在過去，要獲得一款能夠滿足終端用戶需求、符合所有必需安全和法規(guī)標準的可靠配方，需要化學(xué)家、技術(shù)工程師以及進行客戶試驗的現(xiàn)場服務(wù)人員的通力合作。這可能需要幾個月，甚至幾年的時間來不斷完善。
依瑪深知打印品質(zhì)和減少停機時間對我們的客戶至關(guān)重要，因此，我們的大多數(shù)墨水和液體產(chǎn)品都在內(nèi)部開發(fā)和制造，以確保我們的設(shè)備保持卓越性能。僅在英國，這就意味著我們在利物浦的專業(yè)墨水工廠每年生產(chǎn)大約300萬升墨水。
我們還認識到世界發(fā)展瞬息萬變，人們現(xiàn)在期望企業(yè)能夠在很短時間內(nèi)創(chuàng)造出同樣卓越質(zhì)量的產(chǎn)品。因此，我們問自己：如何在加快內(nèi)部墨水開發(fā)的同時確保高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品，以滿足我們的客戶需求？為了解決這一難題，我們已經(jīng)開啟了研發(fā)工作數(shù)字化征程，利用自動化、預(yù)測模型和機器學(xué)習(xí)改進工藝流程，加快各種復(fù)雜工作取得進展，達到事半功倍的效果。
01
標準化工藝流程
標準化工藝流程
在實驗室，我們的化學(xué)專家通?；ㄙM大量時間從事低價值工作，比如稱量材料、混合配方和測試樣品。這些簡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)了機器人平臺，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化后，生產(chǎn)1300多個樣品所需的工作量不到原來的一半，能夠有效地在六個月內(nèi)完成一年的取樣工作。此外，我們在實驗過程中記錄的化學(xué)品使用量減少了57%，隨著我們將更多開發(fā)任務(wù)轉(zhuǎn)移到機器人平臺上，這個數(shù)字將進一步下降。
樣品墨水完成配制后，需要測試物理特性，如粘度、密度和電導(dǎo)率。盡管這對配方工藝流程至關(guān)重要，但這是可以使用自動化來改進流程、減少浪費并加快開發(fā)進度的另一個領(lǐng)域。
我們配備了一套用于測量粘度和電導(dǎo)率的專業(yè)設(shè)備，從而提高了自動取樣能力。這臺機器可以安排在夜間進行測試，提高可用性，它還可以執(zhí)行自動清洗，為每個接受測試的樣品節(jié)省大約五分鐘。從單個樣本來看，節(jié)省的時間并不算多。但從整體角度來說，去年我們測試了4142個粘度樣本和1168個電導(dǎo)率樣本，總共節(jié)省了大約450個小時。
總體上，節(jié)省的時間和成本使我們能夠在六個月內(nèi)償還新設(shè)備的成本。新自動化設(shè)備精度更高，每個樣品從100克減少到僅8-10克。更少的材料意味降低浪費和成本，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)境的角度來看，這是一個雙贏的結(jié)果。
02
預(yù)測模型用于加速學(xué)習(xí)
預(yù)測模型用于加速學(xué)習(xí)
數(shù)據(jù)分析是另一個可能從數(shù)字化受益的領(lǐng)域。我們開始探索如何使用實驗數(shù)據(jù)來創(chuàng)建墨水配方的統(tǒng)計數(shù)據(jù)型設(shè)計實驗，即使用統(tǒng)計軟件設(shè)計實驗，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)實驗室工作中得到的數(shù)據(jù)，我們定制開發(fā)了實驗室電子筆記本。這讓團隊能夠有效地計劃、記錄和訪問關(guān)鍵的實驗數(shù)據(jù)。我們還引入了一些功能，允許團隊查看化學(xué)品倉庫中的化學(xué)品庫存水平，確保在工作開始前準備好所有材料，減少時間浪費。我們還使用該系統(tǒng)執(zhí)行和存儲健康和安全評估，評估結(jié)果會自動打印在使用的樣品標簽上。
我們使用這些數(shù)據(jù)作為預(yù)測模型的基礎(chǔ)，以識別候選配方，這可以顯著加快采樣工藝流程。
03
使用機器學(xué)習(xí)的虛擬配方
使用機器學(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)工程來支持機器學(xué)習(xí)以確定墨水配方的目標值。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)境下的快速干燥時間，我們可以將這些信息輸入機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以確定墨水設(shè)計的起始假設(shè)。該系統(tǒng)還可以幫助我們識別數(shù)據(jù)中存在的缺陷，并提出改進實驗的建議。
利用電腦進行實驗有助于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，并在出現(xiàn)化學(xué)品再分類需求時縮短新配方的生產(chǎn)時間。
從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，也有利于減少廢物。進行虛擬再配方時，首先通過電腦開始墨水設(shè)計工作，然后再進行實驗室操作，這減少了設(shè)計過程中產(chǎn)生的化學(xué)廢物總量。
通過自動化配方和測試獲得的結(jié)果豐富了設(shè)計數(shù)據(jù)，進而能開展更精確的實驗。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)要求和客戶需求。
04
未來工作
未來工作
新工藝流程改進讓研發(fā)團隊有更多時間來推動科學(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)機會，并在工作范圍以外的領(lǐng)域開展研究與實驗，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，以促進創(chuàng)新。最近，某依瑪團隊與劍橋大學(xué)制造學(xué)院開展合作項目，研究長期困擾連續(xù)式噴墨（CIJ）噴碼機的墨水積聚問題。該項目的研究結(jié)果將用于未來的預(yù)測建模和機器學(xué)習(xí)活動，以幫助設(shè)計更可靠的 CIJ 墨水配方。
依瑪?shù)脑妇笆桥囵B(yǎng)“未來化學(xué)家”，即精通技術(shù)，有數(shù)字化頭腦，對化學(xué)和技術(shù)都諳熟于心的專業(yè)人士，這個崗位將是我們研發(fā)工作的關(guān)鍵組成部分。對于如何將數(shù)字化流程加入墨水配方流程，出現(xiàn)我們面前的是一個充滿創(chuàng)意的大膽未來。這樣做的好處是縮短了新配方上市的時間，并在可持續(xù)性和減少浪費方面取得了進展，而這一切還僅僅是個開始。
