sledeće teme: Numeričke simulacije, eksperiemtni i inverzne analize u strukturno dijagnostickim problemima i karakterizaciji materijala - Numerical simulations, experiments and inverse analysis for structural diagnosis and material characterization - dr Vladimir Buljak, Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Politecnico di Milano. Iskustva SGS-a u indentifikaciji istorijske kontaminacije terena, merama dekontaminacije i sertifikacije - SGS experiences in past pollution identification and remediation measures, and site certification - Marinko Ukropina, Managing Director, SGS Beograd Ltd. Istraživački i projektni rezultati i iskustva Instituta iipp u 2009. godini - Šta nas čeka narednih godina? - Dr Branko Vasić, direktor, IIPP. SiiMppOZIJUM je završen svečanim koktel ručkom uz pozitivne reakcije više od 100 prisutnih gostiju i željom da nam sledeća godina bude još uspešnija.

NN AA JJ AA VV EE SS KK UU PP OO VV AA


MAINTENANCE SCHWEIZ 2010, Cirih 10.02. - 11.02.2010. MAINTENANCE Schweiz 2010 nudi platformu rešenja prodaje za industrijsko održavanje i upravljanje tehničkim postrojenjima: Od uslužne tehnologije za servisiranje do sveobuhvatnih zadataka podizanja tehnologija i automatizovanih procesa.

MAINTENANCE Schweiz 2010 manenjen je donosiocima odluka koji žele da imaju jednostavan pristup informacijama i rešenjima u vezi sa najnovijim proizvodima i uslugama iz ovih oblasti. Ona nudi posetiocu, brzo i jednostavno, kompaktan pregled proizvoda i direktan kontakt sa dobavljačima - bez dugotrajnih putovanja i ulaganja.

Iskoristite priliku i pronađite informacije o najnovijim proizvodima i rešenjima iz oblasti održavanja i pogona za upravljanje.

Inovativna rešenja su prikazana za: • Upravljanje tehničkim postrojenjima • Industrijsko održavanje i servisiranje • Tribologija i tehnologija podmazivanja • Tehnologija merenja i monitoringa • Industrijska bezbednost, oprema “IHM 2010”, Minhen 03.03. - 09.03.2010. 62. po redu specijalizovani sajam male privrede namenjen malim i srednjim preduzecima (IHM PROFI - Car Repair Shop: mašinski i specijalni alati, rampe, oprema za radionice, motori, farbanje i zaštita od korozije, elektronika i elektrooprema, dijagnostika / oprema za testiranje i merenje. Technology & Tools: alati i alatne mašine, oprema za radionice, instalacioni materijali, bezbednost i zdravlje na radu, oprema za cišćenje. Mobile Working & Tools: oprema za vozila, alati i mašine za preradu i završnu obradu metala, drveta i sintetičkih materijala.

“CEBIT 2010” - vodeći svetski sajam informacione tehnologije, Hanover 02.03 - 06.03.2010.

Formula za uspeh je jednostavan ali efektivna: Vođstvo + Publicitet = Biznis. Sa jasno prikazanom strukturom, novim uslugama, promocijama prilagođenim posetiocu i širokom paletom usluga štampe, vodeći sajam ICT industrije daje vam ono što vam je potrebno kako bi izgradili uspešnu budućnost vašeg poslovanja. Zbog pažnje koju CeBIT svim sektorima industrije, on donosi više kvalitetnih kontakata. Očekujete puno od CeBIT-a 2010. Ne propustite!

Globalne CeBIT konferencije, 2. – 6. marta 2010. CeBIT Globalni skupovi odvijaju se po treći put naredne godine - paralelno sa CeBIT-om, koja traje od 2. do 6. marta. Fokus na konferenciji za narednu godinu u potpunosti je posvećen pitanjima koja uključuju ekonomsku transformaciju, kao što se vidi iz glavnog slogana konferencije:,,Izazovi sveta koji se menja - ICT za bolji život i bolji posao.’’

