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Trascrizione |
| Fred |
Salve e grazie per l'invito a presentare al Discovery Summit Americas 2020. Mi chiamo Fred Girshick e parlerò della ricerca sui lubrificanti utilizzando la regressione non lineare con JMP. |
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Quindi il mio programma prevede alcune presentazioni su di me e sul mio campo tecnico, un po' di informazioni sul contesto della ricerca sui lubrificanti, |
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Descriveremo i tipi di domande a cui vogliamo rispondere utilizzando strumenti statistici, forniremo alcuni esempi di modelli non lineari, mostreremo come conduco un'analisi non lineare e infine parleremo delle conclusioni e dei progetti per il futuro. |
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Quindi, per farla breve, quello è l'edificio in cui lavoro. |
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Allora chi sono io? |
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Se qualcuno di voi ha gridato 24601, riceverà un credito extra all'esame finale. Mi chiamo Fred Girshick. Sono un ricercatore per un'azienda di prodotti chimici specializzati, potete vedere il nostro logo in alto a destra. |
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Siamo produttori di additivi chimici per lubrificanti e carburanti. Disponiamo di un gruppo di statistica globale. |
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per assistenza in situazioni più complesse, ma incoraggiamo i ricercatori a svolgere le proprie analisi statistiche o ad approfondire i dati, comprendere meglio le ipotesi e le fonti di errore. |
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La mia esperienza riguarda diverse tipologie di oli motore per motori a combustione interna alternativi. |
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Autovetture, camion stradali, macchine edili fuoristrada, ferrovie, aviazione, motori stazionari. E la mia specialità, negli ultimi 19 anni, sono i motori di grandi dimensioni, e "grandi" è un termine relativo. Quindi, più avanti, vi mostrerò cosa intendo quando parlo di motori di grandi dimensioni. |
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In passato ho utilizzato SAS. Attualmente utilizzo JMP. Non mi considero un utente esperto. |
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Potrei essere a un livello intermedio. Tendo a ripetere sempre lo stesso tipo di analisi perché in genere mi pongo sempre le stesse domande. Sono ancora in fase di apprendimento. Vorrei ampliare le mie competenze e diventare più esperto. |
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Sono più bravo con Microsoft Excel che con JMP, quindi uso Excel per preparare il set di dati da importare in JMP e molto spesso esporto i risultati in Excel, semplicemente perché sono più abile con gli strumenti grafici e poi esporto in PowerPoint per la presentazione al cliente o in Word per |
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...per una relazione tecnica. |
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Non farò una dimostrazione pratica in tempo reale di come usare JMP e di come lo utilizzo. Userò solo degli screenshot e indicherò cosa farei ora, cosa farei in quel momento. |
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Motori, trasmissioni, ingranaggi, pompe, propulsori. I lubrificanti possono essere solidi, liquidi o gassosi. |
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Mi concentro sugli oli motore liquidi. |
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detergente, disperdente, antiossidante, ecc. |
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All'interno di ciascuna di queste tipologie di additivi esistono molte opzioni chimiche diverse, quindi il detergente non è un'unica sostanza, ma una famiglia di sostanze. E ovviamente, non tutti gli oli motore contengono tutti i tipi di additivi. Si usa solo ciò che è necessario. |
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per l'efficienza. |
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La presentazione di oggi si concentrerà sui lubrificanti liquidi, ovvero gli oli motore, per i motori a combustione interna alternativi (RICE). Si tratta generalmente del lubrificante utilizzato nelle automobili. |
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Detergente, disperdente, antiossidante, antiusura, modificatore di attrito. Un esempio per ciascuna funzione. Quindi il detergente potrebbe essere il solfonato di calcio. |
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poliisobutilene succinico anidride poliamminica (PIBSA/PAM). |
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L'antiossidante potrebbe essere un fenolo stericamente impedito. L'agente antiusura potrebbe essere una molecola complessa di zinco dialchil ditiofosfato (ZDDP). |
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E un modificatore di attrito, qualcosa come il dioleato di glicerolo. Noterete che tutti questi hanno una parte più polare della molecola e una parte meno polare della molecola. |
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In termini generali, la parte polare è ciò che gli conferisce la sua funzionalità, mentre la parte non polare è ciò che lo rende solubile nell'olio di petrolio. |
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E ora vi spiegherò cosa intendo per motori di grandi dimensioni. Ecco un esempio di uno dei nostri laboratori. |
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Quindi, motori di grossa cilindrata. Innanzitutto, cosa non è un motore di grossa cilindrata? Questa è un'auto. È l'auto di mia moglie. Ha un motore piuttosto potente da 200 cavalli. |
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Non si tratta di un motore di grandi dimensioni. Pensate ai camion che percorrono l'autostrada, che generano potenza e trainano merci. No, hanno circa 500 cavalli. Non è un motore di grandi dimensioni. Il mio esempio di motore di grandi dimensioni è il motore di una locomotiva ferroviaria. |
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Ecco una foto di un motore di locomotiva in fase di installazione. Il contorno rosso indica il motore e la persona che lo sta installando vi dà un'idea delle dimensioni. |
