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Troubleshoot，锁定故障根源
作者：曹方
（所有发表于本公众号的曹方的文章均经作者授权）
记得少年时期，我买来旧零件，自己组装收音机。参照《无线电》杂志上的电路图，反复用那几个零件，装新的，拆旧的。几乎每次刚刚装好的家伙都不响，我只好找故障根源。按照逻辑关系检查，
排除故障后收音机就可以响了。

大学毕业后，因为经历多，又跨行业，我发现自己特别善于“锁定故障根源”。也许它是“童子功”?  所以找工作的时候，我会在简历里特别强调我的这个能力，因为老板
都很看重它。


有些“故障根源”可以看见，比如“断了”，“冒烟了”，“跳闸了
”。还有一些“故障根源”看不见。这个时候，需要观察现象，逻辑分析。这时，锁定故障根源的过程像破案。另外还有一些故障时隐时现，一会儿它来了，一会儿它又莫名其妙地恢复正常了，神出鬼没。对于这种时隐时现的故障，很难锁定其根源。另外一般来说，一个故障是由一个根源引起。两个根源同时引起故障的概率很小。但是，如果发生小概率事件，在锁定故障根源时，逻辑分析的难度也会陡然增加。因此许多工厂里都有长年不能解决的老问题。除了故障根源隐藏严密之外，也因为“办案人员” 思路不多，钻入牛角尖。这时如果来了一位跨行业的工程师，带来新思路，也许就能解决这个
老问题。


曾经供职过5家公司，我做过很多“锁定故障根源”的事，多的记也
记不清了。但是，二十几年前的这件事，却让我记忆犹新。


82年大学毕业后，我在中建总公司工作10年。然后重返校园，在
美读研。95年再毕业后，我的第一份工作是酱油厂的工业工程师。台湾万家香酱油厂来纽约远郊县投资新厂。当时我的主要工作是建设
第二条生产线。次要工作是维护第一条生产线的设备运行。

有一天，质量负责人，食品专业硕士，David给我讲述了一个困扰他的老问题。5加仑的桶装酱油，因为胀气鼓盖，常常被退货。但又不是每一批次都会胀气鼓盖。他说，瓶装酱油也会胀气，但是外观上看不出来。桶装盖子由平变鼓，一眼就能看到胀气。他化验发现高温蒸煮过的酱油里还有少量活性酵母菌。他认为胀气是这些酵母菌还在持续发酵造成的。但是，虽然都存在少量酵母菌，大多数时候又没有胀气鼓盖。这种胀气鼓盖时隐时现的情况让David迷惑不解。因此，他又不敢确定自己的判断。
纽约新厂的酱油蒸煮工序在高温高压的热交换器里完成。热交换器的一面是预热过的生酱油，另一面是高压蒸汽。热交换器的酱油出口管道里安装温度传感器，它连接温度记录仪。记录整个蒸煮过程中熟酱油的温度变化。出口时刻，酱油温度都被加热到102 - 105摄氏度之间（常压下，水温只能达到100度；高压下，水温可以超过100度）。David看着每次酱油的蒸煮记录纸，他想在这样的高温高压下，理论上，全部酵母菌都应该被灭活了。为什么熟酱油样品里总是还存在一点活性酵母菌呢？为什么？它不合理啊！
David百思不解。


每次退货，取样化验，结果表明酱油还是好酱油。David只好下
令再蒸煮一遍，酱油做瓶装发货。这样大幅增加成本，它也不是长久之道啊！
无论如何，理论上，经过高温高压蒸煮的熟酱油里不应该存在活性酵母菌。
经过观察分析，我发现了问题。从热交换器出来的102度熟酱油沿1米左右的不锈钢管迅速进入给生酱油预热的第二个热交换器。它利用熟酱油的高温预热生酱油。也就是说，熟酱油在102度高温下的时间仅有短短的几秒钟，然后被迅速冷却。第二个热交换器出口处的熟酱油经过冷却，只有40度左右。我认为“高温时长不够”是少量酵母菌存活的根源。David说：“有道
理”。


我买来一根直径50厘米的不锈钢管，建造了一个两米高的高温延时
塔。把它安装在给生酱油预热的第二个热交换器之前。按照计算102度的高温高压酱油，从上入口到下出口，要在塔里螺旋向下奔流60 秒。然后102度的酱油才进入第二个热交换器里预热生酱油，同时冷却自己。
安装高温延时塔后，第一批次的蒸煮酱油出来了。David取样化验。第二天，培养皿里没有菌落。酵母菌，100%，都被灭活了！
大家都希望问题解决了。让我们失望了，过了几天，又发生5加仑桶装酱油因胀气鼓盖而退货！这次，化验退货的酱油，David没有发现任何活性酵母菌！没有活性酵母菌，为什么酱油还会胀气鼓盖呢
？