Kao što je guverner Kalifornije Arnold Schuarzenegger na CeBIT-u 2009 primetio: ,,To je ono što dobitnici mogu. Gubitnici se prenemažu, a pobednici kreću napred na snažan i moćan način’’

KK NN JJ II GG EE KK OO JJ EE PP RR EE PP OO RR UU ČČ UU JJ EE MM OO


SIX SIGMA FOR EVERYONE, George Eckes

Six Sigma je već godinama popularna menadžerska filozofija. Motorola je prva koja je tokom osamdesetih godina popularizovala Six Sigma. AlignSignal ju je prvi prihvatio u ranim devedesetim godinama prošlog veka, da bi je kasnije General Electric učinio najpopularnijom menadžerskom filozofijom ikada. Kao i sve drugo što doživi popularnost, tako je i primena i shvatanje Six Sigma bilo pogrešno. Od kad je ova filozfija, bazirana na činjenicama i podacima, korišćena za donošenje odluka prilikom organizacije, mnogi statističari su razvili karijere podučavajući i koristeći ovu disciplinu. Kako god, većina statističara je upućena u teoriju Six Sigma. Kako bi ista postigla uspeh u vašoj organizaciji, ona mora imati uticaja na sve u njoj. U okviru organizacije svako mora biti uključen i delovati u okviru Six SIigma, bez obzira na njegovu poziciju i mesto u hijerarhiji. Uprkos tome da mnogi ovoj filozofiji prilaze kao skupu mističnih veština bliskom samo onima

sa fakultetskom diplomom, ona mora biti dostupna svakom u organizaciji ko koristi određena znanja iz svoje oblasti.

Zato cilj ove knjige i jeste demistifikacija ove menadžerske filozofije. Temelj Six Sigma predstavlja težnja ka povećanju efikasnosti i uspešnosti svakog u organizaciji. Nažalost, većina organizacija je neefektivna i troma. To se ogleda u nezadovoljstvu korisnika usluga i gubitku pozamašnih suma novca usled nemogućnosti dostizanja optimuma u njihovom poslovanju.

Staza uspeha u postizanju veće efektivnosti i efikasnosti pomoću Six Sigma se sastoji iz tri komponente. Prva predstavlja strategiju Six Sigma koja se naziva Menadžment poslovnog procesa. Ova strateška komponenta je odgovorna za izvršni tj. upravljački menadžment. Dakle, po pristupanju kompanije u Six Sigma, može proteći i nekoliko meseci pre nego što budu primetni prvi rezultati početnog menadžerskog rada. Kako bi bili upoznati sa činjenicom šta je rukovodstvo uradilo na stvaranju sistema menadžmenta poslovnog procesa, mi analiziramo njegove ključne elemente i dajemo primer u Poglavlju 2.

Druga komponeneta Six Sigma se bavi taktikama podizanja na noge posrnulih procesa. Ona koristi metodologiju sličnu naučnoj metodi naučenoj u školi. Naučna metoda se odnosi na definisanje i odmeravanje problema, analizirajući uzrok i nalazeći teorije unapređenja. U suštini, to je metodologija koja se koristi u Six Sigma radi povećanja efektivnosti i efikasnosti.

U Poglavlju 3. prolazimo kroz korake do unapređenja i onoga šta se može očekivati ako ste u Six Sigma projektnom timu.

Poglavlje 4. objašnjava 10 najvažnijih tehničkih alatki kojima član Six Sigma tima mora upravljati dok napreduje kroz DMAUK metodologiju. Kako su ove alatke tehničke po svojoj prirodi, prilično je lako naučiti ih i primeniti. One su objašnjene po redu kojim se koriste u DMAUK metodolgiji. Ovo nisu i jedine alatke koje se u Six Sigma koriste, već samo najčešće i one kojima bi svaki član tima trebao da vlada.

Postoje i stvari ne tehničke prirode koje se moraju znati. Te ne tehničke alatke se nazivaju dodatne zato što nemaju matematičku ili statističku pozadinu. O izazovima koje predstavljaju ove alatke objašnjeno je u Poglavlju 5. sa centrom pažnje da su mnoge od ovih alatki primenljive za ljude u organizaciji. Stoga je važno da članovi Six Sigma tima sa pažnjom ih prouče i primene ih brižljivo i taktično. Bez njih bi šanse za Six Sigma napredak bile svedene na minimum. Ovih deset alatki koje su objašnjene u ovom poglavlju se mogu podeliti u dve osnovne kategorije. 5 od ovih 10 alatki se baziraju na prihvatljivosti rešenja tima. Drugih pet imaju fokus na to kako tim sprovodi svoj rad.

ISBN 0-471-28156-5

PP OO SS LL OO VV NN OO TT EE HH NN II ČČ KK EE II NN FF OO RR MM AA CC II JJ EE


IINNFFOORRMMAACCIIJJEE AAUUTTOORRIIMMAA U časopisu ISTRAŽIVANJA i PROJEKTOVANJA ZA PRIVREDU mogu se objaviti originalna naučna dela, prethodna saopštenja, recenzije i stručni članci, kao i kratki pregledi novih knjiga i naučnih skupova na polju mašinskih, industrijskih, transportnih, hemijskih, elektrotehničkih, civilnih i drugih inženjerskih nauka, takođe i na polju ekologije, informacionih tehnologija, pouzdanosti i održavanja, računarske i sistemske nauke, važne za sve inženjere i druge stručnjake koji rade u malim, srednjim i velikim kompanijama, u različitim sektorima privrede (istraživanje, dizajn, proizvo-dnja, održavanje, postprodajne aktivnosti, marketing).