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Motori stazionari a gas naturale, argomento che tratteremo oggi. |
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Prendi il mio puntatore laser. |
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Ecco un esempio di uno di quei motori da 5900 cavalli. Quello verde. E alla fine c'è la persona che ci sta lavorando. |
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Un altro esempio di motore di grandi dimensioni è il motore marino, quello delle navi in mare. Ecco un motore marino. Questo in particolare genera 98.000 cavalli vapore e qui c'è la persona che ci sta lavorando. Ecco cosa intendo quando parlo di motori di grandi dimensioni. Sono davvero enormi. |
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I tipi di domande a cui vogliamo rispondere nella ricerca sui lubrificanti, cose come quanto bene questo test al banco predice le prestazioni reali nel mondo reale, sai, se sto eseguendo test di screening, test al banco. |
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In che modo le prestazioni dipendono dalla concentrazione di un additivo? Quanto ne devo aggiungere? Come influisce la struttura dell'additivo sulle prestazioni? Se allungo o ramifico la catena idrocarburica? Se modifico il rapporto tra la parte polare e quella non polare? |
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Posso prevedere le prestazioni dalla composizione, guardando solo la molecola posso prevedere cosa farà? |
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Quanto dura il prodotto prima di doverlo cambiare? Ad esempio, per la tua auto ti viene consigliato di cambiare l'olio ogni 3000 miglia, 5000, 7500 o 10000, a seconda di chi lo chiedi. |
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Quanto è migliore il mio prodotto premium rispetto al mio prodotto di linea principale? C'è una differenza tra i due? Esiste una proposta di valore? Come si confronta il mio prodotto con quello della concorrenza? Ecco, queste sono le cose che facciamo. |
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Ora, parliamo di non linearità. Cosa intendo per non lineare? Nel mondo delle equazioni, nel mondo della statistica, non lineare significa non lineare nei parametri, non nelle variabili. |
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Okay, allora giochiamo a un gioco molto veloce: lineare o non lineare... |
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non lineare. Quindi y è uguale a mx più b. Questa è la classica equazione lineare. |
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Se non fai altro, lo sai. |
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Bene, che dire di un'equazione quadratica? Ora ho x al quadrato. E questa non è lineare. È quadratica, ma a, b e c sono i parametri. Sono lineari. Anche questa è un'equazione lineare. |
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E per quanto riguarda il cubico? Stessa cosa. Qualsiasi polinomio sarà lineare nei parametri. Quindi si tratta di regressione lineare. |
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a moltiplicato per e elevato a bx. Quindi ho un pre-esponente...esponenziale a, e ho b nell'esponente, ma questa equazione può essere facilmente riscritta come logaritmo e ora è di nuovo un'equazione lineare. Quindi farei semplicemente una regressione del logaritmo di y rispetto a x. |
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Y è uguale ad A più B x elevato a C. Quindi non è e elevato a x. È x elevato a qualcosa. E questa è un'equazione non lineare. Quindi questo è un esempio di equazione non lineare. |
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Y è uguale ad A fratto x più b. |
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Okay. A e B sono in posizioni diverse. C'è una somma, ma di nuovo posso riscriverla, se prendo i reciproci. Quindi farei una regressione di 1 su y rispetto a x e poi questa diventa una situazione lineare. |
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Y è uguale ad A per x fratto b più x. |
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Questo è un non lineare. Questo è molto classico Michaelis-Menten, qualcosa che ha a che fare con la biologia e |
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cinetica enzimatica. |
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Ed ecco un'equazione piuttosto complessa. Questa è l'equazione che useremo oggi. Ed è decisamente non lineare. |
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L'esempio che ho scelto per oggi è un motore a gas naturale. |
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ossidazione, quindi durante il funzionamento l'olio si ossida. Questa è l'immagine di uno dei motori |
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che abbiamo utilizzato per il test. Questa è una stazione di compressione. Il contorno blu rappresenta il motore. Il contorno rosso rappresenta il compressore che aziona, la pompa, e quella struttura piuttosto grande evidenziata in verde sullo sfondo è il radiatore. |
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In generale, quindi, per i nostri scopi, l'ossidazione è la degradazione causata dalla reazione con l'ossigeno. |
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Ora, a rigor di termini, nei corsi di chimica si impara che l'ossidazione può avvenire anche in assenza di ossigeno. Ha a che fare con la perdita di elettroni, ma non è questo ciò che sta accadendo qui. Esempi comuni sono quando le fette di mela diventano marroni o il latte andato a male. |
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Come già accennato, gli oli motore sono costituiti principalmente da molecole di idrocarburi. Durante il funzionamento del motore, sono esposti ad alte temperature. |
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La combustione del carburante genera radicali liberi che penetrano nell'olio e ne promuovono l'ossidazione. I radicali liberi sono frammenti molecolari con elettroni spaiati. |