小概率事件发生了。这次真的是两个根源引发酱油胀气鼓盖。而且是
随机胀气鼓盖，是神出鬼没地胀气鼓盖。


首先介绍溶解气体的3个状态：

不饱和状态 - 还可以溶解更多气体。

饱和状态 - 不能再溶解更多气体。

过饱和状态 - 有小气泡析出。


万家香酱油厂是台湾著名企业。在台湾，5加仑的桶装酱油，几十年来从来没有胀气鼓盖之事。台湾厂里的技术人员也对纽约厂里的胀气鼓盖迷惑不解。在台湾的工厂里，他们用传统的大锅煮沸酱油。一锅煮2吨，十锅煮20吨。到美国建新厂的时候，他们学习日本酱油厂的方法用热交换器煮酱油。热交换器的效率很高，
1小时就能煮20吨。


我观察厂里的酱油发酵桶。桶很大，容积100吨，酿造26个星期
。每条生产线有26个100吨的发酵桶。我打开已经发酵25个星期的发酵桶桶盖，一股酱香扑面而来，还夹杂着醇香（万家香的酵母菌种是“镇厂之宝”。它被小心翼翼地存放在化验室的
冰箱里）。我可以看到桶内的发酵体还在星星点点地冒着气泡。


问题清楚了。因为有气泡冒出，酿造过程中，酱油中溶解气体处于饱
和状
态。


台湾大锅敞开式煮酱油的时候，温度升高，气体的溶解度降低，过饱
和的气体析出，咕噜咕噜地冒泡，气体排放到大气中。冷却后温度降低，熟酱油里剩余溶解气体处于不饱和状态，即稳定状态。所以桶装酱油在运输震动和仓库温度上升时，都不会有微小气泡析出
。所以台湾厂从来没有“胀气鼓盖”的事。


反观纽约工厂的热交换器是一个高温高压的密闭空间，虽然高温降低
气体溶解度，但是同时高压增加气体溶解度，所以酱油里的溶解气体
在热交换器里不能析出。


高温熟酱油在给生酱油预热的热交换器里冷却，出来时，常压下，它
的温
度已经降到40度左右。


纽约厂整个蒸煮过程中，酱油里溶解气体没有得到排出的机会。所以
熟酱油里的溶解气体还处在饱和状态。


酱油里溶解气体处于饱和状态是不稳定状态，溶解气体蓄势待发。它
有可能因为运输途中的震动，或者仓库温度升高而变成过饱和状态，从而释放小气泡，造成胀气，桶盖鼓起。它也有可能，多数时候，
一直维持饱和状态，蓄势待发而不发。


“胀气鼓盖” 时隐时现的特点很能迷惑“办案人员”。它的确增加了找出问题根源
的难度。这也无怪它是厂里令人头疼的老问题。


为了验证我的分析，我用烧杯取样，到化验室做实验。震动时，可以
观察到酱油里冒出气泡；稍微加温时，也可以观察到大量微小气泡析
出。


实验肯定了我的分析判断。解决问题的思路是：给酱油“去势”，抽
出酱油里的部分溶解气体，使之变成不饱和状态。


我设计了一个“脱气塔”。一台气泵连续抽出塔内气体，造成塔内负
压；在塔上部，水泵把酱油喷射到脱气塔的内壁上，酱油呈“瀑布”向下流淌。塔内负压让酱油里溶解气体从饱和状态变为过饱和状态。酱油冲击桶壁造成强烈震动，“瀑布”又造成巨大表面积，促使析出的微小气泡快速脱离酱油。脱离酱油的气体进而被气泵抽出塔外，以维持塔内负压。在气泵出口附近可以闻到被抽出来的酱香味。脱气塔底部积累一定深度的酱油后，可以抽取底部酱油，开始做5加仑桶的罐装工作。“一边脱气，一边罐装”。罐装后，恢复常压。被“去势”后，酱油里的剩余溶解气体已经处于不饱和状态，即稳定
状态。


酱油经过脱气塔再罐装。从此5加仑桶装酱油再也没有发生过因为胀
气鼓盖而退货的事。困扰工厂多年的头疼之事终于翻篇了。


作为工业工程师，我需要广泛的基础知识。因为我不知道工作中将会
遇到什么样的“案子”。多一些知识，多一条“锁定故障根源”的思路。我的许多理论知识来自于大学本科的基础课教育。它帮助我在工作中面对各种各样的问题。大学本科训练的学习方法也帮助我在
工作中不断学习新技术，比如自学的AutoCad，PLC，…。


现在我已经退休了。常常回首那些曾经的工作和克服的难题，我感谢
母校，哈尔滨建筑工程学院（现在并入哈工大）。
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