Lautsprecher | Transkript |
| Fred | Hallo und vielen Dank für die Einladung, beim Discovery Summit Americas 2020 einen Vortrag zu halten. Mein Name ist Fred Girshick und ich werde über die Schmierstoffforschung mit der nichtlinearen JMP-Regression sprechen. |
| Auf meiner Agenda werde ich einige Einführungen zu mir selbst und meinem Fachgebiet geben, ein wenig über den Hintergrund der Schmierstoffforschung, |
| welche Arten von Fragen wir mithilfe statistischer Tools beantworten möchten, geben Sie einige Beispiele für nichtlineare Modelle, zeigen Sie, wie ich eine nichtlineare Analyse durchführe, und sprechen Sie dann über Schlussfolgerungen und Pläne für die Zukunft. |
| Also Einführungen, das ist das Gebäude, in dem ich arbeite. |
| Also wer bin ich? |
| Wenn einer von Ihnen 24601 gerufen hat, erhalten Sie bei der Abschlussprüfung eine zusätzliche Gutschrift. Mein Name ist Fred Girshick. Ich bin Forscher für ein Spezialchemieunternehmen. Sie können unser Logo oben rechts sehen. |
| Wir sind Hersteller von chemischen Additiven für Schmierstoffe und Kraftstoffe. Wir haben eine globale Statistikgruppe |
| Wir bitten um Hilfe bei komplizierteren Situationen, aber wir ermutigen Forscher, ihre eigene statistische Analyse durchzuführen oder näher an die Daten heranzugehen, um die Annahmen und Fehlerquellen besser zu verstehen. |
| Ich habe Erfahrung mit verschiedenen Arten von Motorölen für Kolbenverbrennungsmotoren |
| Pkw, Straßen-Lkw, Off-Highway-Baumaschinen, Eisenbahn, Luftfahrt, stationäre Motoren. Und mein Spezialgebiet sind seit 19 Jahren große Motoren, und „groß“ ist ein relativer Begriff. Später werde ich Ihnen zeigen, was ich meine, wenn ich von einem großen Motor spreche. |
| Ich war ein früherer Benutzer von SAS. Ich bin derzeit Benutzer von JMP. Ich halte mich nicht für einen anspruchsvollen Benutzer |
| Ich könnte mittelmäßig sein. Ich neige dazu, immer wieder dieselben Analysen durchzuführen, weil ich im Allgemeinen immer wieder dieselben Fragen stelle und immer noch lerne. Ich möchte mich erweitern und anspruchsvoller werden. |
| Ich bin in Microsoft Excel besser als in JMP, also verwende ich Excel, um den Datensatz für den Import in JMP vorzubereiten, und ich exportiere die Ergebnisse sehr oft nach Excel, nur weil ich mit den Grafiktools und dem Export besser vertraut bin in PowerPoint für Kundenpräsentationen oder in Word für |
| ....für einen technischen Bericht. |
| Ich werde keine Echtzeit-Live-Action-Demonstration machen, um in JMP einzusteigen und es durchzugehen. Ich habe also nur Screenshots und ich werde darauf hinweisen, dass ich dies jetzt tun würde, ich würde das tun. |
| Motoren, Getriebe, Getriebe, Pumpen, Motoren. Schmierstoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein. |
| Ich konzentriere mich auf flüssige Motorenöle. |
| Waschmittel, Dispergiermittel und Antioxidationsmittel usw. |
| Nun gibt es innerhalb jeder dieser Zusatzstoffarten viele verschiedene chemische Optionen, sodass Waschmittel keine Sache sind, sondern eine Familie von Dingen. Und natürlich enthalten nicht alle Motoröle alle Additivarten. Sie verwenden nur das, was benötigt wird |
| für Effizienz. |
| Der heutige Vortrag konzentriert sich auf flüssige Schmierstoffe, Motoröle, für Kolbenverbrennungsmotoren (RICE). Das ist es, was sich im Allgemeinen in Ihrem Auto befindet. |
| Detergens, Dispergiermittel, Antioxidationsmittel, Verschleißschutz, Reibungsmodifikator. Jeweils ein Beispiel. Das Reinigungsmittel könnte also Calciumsulfonat sein. |
| Polyisobutylenbernsteinsäureanhydridpolyamin (PIBSA/PAM). |
