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文字稿 |
| 斯圖爾特·利特爾 |
大家好，歡迎來聽我們聊聊 Croda 如何使用 JMP 來幫助推動新產品開發。 |
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所以我們今天要介紹的內容，首先是 Croda 的一些背景，我們如何使用 JMP 以及我們目前所處的位置，以及我們試圖解決的問題的概述。 |
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一旦你解決了這個問題，接下來我們將轉向 JMP，看看 JMP 中的工具和平台是如何實現輕鬆的資料探索和開發的。 |
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結構性能模型。 |
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最後，我們將總結這項工作的成果及其影響。 |
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透過進行這類研究，我們提高了企業在研究領域對資料和 DOE 技術的接受度。 |
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首先，我們Croda究竟是一家怎麼樣的公司？這是一個常被問到的問題。 |
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因為我們是一家企業對企業（B2B）公司。但作為一家企業，Croda 是背後的品牌。 |
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我們擁有眾多高性能成分和技術，並為全球眾多規模最大、最成功的品牌提供支持，業務遍及多個市場。我們研發、生產和銷售特殊化學品。自 Croda 成立之初，我們始終致力於此。 |
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我們主要使用永續材料。所以我們從生產羊毛脂（一種來自羊毛的原料）開始，並不斷提升這種永續性。去年我們 |
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我們公開承諾在 2030 年實現對氣候、土地和人民的正面影響，並簽署了聯合國永續發展目標，以此努力實現這一目標，成為全球最具永續性的創新原料供應商。 |
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所以，就我們服務的市場而言，我們擁有一個非常龐大的個人護理業務，主要涉及護膚和防曬產品。 |
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護髮產品、彩妝產品以及其他傳統個人護理產品。生命科學業務，我們的產品…我們的 |
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我們的產品和專業知識能夠幫助客戶優化配方和活性成分的使用。例如，最近我們與輝瑞公司達成了一項協議。 |
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為他們的新冠疫苗提供原料。我們的工業化學品業務， |
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也就是說，這部分業務負責向眾多市場供應技術差異化、以永續材料為主的產品。很多市場並不完全…不太符合這張投影片上的其他任何類別。 |
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最後，我們還有性能技術業務。這部分也涵蓋了許多類似的領域。 |
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我們在所有這些領域都提供高效能的解決方案。今天，我們特別要談談我們的能源技術業務，特別是高性能電子產品中的電池技術。 |
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目前，Croda 和 JMP 的情況是，我們使用 JMP 大約兩年了，公司內部也對此表現出了濃厚的興趣。但要讓大家相信這些技術有真正的價值，卻並非易事。 |
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為了進行研究。為了證明這一點，我們進行了一系列案例研究。 |
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整體來說相當成功。我們已經展示了其中的潛力以及一些潛在的陷阱。而這一切又促成了一系列規模更大的項目，其中一個就是我們今天要談的項目… |
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如何提高電氣冷卻系統的效率？該項目的主要驅動因素是 |
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某種程度上來說，交通運輸電氣化指的是電池驅動的車輛。那麼，如何正確維護電池？如何確保馬達以最佳狀態運作？ |
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你是怎麼做到不傷及任何人的？ |
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目前針對這些設備有一系列冷卻方法，我們的客戶當然正在研究如何改進這些方法，因為例如，電池冷卻控制得越好，電池容量就越大，續航里程就越穩定。 |
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而且，你知道，這至關重要，並且有很多應用場景大體相似，所以對我們來說真正有用的東西是構建 |
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要了解這些流體，需要建立某種資料驅動模型，而JMP正是在這方面發揮作用。那我們該如何做到這一點呢？ |
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首先，我們研究的是目前的冷卻方法有哪些？就電池而言，上一代產品主要採用氣冷或冷板冷卻。 |
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汽車中的電子設備，與電池的問題相反，它們往往會過熱，所以我們需要散熱片來帶走這些熱量。 |
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在電動馬達中，我們試圖最大限度地減少阻力，它們通常會被液體包裹。 |
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在這三種情況下，新引入的替代冷卻方法 |
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依靠流體，所以電池和電子元件是直接浸沒式的，而對於電動馬達來說，則更傾向於流動式。 |
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那麼這種液體看起來是什麼樣的呢？顯然，我們處理的是高電壓，所以我們必須使用不導電的物質。 |
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它還需要具有非常高的導熱性，以便將電子元件中的熱量帶走。 |
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而且由於這些流體需要在系統中流動，因此黏度必須很低。所以，我們面臨一些由應用本身所引入的實際物理限制。 |
