Lean R&D. L'AI analitica accelera i processi ceramici e lo sviluppo dei materiali

“Come funziona l'AI per i processi ceramici e come si applica oggi nelle aziende produttrici di piastrelle o all’interno dei colorifici?". Scopriamo la soluzione MaterialsZone.

MaterialsZone è una soluzione informatica applicata ai materiali che combina una piattaforma software e un servizio. Aiuta i ricercatori e i data scientist dell'industria ad accelerare lo sviluppo di nuovi materiali consolidando i dati e applicando tecniche analitiche e statistiche (AI/ML), fornendo intuizioni e previsioni ai team di R&S.

La piattaforma e gli algoritmi di intelligenza artificiale si applicano alla maggior parte dei settori, la differenza consiste nella natura dei dati di input.

In questo articolo cercheremo di rispondere alla domanda più frequente che ci viene posta, ossia: “Come funziona l'AI per i processi ceramici e come si applica oggi nelle aziende produttrici di piastrelle o all’interno dei colorifici?".

Che cos'è l'AI?

L’Intelligenza Artificiale (AI) sta guidando l'innovazione in tutti i settori generando entusiasmo. Ma è davvero un mistero o, più semplicemente, un altro modo di utilizzare potenti computer e dati per aiutare a migliorare la produttività delle fabbriche e dei laboratori di R&S? Usando una similitudine, possiamo paragonare l’AI al navigatore GPS delle nostre auto: fornisce suggerimenti informati, ma siamo noi a prendere le decisioni.

Chiamato anche Informatica, questo campo della scienza si occupa di aggregare ed elaborare i dati esistenti per applicare poi l’AI Analitica con l’obiettivo di accelerare lo sviluppo di nuovi materiali oppure di riformulare quelli esistenti per ottenere caratteristiche tecniche diverse. Accorcia il processo di R&S, accelera lo sviluppo e migliora la collaborazione in tempo reale tra team distribuiti in sedi diverse o anche in Paesi diversi.

In MaterialsZone è definito Lean R&D, ossia lo sviluppo dei materiali basato sull’AI Analitica e sul Machine Learning (ML).

L’innovazione di prodotto nel settore ceramico

L'Informatica dei Materiali è un segmento emergente in rapida espansione, particolarmente vantaggioso per i produttori di piastrelle ceramiche e i settori correlati. Vantaggi evidenti si hanno nella formulazione degli impasti o, nel caso dei colorifici, per la formulazione di inchiostri e pigmenti, lo sviluppo di smalti ed engobbi, la fusione di fritte e la produzione di additivi. Allo stesso modo, i fornitori di macchinari di processo possono simulare le condizioni reali di cottura. La produzione di piastrelle ceramiche è caratterizzata da una complessità unica: avviene in tutto il mondo e ogni fabbrica, così come ogni linea di smaltatura, presenta materie prime e condizioni di processo diverse. Lo sviluppo delle nuove collezioni richiede molteplici modifiche nelle formulazioni e numerose iterazioni di prove per ottenere il risultato desiderato. Questo processo continuo di sperimentazione e correzione attraverso forni industriali e linee di smaltatura richiede incredibili quantità di tempo, energia e risorse. Il rapido passaggio alla produzione di lastre, poi, ha ulteriormente aumentato l’importanza di sistemi per controllare e prevedere il comportamento dei materiali decorati (quindi dell'intero processo di decorazione) durante la fase di cottura nel forno. Gran parte di questa responsabilità ricade sui fornitori di smalti e macchinari che devono supportare un ampio catalogo di condizioni di cottura, fritte e smalti per per soddisfare le esigenze di ogni cliente, un lavoro potenzialmente enorme, date le migliaia di produttori di piastrelle in tutto il mondo. 

Come Iniziare?

Quali sono i primi passi da compiere per introdurre l'AI nel settore ceramico? L’approccio di MaterialsZone non richiede specialisti o data scientist aggiuntivi e funziona nell'ambito del team consolidato dell’azienda cliente. Una volta ricevute le credenziali aziendali per la piattaforma, MaterialsZone nomina un responsabile di progetto e un ingegnere delle soluzioni che lavoreranno con il team dell’azienda attraverso un processo di apprendimento attivo mirato ad identificare e definire i casi d'uso e il focus, nonché il processo di accelerazione per raggiungere gli obiettivi attesi. Una volta compresi, si può procedere a costruire un quadro di riferimento, con o senza dati esistenti, per implementare meglio la strategia dei dati necessaria per conseguire gli scopi prefissati. Per le aziende che archiviano i dati e le conoscenze in quaderni cartacei o fogli di lavoro excel, questo sarà l'inizio di quello che viene chiamato il “digital journey”. Le aziende che invece hanno già implementato i quaderni di laboratorio elettronici (ELN) e/o i LIMS (Laboratory Information Management Systems) possono collegarsi alla piattaforma MaterialsZone a qualsiasi livello.