| Antioxidans ist...könnte ein gehindertes Phenol sein. Anti-Verschleiß kann ein kompliziertes Molekül aus Zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP) sein. |
| Und Reibungsmodifikator, so etwas wie Glycerindioleat. Sie werden feststellen, dass alle diese einen polareren Teil des Moleküls und einen weniger polaren Teil des Moleküls haben. |
| Im Allgemeinen ist es der polare Teil, der ihm seine Funktion verleiht, und der unpolare Teil, der es in Erdöl löslich macht. |
| Und jetzt sage ich Ihnen, was ich unter großen Motoren verstehe. Hier ist ein Beispiel aus einem unserer Labore |
| Also große Motoren. Erstens, was ist kein großer Motor? Das ist also ein Auto. Es ist das Auto meiner Frau. Es verfügt über einen einigermaßen leistungsstarken Motor mit 200 PS. |
| Das ist kein großer Motor. Was ist mit Lastwagen, die über die Autobahn fahren, Strom erzeugen und Fracht transportieren? Nein, sie haben etwa 500 PS. Das ist kein großer Motor. Mein Beispiel für einen großen Motor ist der Motor einer Eisenbahnlokomotive. |
| Hier ist ein Bild eines Lokomotivmotors, der in eine Lokomotive eingebaut wird. Der rote Umriss ist der Motor und dort ist die Person zu sehen, die ihn einbaut, was Ihnen eine Vorstellung von der Größe gibt. |
| Stationäre Erdgasmotoren, um die es heute geht. |
| Holen Sie sich einfach meinen Laserpointer. |
| Hier ist ein Beispiel für eines dieser 5900 PS. Das grüne Ding. Und am Ende steht die Person, die daran arbeitet. |
| Und ein weiteres Beispiel für einen großen Motor ist ein Schiffsmotor, Schiffe auf See. Und hier ist ein Schiffsmotor. Dieses Exemplar leistet 98.000 PS und da ist die Person, die daran arbeitet. Das meine ich also, wenn ich von großen Motoren spreche. Sie sind wirklich groß. |
| Die Art von Fragen, die wir in der Schmierstoffforschung beantworten wollen, Dinge wie: Wie gut kann dieser Prüfstandstest die tatsächliche Leistung in der realen Welt vorhersagen? Wissen Sie, wenn ich Screener-Tests durchführe, dann Prüfstandstests. |
| Wie hängt die Leistung von der Konzentration eines Additivs ab? Wie viel muss ich einzahlen? Wie wirkt sich die Struktur des Additivs auf die Leistung aus? Wenn ich diese Kohlenwasserstoffkette länger oder verzweigter mache? Wenn ich das Verhältnis des polaren Teils zum unpolaren Teil ändere? |
| Kann ich die Leistung anhand der Zusammensetzung vorhersagen? Kann ich allein durch die Betrachtung des Moleküls vorhersagen, was es bewirken wird? |
| Wie lange hält das Produkt, bevor es ausgetauscht werden muss? In Ihrem Auto wird Ihnen also gesagt, dass Sie das Öl alle 3.000 Meilen oder 5.000 oder 7.500 oder 10.000 Meilen wechseln sollen, je nachdem, wen Sie fragen. |
| Wie viel besser ist mein Premiumprodukt als mein Hauptprodukt? Gibt es eine Unterscheidung dazwischen? Gibt es ein Wertversprechen? Wie schneidet mein Produkt im Vergleich zum Produkt meiner Konkurrenz ab? Das sind also die Dinge, die wir tun. |
| Lassen Sie mich nun über Nichtlinearität sprechen. Was meine ich mit nichtlinear. In der Welt der Gleichungen und der Statistik bedeutet nichtlinear also, dass die Parameter nichtlinear sind, nicht die Variablen. |
| Okay, also lasst uns ein sehr schnelles Spiel linear oder nicht linear spielen ... |
| nichtlinear. Also ist y gleich mx plus b. Dies ist die klassische lineare Gleichung. |
| Wenn Sie nichts anderes tun, wissen Sie das. |
| Nun, wie wäre es mit einem Quadrat. Jetzt habe ich x im Quadrat. Und das ist nicht linear. Das ist quadratisch, aber a, b und c sind die Parameter. Sie sind linear. Das ist auch eine lineare Gleichung. |
