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高分子材料

ポリオレフィン・エラストマー配合最適化の加速 ― 多目的機械特性向上に向けたPolymerizeの活用

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Doodeep Gogoi

Senior researcher
November 13, 2024
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PHR/wt%混在データ、NCO指数のモデリング、未知成分予測をMIで突破。10特性の同時最適化を可能にし、R&D効率と予測精度を飛躍的に向上しました。

研究課題

熱可塑性ポリウレタンメーカーにおける配合開発では、10種類の機械特性を2つの異なるプロセスフローで同時に最適化する という課題がありました。
従来のアプローチには以下のような課題がありました:
  • データ不整合:PHR(樹脂100部あたり)、wt%(重量%)など異なる表記が混在し、統合的な解析が困難。
  • 知識のモデル化:NCO(イソシアネート)指数をモデルに効果的に組み込み、知見化する必要がある。
  • 未知成分予測の難しさ:既知の材料データから未知の成分を推定し、新規材料探索を推進する仕組みが求められていた。

データ処理とアプローチ

同社はPolymerizeを導入し、データ駆動型のアプローチで課題解決を進めました。
  • 単位・表記の異なる配合データを標準化して統合
  • NCO指数を追加変数としてモデルに組み込み、知識を反映
  • 既知材料データをもとに未知成分の特性を推定できる仕組みを構築
  • 順解析と逆解析を両立させ、設計空間探索の効率を向上
このプロセスにより、従来困難だった複雑条件下での配合設計に対応可能な、柔軟かつ堅牢なモデリング基盤を整備しました。

成果

  • 予測精度の向上
    • 95%以上の予測精度を達成し、平均誤差率を5%削減。
  • 柔軟な設計支援
    • 順解析と逆解析を活用することで、目標特性から必要な配合条件を逆算可能に。
  • 新規材料探索の加速
    • 既知データを活用して未知成分を予測し、新しい材料の研究開発を促進。
  • 堅牢なモデル検証
    • 平均絶対誤差率(MAPE)は6%未満を維持し、決定係数(R²)は常に0.9以上を達成。

考察

この事例は、Polymerizeを活用することで 複数の機械特性を同時に最適化できるデータ駆動型フレームワーク を構築できることを示しています。
特に、
  • 単位や表記の異なるデータを統合する仕組み
  • NCO指数を知識変数として導入する工夫
  • 既知成分から未知成分へと知見を拡張するアプローチ
が成果の鍵となりました。
さらに、順解析と逆解析を組み合わせた探索 により、従来の試行錯誤型アプローチでは困難だった設計空間の探索が可能となり、研究者に新たな発見の機会を提供しています。
 
65%
異なるデータ形式が混在する複雑な配合開発を、MIとAI活用で統合・最適化。10種類の機械特性を同時に最適化し、高精度な予測と効率的な材料設計を実現。
3.1x
PHR/wt%混在データの標準化、NCO指数の知識変数化、未知成分予測など、従来困難だった配合設計課題をPolymerizeのデータ駆動型アプローチで解決。順解析×逆解析による柔軟な設計空間探索により、95%以上の予測精度を達成し、新材料探索・開発サイクル短縮を可能にしました。
会社概要
従業員数
1000名規模
産業
熱可塑性ポリウレタン
場所
日本
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