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Sono instabili e reattivi e attaccano altre molecole per accoppiare i loro elettroni. Durante la combustione del carburante, le molecole vengono semplicemente disintegrate per formare questi frammenti. |
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L'ossidazione dell'olio motore porta a conseguenze indesiderate come l'ispessimento dell'olio. Quindi una viscosità superiore a quella richiesta dalla progettazione del motore |
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Inoltre, riduce l'efficienza del carburante, perché è necessario spingere un liquido più denso. L'ossidazione forma acidi e gli acidi possono corrodere le parti metalliche. L'ossidazione provoca depositi che possono ostruire i condotti dell'olio e impedire al motore di lubrificarsi correttamente o ostacolare il movimento delle parti, incollandole tra loro. |
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Nel nostro settore, l'ossidazione viene spesso misurata tramite infrarossi e l'unità di misura è l'assorbanza per centimetro. I produttori di motori pubblicano i limiti oltre i quali l'olio deve essere cambiato. Pertanto, quando l'ossidazione raggiunge un certo livello, è necessario cambiare l'olio per mantenere valida la garanzia. |
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Nel progetto di test di cui parlerò oggi, c'erano due diversi produttori di motori a gas naturale, che ho chiamato semplicemente X e Y per non rivelarne i nomi e per renderlo generico |
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C'erano tre oli, che ho chiamato blu, rosso e verde, o a, b e c per questo esempio. E si trattava di un progetto 3x2, quindi ogni olio era presente in ogni configurazione del motore. |
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In totale... è stato in funzione per circa 14 mesi, ovvero 10.000 o 11.000 ore di funzionamento. Questo corrisponde a circa 15 mesi di funzionamento continuo a oltre il 95% del carico massimo. |
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I motori venivano spenti solo quando era necessario effettuare il cambio dell'olio. |
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Ora, se pensate a quel periodo di tempo, |
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Se guidassi la tua auto vicino alla potenza massima del motore, e diciamo a una velocità media di 70 miglia orarie, si tratterebbe di un test di 700.000 miglia. |
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Nell'esempio di oggi prenderò in esame nel dettaglio solo uno dei modelli di motore, quello che ho chiamato x. |
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Sono stati prelevati campioni di petrolio ogni settimana o ogni 10 giorni, per un totale di circa 600 campioni. |
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Sono stati menzionati numerosi parametri relativi a 20 proprietà dell'olio. |
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Abbiamo anche esaminato il motore, effettuato misurazioni fisiche dell'usura e dei depositi. Per ora mi concentrerò solo sull'ossidazione. |
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Ecco, ecco il set di dati. È stato troncato. L'ho semplificato per mostrare solo ciò che servirà per oggi. Quindi le variabili di colore |
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La formulazione dell'olio, rappresentata dai colori blu, verde e rosso, è variabile e indica l'età dell'olio in ore. Quindi, si tratta delle ore trascorse dall'ultimo cambio d'olio, mentre il test indica le ore accumulate, il totale dall'inizio del test, e Ox è l'ossidazione espressa in assorbanza per centimetro. |
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Ora noterete le righe, ho usato un codice colore per ciascuna riga. Quindi tutto l'olio che ho chiamato olio blu, ho colorato i marcatori di blu, quello rosso di rosso e così via. Ho anche assegnato delle forme. Ad esempio, il produttore sull'asse x ha un quadrato e quello sull'asse y un cerchio. |
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Come ho già detto, l'insieme completo dei dati è molto più esteso di così. |
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Bene, prendiamo il nostro set di dati. |
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rappresentare graficamente i dati. |
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È sempre la prima cosa da fare. |
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Quindi in JMP, |
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Quindi quello che farò, ripeto, non farò una dimostrazione dal vivo di JMP. Quindi mostrerò l'azione |
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Sulla sinistra le parole e quella freccia indicano un'azione e poi ci sarà un cerchio rosso che mostra dove eseguirla. Quindi usa la piattaforma del grafico, si apre una finestra, Generatore di grafici, |
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E questo ci porta a questa casella, Generatore di grafici. |
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Quindi, considera il petrolio come la variabile x. Basta cliccare su di essa e trascinarla qui sotto. |
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E in assenza di una Y, viene visualizzato come un istogramma. |
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E poi ox è la nostra variabile dipendente; ox, la variabile y e si ottiene questo |
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Ecco un valore anomalo evidente. Persino io me ne accorgo. Ce ne libereremo più tardi. |
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Sembra piuttosto disordinato. |
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Quindi separerò i due diversi OEM, ovvero i produttori di apparecchiature originali. |
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Quindi se prendo OEM e lo metto in overlay, |
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Ora ho il blu e il rosso, è JMP che sceglie i colori. Quindi, a quanto pare, il blu è la x e il rosso è la y. E si può vedere che i due diversi modelli di motore si comportano in modo molto diverso. |
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Il blu ovviamente ha una durata più breve; il rosso ha una durata più lunga dell'olio. Quindi per oggi, prenderemo in considerazione solo... |