| Was ist mit kubisch? Gleiche Sache. Jedes Polynom wird in den Parametern linear sein. Es handelt sich also um eine lineare Regression. |
| a mal e zum bx. Ich habe also einen Präexponenten ... ein exponentielles a, und ich habe b im Exponenten, aber diese Gleichung kann leicht in log umgeschrieben werden, und jetzt ist sie wieder eine lineare Gleichung. Also würde ich einfach den Logarithmus von y gegen x regressieren. |
| Y ist gleich A plus B x zum C. Das ist also nicht e zum x. Es ist x zum Etwas. Und das ist nichtlinear. Dies ist also ein Beispiel für eine nichtlineare Gleichung. |
| Y ist gleich A über x plus b. |
| Okay. A und B befinden sich an verschiedenen Orten. Es gibt eine Summe, aber ich kann diese noch einmal umschreiben, wenn ich Gegenwerte nehme. Ich würde also 1 über y gegen x regressieren und dann wird dies zu einer linearen Situation. |
| Y ist gleich A mal x über b plus x. |
| Dies ist eine nichtlineare. Das ist ein sehr klassischer Michaelis-Menten, der etwas mit Biologie zu tun hat |
| Enzymkinetik. |
| Und dann ist hier eine Art komplizierte Gleichung. Dies ist die Gleichung, die wir heute verwenden werden. Und das ist eindeutig nichtlinear. |
| Das Beispiel, das ich heute gewählt habe, ist ein Erdgasmotor |
| Oxidation, daher oxidiert das Öl im Betrieb. Dies ist ein Bild von einem der Motoren |
| in dem wir den Test gemacht haben. Dies ist eine Kompressorstation. Der blaue Umriss ist also der Motor. Der rote Umriss ist der Kompressor, den er antreibt, die Pumpe, und das ziemlich große, grün hervorgehobene Gebilde auf der Rückseite, das ist der Kühler. |
| Im Allgemeinen ist Oxidation für unsere Zwecke also eine Zersetzung, die durch die Reaktion mit Sauerstoff verursacht wird. |
| Genau genommen lernt man im Chemieunterricht, dass Oxidation auch ohne Sauerstoff stattfinden kann. Es hat mit dem Verlust von Elektronen zu tun, aber darum geht es hier nicht. Häufige Beispiele sind, wenn Apfelscheiben braun werden oder alte Milch sauer wird. |
| Wie bereits erwähnt, bestehen Motoröle hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffmolekülen. Im Motorbetrieb sind sie hohen Temperaturen ausgesetzt. |
| Bei der Kraftstoffverbrennung entstehen freie Radikale, die in das Öl gelangen und die Oxidation fördern. Freie Radikale sind Molekülfragmente mit ungepaarten Elektronen. |
| Sie sind instabil und reaktiv und greifen andere Moleküle an, um deren Elektronen zu paaren. Bei der Kraftstoffverbrennung werden Moleküle einfach auseinandergeblasen und bilden diese Fragmente |
| Die Oxidation des Motoröls führt zu unerwünschten Folgen wie Ölverdickung. Also höhere Viskosität als das Motordesign erfordert |
| Außerdem wird der Kraftstoffverbrauch gesenkt, da eine dickere Flüssigkeit herumgedrückt werden muss. Durch Oxidation entstehen Säuren und Säure kann Metallteile angreifen. Durch Oxidation entstehen Ablagerungen. Diese Ablagerungen können die Ölkanäle verstopfen und dem Motor das Schmieröl entziehen oder bewegliche Teile behindern, sodass sie einfach zusammenkleben. |
| Die Oxidation wird in unserem Bereich oft mit Infrarot gemessen und die Einheiten sind Absorption pro Zentimeter. Motorenhersteller geben Grenzwerte bekannt, bei denen das Öl gewechselt werden muss. Wenn die Oxidation einen bestimmten Punkt erreicht, müssen Sie das Öl wechseln, um Ihre Garantie aufrechtzuerhalten. |
| In dem Testentwurf, über den ich heute sprechen werde, gab es zwei verschiedene Hersteller von Erdgasmotoren, die ich nur X und Y genannt habe, um keine Namen zu nennen und sie generisch zu machen |