Glavni cilj je da se pokriju najvažnije savremene teme, kao što su visoka efikasnosti sistema, ušteda energije i resursa, nizak nivo zagađenja životne sredine i održivi razvoj.

Rad se izima u razmatranje samo pod uslovom da rezultati sadržani u njemu već nisu objavljivani, da se trenutno ne nalaze u procesu objavljivanja i da neće biti objavljeni u drugom časopisu. Svaki rad se šalje na recenziju kod dva nezavisna stručnjaka, a autori su u obavezi da usvoje primedbe i komentare recenzenata.

Dostavljen rad može biti napisan na srpskom ili engleskom jeziku, ali je naslov rada potrebno napisati i na srpskom i na engleskom jeziku. Podaci o autorima moraju da budu kompletni, što podrazumeva: puno ime i prezime svih autora, pun naziv i sedište ustanove u kojima su autori zaposleni, struka, elektronska pošta.

Potrebno je napisati rezime rada, na srpskom i engleskom jeziku, u kojem će se ukratko izložiti osnovna struktura i doprinos rada. Rezime bi trebalo da ima 100 ÷ 250 reči. Na kraju rezimea navode se ključne reči i na srpskom i engleskom jeziku, i to ne više od deset reči. Iza zaključka se može dati zahvalnica ili informacija o izvoru finansiranja predstavljenog istraživanja.

Radovi se dostavljaju izdavaču u elektronskom obliku na navedene adrese: [email protected] i [email protected]

IINNDDEEKKSSIIRRAANNJJEE RRAADDOOVVAA

Nakon samo tri godine izlaženja časopis “Istraživanja i projektovanja za privredu” se može pohvaliti činjenicom da su, počev od 2006. godine, radovi objavljeni u ovom časopisu indeksirani kroz ovu abstraktnu bazu. Na taj način su rad i zalaganja domaćih stručnjaka biti dostupni i širokoj svetskoj javnosti jer je Scopus najveća baza abstrakata i citata kada su u pitanju naučni radovi i kvalitetni internet izvori koji, pre svega, daju rezultate istraživanja u raznim oblastima. Ova baza pruža odlične informacije neophodne za dalji rad i usavršavanje naučnika pošto, obezbeđuje i pruža široke mogućnosti za pretraživanje. Scopus se svakodnevno ažurira i nudi

• Preko 12850 naučnih časopisa uključujući i 535 magazina sa otvorenim pristupom; • Preko 27 miliona abstrakata; • Preko 245 miliona referenci; • Rezultati sa više od 250 miliona naučnih internet strana; • Podatke o 12 miliona patenata iz 4 svetska patentna zavoda; • Veliki broj linkova da potpuno dostupnih članaka i drugih bibliotečkih izvora.

Više informacija: www.scopus.com

PP OO SS LL OO VV NN OO TT EE HH NN II ČČ KK EE II NN FF OO RR MM AA CC II JJ EE


Uvažavajući stručne i poslovne rezultate Vaše Kompanije, nudimo Vam mogućnost da iste prezentirate u našem časopisu. Mišljenja smo da je to izvanredna mogućnost da se Vaša saznanja i dostignuća prezentuju velikom i stručnom krugu ljudi, kao i onima na koje ste poslovno upućeni

POZIVAMO VAS:

• da se pretplatite na naš časopis,

• da u časopisu “Istraživanja i projektovanja za privredu” objavljujete Vaše poslovne informacije.

CIP – Katalogizacija u publikaciji Народна библиотека Србије, Београд 33 ISTRAŽIVANJA i projektovanja za privredu / glavni urednik Jovan Todorović ; odgovorni urednik Predrag Uskoković.– God. 1, br. 1 (2003) -. – Beograd : Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, 2003- (Beograd : Libra) . – 29 cm Tromesečno ISSN 1451 – 4117 = Istraživanja i projektovanja za privredu COBISS.SR-ID 108368396

Istraživanja i projektovanja za privredu - Research and Design in Commerce and Industry 4(2009)7

Documents

Transcript of Istraživanja i projektovanja za privredu - Research and Design in Commerce and Industry 4(2009)7