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Failure Analysis Using a Single Switch
任何人都能快速准确称量的天平

飘花电影网在研究开发和品质管理中大放异彩的电子天平。2018年岛津的天平事业迎来了100周年。为了给岛津的电子天平带来革新,我们寻求挑战。

雌伏之时

飘花电影网这是发生在2013年初期的事情。将客户与分析测试事业部天平BU天平小组的滨本联系在一起的是10年前我们自己推出的电子天平。

“测试时间能不能再短一点?”

飘花电影网滨本对制药公司客户提出的要求感到非常头疼。客户指出称量试料需要的时间太长。将试料放在称量盘上到称量值读取结束大约需要七秒的时间。称量速度是由装置的结构特点决定的,然而这在发售当时远快于上一代机型,而广受称赞。然而,时代的潮流无法抗拒,指出称量速度太慢的客户越来越多。例如,在新药研发初期阶段要制作成千上万的样品,以尝试新药研发的所有可能性。称量一种合成材料需要等待七秒就意味着一万种需要七万秒,二万种需要14万秒,总等待时间将造成两天的时间损失。客户感叹时间太长也不是没有道理的。

分析测试事业部天平BU天平小组 主任 服部康治(右)、副组长 滨本弘(中央右)、主任
飘花电影网 藤田耕介(中央左)、主任 本田弘毅(左)等各位员工参与了开发。

飘花电影网电子天平与理科实验使用的两端装有称量盘的天平相同,都是利用杠杆原理进行称量。但不同点在于用来平衡试料重量的不是砝码,而是电磁力。采用与试料重量成正比的方式改变通入托盘下方线圈的电流量来保持平衡。测量此时的电流量,将其换算成质量值。2003年滨本开发的产品可称量0.1毫克的极微量质量。

然而,电子天平存在一大课题。那就是内部电子回路产生的噪声会对将电流量转换成数值的传感器造成影响,导致称量速度和精度降低。因此将试料放在称量盘上后,在机构稳定之前无法结束称量。当然,岛津并没有就此放弃。从2003年发售之初开始就不断进行改良,2008年当时进入公司才第一年的藤田开始正式着手改良来降低装置内部的噪声。他对每块IC产生的少量噪声逐个进行了确认。这项工作非常单调,要一边确认与电路板的相性,一边组装出噪声较少的装置。

藤田

飘花电影网“我将不同特性不同材质的各种部件进行组合,反复试验不断摸索。虽然这项研究工作可以找出一些规律,仍然需要非常大的毅力。”(藤田)

飘花电影网藤田的努力在2013年10月得到回报,终于发现了可大幅降低噪声的电子回路。这向着稳定性和响应性得到大幅提高的新模型的开发又靠近了一大步。这项工作还得到了岛津制作所基础技术研究所的协助,运用可准确判断细微质量变化和外部干扰的数据处理技术,大幅提高了响应性。

将称量作为重中之重

我们在开发要素技术的同时还在开展市场调查。通过市场调查发现了要求采取静电对策这一巨大需求。新药研发第一线除了前面提到的速度问题外,还必须以万分之一克的极微量的单位对化合物质量进行控制。称量盘及其周围产生的肉眼不可见的极小的静电影响可能导致样品沾在并残留在物体上,无论多么微量都会造成极大妨碍。而且,样品掉落在称量盘上时还可能四处飞散,或者产生静电而引起电火花。另外,称量盘还会被静电吸引,称量值显示将变得不稳定,从而引起比噪声更加严重的问题。过去采用另售的被称为离子发生器的装置来除去静电,而新模型成功地将离子发生器嵌入到天平主体中。

岛津的天平是怎样的?

另一方面,在产品品质管理上使用天平的汽车及食品行业则在“使用便捷性”方面提出了各种意见。显示器上有各种标志,但很难直观地看出其表示何种含义。而且,电子天平可以根据要称量的对象切换g、mg、%等单位,有人提出如果不小心改变单位时,不知道如何将其恢复原状。很多从事现场工作的操作人员不习惯电子天平的操作,为研究开发专家设计的界面对于这些操作人员而言,可谓非常不友好。

飘花电影网开发团队鉴于这些行业需求对规格开展了研究讨论。讨论后决定的方针——即将“快速准确的称重和采用语言显示确保简单易懂”放在首位考虑。“我们也考虑过安装触摸面板,使操作更加直观。但是,这样成本肯定会提高。在考虑如何分配有限的资源时,我们得出的结论是确保最低限度的使用便捷性,并扩展性能和功能,确保任何人都能在不看使用说明书的情况下快速准确地开展称量作业,这才是岛津的做法。”滨本回顾当时的决策时这样介绍。显示器采用有机EL也是基于这个方针。有机EL显示器与液晶触摸面板相比,在广视角上的视认性较好,能够以低成本达成目标,即提高可用性。

另外,我们在认真思考“岛津的天平是怎样的?”并想透这一问题后得出的答案是:与分析检测仪器的协同作用。岛津制作所的天平配备了“配方”功能,可事先登录要制作溶液及合成物质的制作方法。用户调用“配方”时,可在显示器上辅助显示要称量试料的量及添加的顺序,可选择所需的pH值和量。这种应用程序可提高高效液相色谱仪等分析预处理的效率,是充分利用岛津身为综合分析测试仪器制造商的优势的创意。

“化学合成中材料的量和步骤对于分析可靠性而言也非常重要。过去我们必须确认材料是什么,然后用计算器逐个计算用量,有了配方功能便没有这个必要了。即使不是专家,也能简单正确地开展作业。”(滨本)

飘花电影网实现高速高可靠性称量的分析天平AP系列

天平能告诉我们一切

飘花电影网2016年7月,我们公布了新型电子天平AP系列,该系列在开始开发后经过大约三年,提高了其作为产品的完成度。将试料放在称量盘上到得到称量结果只需1.5秒。称量时间比过去产品缩短了5.5秒,进行几万次称量的工作压力得到惊人地缓解。

“客户不仅对性能有好评,还表示配备了各种应用程序后,使用非常方便。但是,电子天平目前还在发展。我觉得天平还需要能够靠系统本身检测引起称量误差的环境因素并发出警告,与网络连接,或者与人工智能、机器人组合来大幅提高客户作业的效率。”销售促进负责人服部对电子天平的未来如此憧憬道。

我们挑战只有岛津才能制造出来的快速准确天平的步伐永不停歇。

飘花电影网注:本文中所登载的被采访者的所属团体、职务名等为采访当时的情况。

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