客户案例

强大的研发工作可加快探索清洁能源的速度

科研人员可缩短研发周期并降低实验设计的成本

NICE

北京低碳清洁能源 研究所 (NICE)

挑战使碳捕捉与封存等清洁煤炭技术成为传统燃煤发电的可行替代方案
解决方案采用积极的研发议程,NICE的科学家和工程师通过实施六西格玛方法确保实验的质量和效率,依靠JMP®的强大的分析能力为多因子实验设计提供帮助。
结果通过使用JMP开展实验设计,NICE使研发周期缩短一半。更高效的实验不仅实现了技术领先,还显著降低了研发项目的成本。

如今,全球大部分电力来源于传统燃煤发电厂。但是,煤炭产生的空气污染以及对气候变化的有害影响越来越受到人们的关注,引发人们对全球煤炭长久的依赖性产生了质疑。因此,众多全球领先的能源公司现在意识到清洁能源才是发展之道。煤炭行业的许多公司希望找到在不排放有害物质的情况下继续使用现有煤炭资源的清洁方式。

虽然碳捕捉与封存等“清洁煤”的方法已经出现,但是当前可用的此类技术的成本非常高昂,这意味着尚不能规模化地投入应用。即便如此,清洁煤的未来触手可及已成为如今的主流观点。正如前面所讲,技术创新是清洁煤成为现实的希望。

北京低碳清洁能源研究所(NICE)正在引领着中国规模最大的探索清洁煤炭技术可行方案之一的研发工作。作为中国神华集团的智慧结晶, NICE致力于开发神华视之为重要新发展基础的可持续发展技术。

“NICE从无到有,逐渐成长为清洁能源领域的新兴权威。”NICE六西格玛黑带大师兼中国质量协会专家成员孙永伟博士说道。NICE实行积极的研发计划和创新鼓励机制,旨在发现可延续的煤炭替代方案。这些技术的目标是什么?通过新的转化方式减少燃煤发电的排放量和废弃物。

孙永伟

JMP具备出色的实验设计模块。它能够帮助科学家缩短研究周期、 减少实验次数和降低相应的成本。

孙永伟,六西格玛黑带大师

六西格玛设计的重点转变为高效的多因子实验

在NICE,积极的研发项目与学习最新的顶尖研究方法齐头并进, 相辅相成。孙博士表示,六西格玛设计(DFSS)可通过设计和重新设计流程和产品来提高质量,这是他的首选方法。六西格玛设计(DFSS)认为战略性实验是关键,而实验设计(DOE)使科研人员能够在有限的时间和成本内实现最大限度的科学发展。孙博士回忆道:“我在加入NICE后,便开始重点关注实验设计。很快,我们的工程师就发现实验设计模块对研究工作大有裨益,并且在很短的时间内即可生成大量可靠的结果。”

即便如此,孙博士表示,最初组织中并非每个人都相信DFSS能够为研发提供帮助。“由于思维惯性,大部分科学家过去并不愿意采用六西格玛设计。例如,一位经验非常丰富的资深专家最初根本不相信DFSS。后来,她发现她的一名下属在处理连她自己都认为是无法解决的难题时,因为使用实验设计功能而获得了非常好的结果。实验设计让这一切变成可能。”

采用六西格玛计划之前,NICE的科研人员以传统方式运行实验,每次改变一个因子。最优实验设计需要更强大的工具来处理多因子情况,孙博士说道。这也是该部门采用JMP®的原因所在。“JMP消除了科学家对DFSS的顾虑和对[采用框架]的抵触情绪。如今,在每个DFSS项目中,实验设计必不可少。”

统计工具加速研究成果的产生

“JMP具有非常出色的实验设计(DOE)模块。它能够帮助科学家缩短研究周期、减少实验次数、降低实验成本,还能发现传统方法无法发现的新规律。”孙博士说道。在NICE的260名员工中,约有200名都为研究工程师;超过70%的人拥有博士学位,孙博士表示:“其中大部分人现在都在使用 JMP®软件。”

在整个部门推行JMP的DFSS成效显著,包括一系列新的科学出版物。精选主题包括:

  • 粉煤灰提取氧化铝烧结的工艺优化
  • 粉煤灰提铝残渣制备硅酸钙板的工艺优化研究
  • 六西格玛方法在Pt /SAPO-11 加氢异构催化剂评价反应中的应用
  • 以粉煤灰为原料制备低温CO2吸附剂的工艺参数优化

举一个例子来说,工程师利用JMP的实验设计,通过气态热载体方法来研究加氢异构化反应参数的作用以及半焦炭的燃烧。六西格玛分析表明,对于后者,影响低阶煤半焦炭构成性能的主要因子是热解和温度。在另一个示例中,科学家利用实验设计制作出硅酸钙板,一种可用的氧化铝提取工业副产品。

孙博士还表示,过去科学家很少在实验中考虑变异。“现在,得益于强大的JMP,在进行设计时,他们通常会考虑差异并制定能够很好地适应将来产品变异的参数。”另一个优势则在于多目标优化。若利用传统方法,几乎无法找到符合所有目标的设计空间。但是JMP刻画器则将不可能变成可能,孙博士说道。“除拟合模型外,我们还会考虑变异、成本和能耗等因素。”

可视化帮助研究人员消除与决策者之间的隔阂

孙博士表示,科学家发现JMP能够增强研究过程,利用JMP,他们可以创建可分享的图形,便于那些统计基础薄弱的相关人士更容易理解复杂的技术结果。“JMP中提供的交互式图形对我们具有重要的意义 – 事实上,这是JMP与Minitab的关键区别之一。”孙博士说道。如果没有JMP的可视化,“科研人员和工程师将很难通过方程式向其客户和经理展示趋势。图像可以简明地说明结果,还能引起高层管理者的兴趣 – 并且获得管理层更有力的支持。

借助实验设计,研究人员削减了支出并使研发周期缩短一半

科研成果并不是NICE使用JMP推行六西格玛设计项目的唯一成效。“最显著的优势是节约了大量时间。根据相关科学家的估计,仅第一个DFSS项目便可将周期缩短30%。到第二个项目,周期可缩短一半。”孙博士解释道。此外,孙博士表示内部记录表明,科学家平均通过每个DFSS项目产生了至少一项专利申请。难怪“现在NICE每年可完成超过20个DFSS项目。”

2014年,凭借在科研项目中成功实施DFSS和TRIZ(一种基于逻辑和数据的问题解决方法),NICE荣获中国质量管理标杆大奖。同样地,NICE还获得中国质量协会颁发的至少五项杰出六西格玛奖。

“如果没有JMP,我认为我们很难有如此高的研发竞争力。”孙博士说道。“JMP为NICE和我本人创造了巨大价值。与那些尚未使用JMP的研究机构相比,我们的优势十分明显。”

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