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如果你更深入地觀察一下， |
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流體的傳熱能力主要取決於這個方程式。而這告訴我們，其中有一部分是我們可以控制的。 |
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流體的傳熱係數決定了傳熱效果，而應用中的工程解決方案則控制了傳熱效果。需要冷卻的面積是多少？需要冷卻的表面溫度是多少？ |
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但無論如何，為了獲得高效率的熱傳遞，我們必須有較高的熱傳遞係數，而這是我們能夠控制的因素，所以我們就著手研究它。 |
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此傳熱係數的定義如下 |
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透過這個等式，簡單來說，其中還包含其他項，但主要項是： |
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它與密度、熱導率、熱容有關，也會受到系統黏度的影響。 |
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所以，如果我們專門尋找我們感興趣的應用程序， |
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如果我們想要最佳化介電液，我們需要提高其密度、導熱係數和比熱容，但同時，我們也需要降低其黏度。 |
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液體的… |
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這些與我們面臨的工程挑戰非常吻合，這很有幫助。 |
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所以 |
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由此，我們真正想做的就是，我們知道目標是什麼。 |
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我們非常想了解介電液體的結構與產品性能之間的關係。 |
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所以一開始我們採取了相當傳統的方法，開始進行大規模研究，測量許多酯類和其他許多材料的物理性質。 |
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然後，當我們看到並研究了這些數據之後，我們想，好吧，實際上這些數據是存在的，那麼為什麼我們不利用這些數據集來嘗試構建一些模型，並說，我們是否真的能夠理解物理特性、結構和性能之間的關係。 |
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所以，接下來…我們要打開 JMP，請稍等片刻。 |
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好的。 |
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所以我們做的第一件事 |
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我們將歷史數據與應用程式團隊透過有針對性的測試獲得的數據進行了匯總。 |
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一旦我們把這些資料集中到一個地方，我們就用 JMP 來檢查，看看是否存在…了解，我們正在測量的物理特性之間是否存在一種非常簡單的關係。 |
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所以，如果我們查看該資料集，我首先要查看的，和以往一樣，是 JMP 中的分發平台。 |
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這是一種非常簡單的方法，可以查看你想要的東西是否在其他地方有任何模糊的規律。所以，在這個例子中，如果我說，哦，我們想要所有具有高導熱性的物質，我們看到的是那些性質分佈相當廣泛的物質。 |
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其他……我們測量的其他屬性。所以它並沒有真正指出，哦，這裡有個絕妙的關係，你需要的是這個，這其實也符合我們的預期。但有個檢查總是好的。 |
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同樣地，如果我們把所有東西都畫成這樣 |
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從散點圖中，我們看到的只是大量的雜訊。我的意思是，這些擬合線只是作為參考，表明實際上並沒有任何擬合關係。 |
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我絕對沒有聲稱你對這些結果的相關性是正確的。 |
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這一切都令人失望，因為沒有一個顯而易見的答案。 |
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正如預料的那樣。 |
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有趣的是，我們說，原本以為不會有明確的… |
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這些因素之間沒有明顯的關聯，因為如果有關聯，經驗豐富的科學家應該早就看出來了，我們也應該知道。 |
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所以，我們說，我們確實知道這些屬性都具有 |
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對它們的結構有所了解…與它們的結構有所關聯。 |
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如果我們計算這些物質的一些物理參數，並將其與一些結構標識符和觀察這些分子的方法結合起來，會發生什麼？如果我們把這些數據加到測試數據中，又會發生什麼事？ |
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那麼……我們能不能建立某種模型呢？ |
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這樣就能開始評估結構和性能，所以我們正是這樣做的。 |
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你知道，在這種情況下， |
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我們看到 |
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也就是說， |
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再次強調，如果我們使用多元分析平台，只需快速查看是否有任何相關性即可。 |
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在這些因素中， |