| Es gab drei Öle, die ich für dieses Beispiel Blau, Rot und Grün bzw. A, B und C genannt habe. Und es handelte sich um ein 3x2-Design, sodass jedes Öl in jedem Motordesign enthalten war. |
| Die Gesamtlaufzeit beträgt ca. 14 Monate, das sind 10.000 bzw. 11.000 Betriebsstunden. Das entspricht etwa 15 Monaten 14–15 Monaten Dauerbetrieb bei mehr als 95 % der Maximallast. |
| Die Motoren wurden nur dann abgeschaltet, wenn ein Ölwechsel erforderlich war. |
| Wenn Sie nun an diese Zeitspanne denken, |
| Wenn Sie Ihr Auto in der Nähe seiner maximalen Motorleistung fahren würden und, sagen wir, durchschnittlich 70 Meilen pro Stunde, wären das 700.000 Meilen eines Tests. |
| Für das heutige Beispiel betrachte ich nur eines der Motormodelle im Detail, das ich x genannt habe. |
| Jede Woche bis zu 10 Tage wurden Ölproben entnommen, insgesamt also etwa 600 Proben. |
| Es wurden viele Parameter rund 20 Öleigenschaften erwähnt. |
| Außerdem untersuchten wir den Motor, führten physikalische Messungen des Verschleißes und physikalische Messungen der Ablagerungen durch. Ich werde mich vorerst nur mit der Oxidation befassen. |
| Hier ist also der Datensatz. Es wurde gekürzt. Ich habe es vereinfacht, um nur zu zeigen, was für heute benötigt wird. Also die Variablen der Farbe |
| ist die Ölformulierung, die blau, grün und rot ist. Öl ist variabel, das ist das Alter des Öls in Stunden. Das sind also die Stunden seit dem letzten Ölwechsel, wohingegen „Test“ die akkumulierten Stunden ist, also die Summe seit Beginn des Tests, und „Ox“ die Oxidation in diesen Einheiten der Absorption pro Zentimeter ist. |
| Jetzt werden Sie die Zeilen bemerken. Ich habe die Zeilen entsprechend der Farbe farblich gekennzeichnet. Also das ganze Öl, das ich blaues Öl genannt habe, ich habe die Markierungen in Blau und Rot in Rot usw. eingefärbt. Und ich habe auch Formen zugewiesen. Der x-Hersteller hat also ein Quadrat und der y-Hersteller hat einen Kreis. |
| Nun, wie gesagt, der vollständige Datensatz ist viel umfangreicher. |
| Okay, nehmen wir also unseren Datensatz. |
| Plotten Sie die Daten. |
| Es ist immer das Erste, was Sie tun. |
| Also in JMP, |
| Was ich also tun werde, ist wiederum keine Live-JMP-Demonstration. Also werde ich die Aktion zeigen |
| Auf der linken Seite bedeuten Wörter und dieser Pfeil, dass es sich um eine Aktion handelt, und dann wird ein roter Kreis angezeigt, der anzeigt, wo Sie die Aktion ausführen. Verwenden Sie also die Diagrammplattform. Es erscheint eine Box, Graph Builder. |
| Und das bringt Sie zu dieser Box, Graph Builder. |
| Nehmen Sie also Öl als x-Variable. Klicken Sie also einfach darauf und ziehen Sie es hierher. |
| Und wenn kein Y vorhanden ist, werden Sie wie in einem Histogramm angezeigt. |
| Und dann ist ox unsere abhängige Variable; ox, die y-Variable und du bekommst das |
| Jetzt gibt es einen offensichtlichen Ausreißer. Sogar ich kann das sagen. Wir werden das später loswerden. |
| Es sieht also ziemlich chaotisch aus. |
| Deshalb werde ich die beiden verschiedenen OEMs, Erstausrüster, trennen. |
| Wenn ich also OEM nehme und das in Overlay einfüge, |
| Jetzt habe ich Blau und Rot, nur JMP wählt die Farben aus. Es stellt sich also heraus, dass Blau das x und Rot das y ist. Und Sie können sehen, dass sich die beiden verschiedenen Motormodelle sehr unterschiedlich verhalten. |
| Blau hat offensichtlich eine kürzere Lebensdauer; Rot hat eine längere Öllebensdauer. Heute schauen wir uns also nur eine... an. |