Identificare il problema

Alcune sfide che l'industria delle piastrelle deve affrontare oggi riguardano:

• La conformità con le regolamentazioni ambientali legate alla sostenibilità (riduzione dell'impronta di carbonio, dei materiali tossici e dei processi e inquinanti);  
• Variazioni nelle materie prime e nei processi; 
• Il rapido sviluppo di nuovi impasti, smalti e superfici;
• La riduzione dei costi, la riduzione degli scarti e il miglioramento della resa.   

In tema di sostenibilità, l’idrogeno verde è oggi un tema centrale nella R&S del comparto ceramico e richiede la gestione delle prove di combustione e la centralizzazione delle informazioni, che può essere supportata dalla piattaforma MaterialsZone. Allo stesso modo, questa può aiutare ad ottimizzare le formulazioni di smalti e impasti e a superare le variazioni selezionando le migliori materie prime e prevedendo le condizioni ottimali per i forni fusori e i forni di cottura. Infine, la riduzione complessiva dei costi si ottiene con la digitalizzazione dell'intero processo di R&S, realizzabile con i quattro pilastri della soluzione Lean R&D: Data aggregation, Collaboration Hub, Visual Analyzer, Predictive Co-pilot.

La soluzione MaterialsZone

MaterialsZone segue un approccio in quattro fasi.

Fase 1. Il primo step è selezionare un caso d'uso, un particolare problema o un progetto che si vuole facilitare: può trattarsi della conversione a miscele di idrogeno verde per alimentare il forno, o dell’ottimizzazione delle formulazioni di impasti o engobbi, o della gestione della fusione delle fritte, o di qualunque attività che richieda uno sviluppo iterativo. MaterialsZone già dispone di casi d'uso pronti per calcolare le composizioni di smalti, impasti o fritte; è anche in grado di dimostrare i calcoli di sostenibilità, così come le modalità con cui affronta i temi della sicurezza all'interno e all'esterno dell'organizzazione.

Fase 2. In questa fase si procede ad identificare i dati rilevanti per quel caso d'uso o progetto. Questi dati genereranno informazioni e saranno accumulati in maniera del tutto sicura nel Materials Knowledge Center. Col tempo, passando da un progetto all'altro, la Knowledge base aziendale si espanderà e sarà disponibile per l’intera organizzazione e non più limitata a singoli collaboratori. Questo trasforma quindi l'intero sforzo di R&S in una Struttura Collaborativa.

Fase 3. In questa fase si ottengono informazioni e si rilevano modelli nei dati, a volte in modo imprevisto. In tutta l'organizzazione si utilizzerà il Visual Analyzer della piattaforma per accelerare lo sviluppo.

Fase 4. Infine, dopo aver assemblato i dati e condotto le prove, si può realizzare la modellazione AI del processo. Il co-pilot predittivo offrirà suggerimenti sperimentali e prevederà i risultati, passaggio, questo, che può avvenire in qualsiasi fase del processo.

Conclusioni

Introdurre l’AI in ceramica per supportarne l’innovazione è un primo passo importante che può però iniziare in piccolo. Gli strumenti oggi disponibili possono consentire di semplificare l’attività di R&S e preservare la knowledge base aziendale. Per anni, il settore ha tenuto sotto stretto controllo gli aspetti economici e finanziari e, più recentemente, anche l’organizzazione dell'intero processo di vendita attraverso l’implementazione dei CRM, al contrario dei processi di R&S che sono rimasti un passo indietro. MaterialsZone può aiutare il management a riprendere il controllo anche di questa fase strategica, e consentire ai team dedicati allo sviluppo prodotti e ai data scientist di aumentare la produttività e la creatività. 

MaterialsZone è stata inserita nella Gartner Market Guide for Materials Informatics Solutions 2024, come leader nel campo dell’Informatica dei Materiali.

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