在過(guò)去，要獲得一款能夠滿足終端用戶(hù)需求、符合所有必需安全和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的可靠配方，需要化學(xué)家、技術(shù)工程師以及進(jìn)行客戶(hù)試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員的通力合作。這可能需要幾個(gè)月，甚至幾年的時(shí)間來(lái)不斷完善。
依瑪深知打印品質(zhì)和減少停機(jī)時(shí)間對(duì)我們的客戶(hù)至關(guān)重要，因此，我們的大多數(shù)墨水和液體產(chǎn)品都在內(nèi)部開(kāi)發(fā)和制造，以確保我們的設(shè)備保持卓越性能。僅在英國(guó)，這就意味著我們?cè)诶锲值膶?zhuān)業(yè)墨水工廠每年生產(chǎn)大約300萬(wàn)升墨水。
我們還認(rèn)識(shí)到世界發(fā)展瞬息萬(wàn)變，人們現(xiàn)在期望企業(yè)能夠在很短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造出同樣卓越質(zhì)量的產(chǎn)品。因此，我們問(wèn)自己：如何在加快內(nèi)部墨水開(kāi)發(fā)的同時(shí)確保高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品，以滿足我們的客戶(hù)需求？為了解決這一難題，我們已經(jīng)開(kāi)啟了研發(fā)工作數(shù)字化征程，利用自動(dòng)化、預(yù)測(cè)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)改進(jìn)工藝流程，加快各種復(fù)雜工作取得進(jìn)展，達(dá)到事半功倍的效果。
01
標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程
標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程
在實(shí)驗(yàn)室，我們的化學(xué)專(zhuān)家通常花費(fèi)大量時(shí)間從事低價(jià)值工作，比如稱(chēng)量材料、混合配方和測(cè)試樣品。這些簡(jiǎn)單步驟是可以利用數(shù)字技術(shù)提高生產(chǎn)率的潛在領(lǐng)域。
依瑪投資建設(shè)了機(jī)器人平臺(tái)，能夠處理化學(xué)粉末和液體，并根據(jù)預(yù)先確定的配方混合樣品墨水，減少人工干預(yù)。將這部分配方工藝流程自動(dòng)化后，生產(chǎn)1300多個(gè)樣品所需的工作量不到原來(lái)的一半，能夠有效地在六個(gè)月內(nèi)完成一年的取樣工作。此外，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的化學(xué)品使用量減少了57%，隨著我們將更多開(kāi)發(fā)任務(wù)轉(zhuǎn)移到機(jī)器人平臺(tái)上，這個(gè)數(shù)字將進(jìn)一步下降。
樣品墨水完成配制后，需要測(cè)試物理特性，如粘度、密度和電導(dǎo)率。盡管這對(duì)配方工藝流程至關(guān)重要，但這是可以使用自動(dòng)化來(lái)改進(jìn)流程、減少浪費(fèi)并加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度的另一個(gè)領(lǐng)域。
我們配備了一套用于測(cè)量粘度和電導(dǎo)率的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，從而提高了自動(dòng)取樣能力。這臺(tái)機(jī)器可以安排在夜間進(jìn)行測(cè)試，提高可用性，它還可以執(zhí)行自動(dòng)清洗，為每個(gè)接受測(cè)試的樣品節(jié)省大約五分鐘。從單個(gè)樣本來(lái)看，節(jié)省的時(shí)間并不算多。但從整體角度來(lái)說(shuō)，去年我們測(cè)試了4142個(gè)粘度樣本和1168個(gè)電導(dǎo)率樣本，總共節(jié)省了大約450個(gè)小時(shí)。
總體上，節(jié)省的時(shí)間和成本使我們能夠在六個(gè)月內(nèi)償還新設(shè)備的成本。新自動(dòng)化設(shè)備精度更高，每個(gè)樣品從100克減少到僅8-10克。更少的材料意味降低浪費(fèi)和成本，而且由于設(shè)備可以自己完成清洗，減少了人力和溶劑的使用。清潔功能使溶劑用量減少了80%，在2020年共節(jié)省了330升。從生產(chǎn)力、成本和環(huán)境的角度來(lái)看，這是一個(gè)雙贏的結(jié)果。
02
預(yù)測(cè)模型用于加速學(xué)習(xí)
預(yù)測(cè)模型用于加速學(xué)習(xí)
數(shù)據(jù)分析是另一個(gè)可能從數(shù)字化受益的領(lǐng)域。我們開(kāi)始探索如何使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建墨水配方的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，即使用統(tǒng)計(jì)軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以確定具有特定特性的樣品墨水配方。
