为何配方师必须回到零点-好产品始于好配方

PCI秘书
2022-11-09
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阿姆斯特丹RheoCube公司科学顾问与团队负责人Merit van der Lee和Smart Paint Factory Alliance的联合创始人、德国多特蒙德的ORONTEC的Ulf Stalmach博士之间的对话。文章由RheoCube市场营销团队负责人Jenny Maat撰写


当谈到化学配方和流变学时,涂料工业通常要坚持使用物理原型或反复试验。虽然到目前为止,这种方法已经让业界受益匪浅,但它未必是未来的模式。多年来,涂料配方可能一直保持着一定的相似性,但现在对这些产品的特殊性能有了更高的要求,有关成分及其使用的法规已发生变化,可用产品的数量也发生了变化。对于一般的配方设计师来说,他们的配方已经变得更加难以满足。


好的配方和正确的成分是任何产品开发成功的关键因素。在选择原来供应商时,价格/质量模式一直占主导地位,但一系列新的决策标准正在快速发展。为了满足客户的需求,我们需要新的、创新的原料,而采购这些原料将是一个挑战。可持续性已成为配方设计要考虑的另一个问题,配方设计师必须对可持续性负责。在许多情况下,从通常的供应商那里购买将不再是一种选择——这会对研发项目产生巨大影响。


不再仅是价格/质量问题


以价格/质量组合为例。这两个要素现在必须根据一系列其他指标进行评估,如可持续性、产品应用或健康性(例如无溶剂),更复杂的是,每个因素本身都有一系列次级因素。考虑每个因素以及它们对彼此之间的影响,配方很快就会变得冗长而难以处理(图1)。


我们从价格/质量模式转向整个体系。仅考虑可持续性、质量和成本,在购买材料时要考虑至少七个不同的因素。这些附加因素包括所用材料的足迹、生产来源(运输)和生产方法(能源、涉及的废物)。研究与原料开发相关的因素也很重要,例如试验次数、材料使用和由此产生的废物等。此外,配方师现在必须对各种成分的可用性变化做出快速反应,这无疑使配方的过程变得更加复杂了。


虽然使用更安全、更智能或更可持续的方式的重要性现在已经有了很好的证明,但所有这些在实验室中到底是如何发挥作用的,还有待展开进行进一步了解。


可持续性发展的现实


随着消费者环保意识的增强和监管环境的收紧,公司将越来越多地追求可持续性得分,然而,这种追求将会对价格、质量和其他指标产生连锁反应。


生物基成分听起来可能不错,但这不仅仅是将其添加到配方中的问题,从产品应用的角度来看,它可能根本不起作用。它的加工方式可能会对环境产生影响,如果一家公司想使其可持续发展目标合法化,就排除了这种可能性。交通是另一个因素,从遥远的地方购买原料无助于实现可持续发展目标。当地采购显然是一个选择,但这可能会更加昂贵,这又会再次影响到价格因素。


这是一个复杂的平衡行为,我们从传统的价格/质量连续统一体优化到寻找全局最优。然而,似乎无论做何种选择,配方设计师都很难在所有维度上达到100%。


这些因素中的每一个都必须是正确的,但它们相互影响,并影响满足日益增长的各方面需求的总体成功。那么,在一个竞争越来越激烈、监管越来越严格、任何地方都找不到妥协的市场中,这将如何运作呢?


合作并了解原因


随着新的因素(超出通常的价格/质量)变得至关重要,配方设计师将需要改变他们的工作方式,采取自下而上的方法。配方设计师,甚至化学实验学家都必须重新思考一切,从零开始,退一步来真正理解为什么某些配方不起作用,并发现从这些知识中产生的潜力。配方制定者还必须适应在他们领域之外的协作、共享信息以及参与数据共享和数据可视化技术。


为了找到并使用产品研发所需的正确成分,配方设计师将以一种整体、协作的方式做好工作。这意味着在产品开发的早期阶段,要与部门或组织(甚至外部组织)的新的和不同的部分联系起来,以引入正确的专业知识。这样做,他们可以少走弯路,避免在开发配方时,到后面才发现某个成分不会在某些指标上有所突破(比如可持续性)。


以之前未曾有过的方式理解原料也是关键。平衡配方的传统方法是通过反复试验、调整产品来实现的,通常是在配方中添加新的物质,以获得似乎可行的物理性能,由此产生的知识是暂时的和短暂的,它存在于人们的头脑中,通常只有少数团队成员才能使用(如果有的话)。现在需要的是对配方有更深入的、共同理解的方式,以及了解它们为何有效和为何无效。


如果没有这些关键的见解,涂料公司的研发计划以及产品开发,将会进展得太慢。成功的配方需要用科学来代替直觉,它需要数据共享,以便让每个人都得到正确的信息。这将带来实质性的胜利,为实验提供更强的预测能力,并有助于分离掉那些根本行不通的物理实验。


将行不通的实验排除,可以节省化学品等资源的使用,已经为可持续性提供了积极的好处。它还强调了改变思维方式的必要性。对于许多涂料资深人士来说,不进行多次试验很难看到任何积极的结果,这一概念的提出在通常被称为“我做了超过X次的实验才达到这一点”的领域是全新的,在过去,更多的实验意味着更大的可信度。


配方设计人员无法单独完成配方


与其对现有配方进行反复试验,不如从头开始更有意义。配方设计人员处于这项工作的前沿,但他们无法单独完成配方。好消息是,他们也不需要这样做。


计算能力的增强使数字研发比以往任何时候都更有可能,且整个团队都可以从配方知识的核心原理中受益。公司还可以保留组织的知识产权,而不是在配方设计师离开公司后失去它。


研发专业人员可以使用智能工具来理解实验结果,并为未来积累知识,这样可以节省追逐那些最终根本不起作用的配方所耗费的数年时间。从一开始发现配方可能无效,将节省成本,并加快产品的上市时间。


最终目标是以更低的成本生产更好的产品,这样就必须根据客户的需求及时交付,同时设法达到目标并满足法规要求。数字化支持可以帮助化学品的研发有一个较好的开端,快速跟踪产品开发,并在竞争中保持领先地位。


前进的道路


应对旧范式的转变是一项艰巨的任务,需要时间、新工具和不同的思维方式。然而,投资以获得对材料的深刻见解是非常现实的,这将使公司能够从数字研发中获益,并跟上不断变化的市场需求。


前进的道路已经变得更加复杂和不确定,但所有这些都有一个关键点——了解其中的原因。配方设计师应该无所畏惧地揭示实验成功或失败的原因。他们应该利用技术来追踪产品的流变学最佳点,并将实验室视为知识和合作的来源。由此产生的数据将使研究项目走上正确的道路,为研发、公司、客户甚至整个地球节省巨大的资源。

本文收录在《PCI中文版》杂志2022年10月刊中