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這 |
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在某些情況下，上下波動之間有明顯的區分，或許也略有相關性，但並沒有明確的證據顯示這就是你所需要的。這與我們預期的一致。 |
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所以，接下來我們做了什麼？ |
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我們是否在 JMP 中使用了回歸平台？ |
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試著理解 |
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我們是否可以建立一個模型，以及那會怎麼樣？ |
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關係看起來是這樣的。為了做到這一點，我們隨機選擇了若干行進行行選擇。 |
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JMP 中的工具。通常，隨機抽取五個樣本（這些樣本不會參與模型建構），然後相對地建立這些模型。 |
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我們就是這樣對它們進行改進的，所以我們始終有一個來自初始資料的驗證集，只是為了…只是為了檢查我們所做的事情是否有成功的可能性。 |
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那麼，如果我們只看80度模型，我們遇到的第一個模型是 |
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是這個嗎？ |
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顯然，正如我們所看到的，該模型中包含了一些從統計角度來看毫無意義的因素，因為它們只是過度擬合，而且根本不顯著。 |
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然而，這些對於描述其中的分子結構相當重要，所以作為化學家，我們創建了這個模型。這個模型讓我們為這種應用設計分子結構。 |
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即使我們知道它過度擬合了。而且我們知道 |
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這並不是一個有效的模型，因為這些項只會讓 R 平方值不斷增加。 |
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我們也 |
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建構模型時未使用這些術語。 |
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就評估這些事物的表現而言，這是一個更好的模型，R平方值略低一些。 |
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但其中包含的所有條款都具有重大影響。 |
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關於表現。 |
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這種模型的缺點是它對我們設計並沒有真正的幫助。 |
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任何新的化學反應。 |
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但是，在這兩種情況下，當我們審視 |
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預測值與實際測量值之間存在合理的關聯性。的確，當我們預期數值較高時，實際數值也往往較高。 |
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這讓我們對這個模型是否真的能為我們發揮作用有了一定的信心。 |
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至於……當我們考察它的效果時，我們只是簡單地查看了兩者之間的百分比差異。 |
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測量值和實際值。我們發現，幾乎所有情況下，這兩個值的誤差都在10%以內，對於兩個模型而言，誤差大多在5%以內。 |
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同樣，在各種不同類型的材料上，這讓我們確信我們所看到的可能是真實的效果。 |
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這一切都很好。 |
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這僅僅是我們所測量的數據所產生的影響嗎？ |
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所以我們利用 JMP 中的效能分析平台，產生了一個可共享的模型，可以發送給專案團隊，然後舉辦了一場比賽，說誰能找到最高的… |
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此模型中導熱係數最高的分子是實際上可以合成的分子。 |
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獲勝。 |
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你知道，我們當時列出了大約14種看起來很有前景的材料。由於原料難以取得，我們不得不剔除其中一些，最終合成並測試了大約9種新材料。這些材料幾乎全部 |
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你知道，這些材料是由模型以前從未見過的物質所構成的。在某些情況下，分子的一部分可能相同，但它們與原始材料截然不同。 |
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所以，一旦我們製作完成並測試過它們，我們就把它們放回模型中。 |
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只是想看看這個模型的預測能力如何。 |
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所以如果我們看一下這些數據，就會發現，考慮到這些材料的差異，我完全預料到了。 |
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這... |
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這樣做是為了打破這種模式。 |
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然而，當我們… |
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如果我們再看一下這些預測， |