為充分利用化學(xué)家在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室工作中得到的數(shù)據(jù)，我們定制開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)室電子筆記本。這讓團(tuán)隊(duì)能夠有效地計(jì)劃、記錄和訪問(wèn)關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們還引入了一些功能，允許團(tuán)隊(duì)查看化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)中的化學(xué)品庫(kù)存水平，確保在工作開(kāi)始前準(zhǔn)備好所有材料，減少時(shí)間浪費(fèi)。我們還使用該系統(tǒng)執(zhí)行和存儲(chǔ)健康和安全評(píng)估，評(píng)估結(jié)果會(huì)自動(dòng)打印在使用的樣品標(biāo)簽上。
我們使用這些數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)，以識(shí)別候選配方，這可以顯著加快采樣工藝流程。
03
使用機(jī)器學(xué)習(xí)的虛擬配方
使用機(jī)器學(xué)習(xí)的虛擬配方
在這種新方法中，我們還探索了使用數(shù)據(jù)工程來(lái)支持機(jī)器學(xué)習(xí)以確定墨水配方的目標(biāo)值。如果要生產(chǎn)具有某些性能的墨水，例如柔性薄膜在寒冷環(huán)境下的快速干燥時(shí)間，我們可以將這些信息輸入機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以確定墨水設(shè)計(jì)的起始假設(shè)。該系統(tǒng)還可以幫助我們識(shí)別數(shù)據(jù)中存在的缺陷，并提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的建議。
利用電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有助于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，并在出現(xiàn)化學(xué)品再分類(lèi)需求時(shí)縮短新配方的生產(chǎn)時(shí)間。
從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，也有利于減少?gòu)U物。進(jìn)行虛擬再配方時(shí)，首先通過(guò)電腦開(kāi)始墨水設(shè)計(jì)工作，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室操作，這減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)廢物總量。
通過(guò)自動(dòng)化配方和測(cè)試獲得的結(jié)果豐富了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)而能開(kāi)展更精確的實(shí)驗(yàn)。這種創(chuàng)新周期使我們能夠以前所未有的速度提供可靠的新型墨水配方，滿足不斷變化的法規(guī)要求和客戶(hù)需求。
04
未來(lái)工作
未來(lái)工作
新工藝流程改進(jìn)讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)有更多時(shí)間來(lái)推動(dòng)科學(xué)和制造創(chuàng)新。我們的化學(xué)家現(xiàn)在能夠更好地利用新的培訓(xùn)機(jī)會(huì)，并在工作范圍以外的領(lǐng)域開(kāi)展研究與實(shí)驗(yàn)，比如數(shù)據(jù)管理和編程等。
除此之外，我們還著眼于業(yè)務(wù)之外的領(lǐng)域，例如如何與更廣泛的其他科學(xué)界人士合作，以促進(jìn)創(chuàng)新。最近，某依瑪團(tuán)隊(duì)與劍橋大學(xué)制造學(xué)院開(kāi)展合作項(xiàng)目，研究長(zhǎng)期困擾連續(xù)式噴墨（CIJ）噴碼機(jī)的墨水積聚問(wèn)題。該項(xiàng)目的研究結(jié)果將用于未來(lái)的預(yù)測(cè)建模和機(jī)器學(xué)習(xí)活動(dòng)，以幫助設(shè)計(jì)更可靠的 CIJ 墨水配方。
依瑪?shù)脑妇笆桥囵B(yǎng)“未來(lái)化學(xué)家”，即精通技術(shù)，有數(shù)字化頭腦，對(duì)化學(xué)和技術(shù)都諳熟于心的專(zhuān)業(yè)人士，這個(gè)崗位將是我們研發(fā)工作的關(guān)鍵組成部分。對(duì)于如何將數(shù)字化流程加入墨水配方流程，出現(xiàn)我們面前的是一個(gè)充滿創(chuàng)意的大膽未來(lái)。這樣做的好處是縮短了新配方上市的時(shí)間，并在可持續(xù)性和減少浪費(fèi)方面取得了進(jìn)展，而這一切還僅僅是個(gè)開(kāi)始。