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我們看到，高亮顯示的藍色部分是新生產的材料。你知道，我們特意挑選了一些含量較低的材料，純粹是出於好奇，想確認一下。結果發現，所有我們預想含量會高的樣品，實際含量都很高。 |
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因此，在從結構設計角度來看有價值的過度擬合模型中，我們看到的是一個異常值。而在統計上合理的模型中，我們看到整體擬合效果實際上要好得多。 |
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事情就是這樣。 |
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令人欣慰的是，我們現在不僅能夠設計出一個單一的分子，然後說：「哦，給你，拿去用吧…拿去用吧；這就是你需要合成的那一個分子。」而是能夠引導合成化學家找到合適的材料類型，從而真正推動專案進展。 |
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所以，如果我們再觀察這些殘差，我們會發現… |
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你知道，對於統計上良好的、沒有過度擬合的模型，我們看到的是所有新材料的數據都在10%以內。 |
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就我們想要達到的目標而言，這已經夠好了。過擬合模型中有些數值略低於10%，但這也基本上符合我的預期。 |
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你知道，它們都在正確的範圍內固然很好，因為這表明這種方法是有價值的，但同時也發現它們並非完全正確，因為我認為，如果我們生產了九種材料，並且它們的誤差都在 1% 以內， |
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我也不確定人們是否會相信這一點。 |
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所以 |
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事實上，我們遇到了類似的情況… |
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與我們最初使用的材料和我們開發的新材料的預測結果相比，差異程度相當。因此，我們開始對這個模型充滿信心。 |
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然後，如果我們回到… |
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幻燈片一秒鐘後。 |
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那我們能說什麼呢？ |
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是這些材料的結構性能關係 |
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這是使用 JMP 的回歸測試平台創建的。 |
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我們利用JMP中的視覺化工具，看到了這樣做帶來的實際好處，並且該模型本身正被用於指導本專案中新材料的研發重點。它被用來從我們已有的產品中篩選出可能進行測試的材料。 |
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而且，你知道，模型和我們正在合成的新分子之間的結果之間存在著可接受的相關性。 |
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所有這些都讓我們對這種方法充滿信心，也讓我們能夠進一步推進這個項目，並將其細分為具體的目標材料。 |
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所以，就新分子而言， |
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我們重點研究了導熱係數較高的分子。正如你在這張圖中看到的，所有新分子的導熱係數都處於中等偏高水平，這正是我們希望達到的效果。 |
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我們證明了我們可以利用數據來尋找改進方向，然後在實驗室中驗證並實現改進。 |
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這個專案真正的困難在於，我們現在試圖為所有其他因素建立類似的模型。 |
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這些因素會影響介電液體的性能，然後我們將嘗試平衡這些模型，以找到最佳結果。 |
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因此，所有這些後續開發工作都在進行中，但這種發展勢頭完全來自於 JMP 及其內建平台處理資料集的易用性。 |
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憑藉一些領域知識，真正地推進這項工作，並說，是的，這裡有一個模型，可以幫助指導 Croda 在該領域中本專案和後續專案的重點。 |
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綜上所述，我們從測試中獲得的數據已成功用於模擬這些材料的性能。雖然並非完美無缺，但足以滿足我們的需求。 |
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該模型… |
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該模型展示了 |
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酯類化合物的結構性能之間存在某種關係（抱歉，不知道為什麼我的任務欄一直在跳動）。該模型已被用於預測高導熱性材料。 |
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這些預測首先透過排除法得到驗證，然後透過製造新材料進行橫向驗證，真正表明模型適用於該類型的化學。 |
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它還展示了定制屬性的可能性， |
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在這種情況下，電介質，但其他材料，如果你建造類似的模型，你可以開始為特定應用創造特定材料。 |
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對我來說，最重要的是 |
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這項工作的真正成功之處在於，它已經累積了內部動力，以證明 JMP 不僅僅是一個錦上添花的工具，而是一個真正的研究平台，可以非常快速地查看數據集並判斷其中是否有任何有價值的資訊。 |
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就這樣， |
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我只想說謝謝，謝謝大家的觀看。顯然我無法在錄影中回答任何問題，但如果您想聯繫我，歡迎在社區留言。是的，非常感謝。 |
