文章價(jià)值：深度剖析國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的電池研發(fā)數(shù)字化工具，實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)別提升電池研發(fā)效率。例如借助大數(shù)據(jù)工具提前推演研發(fā)、制樣等工作的可行性，實(shí)現(xiàn)未造先知；借助AI工具進(jìn)行失敗實(shí)驗(yàn)的智能參數(shù)定位，加速失效分析過程。

近年來，筆者一直專注于新能源行業(yè)數(shù)字化咨詢服務(wù)，在與電池行業(yè)多個(gè)龍頭企業(yè)深入合作的過程中，深刻感受到了成熟的數(shù)字化工具可以大幅提升團(tuán)隊(duì)電池研發(fā)效率。下邊就以電池行業(yè)必不可少的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)LIMS為例，從9個(gè)層級(jí)去解析一套完善的LIMS系統(tǒng)可以怎樣去賦能一個(gè)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中展現(xiàn)以一敵百的力量。

LIMS基礎(chǔ)篇

01 檢測(cè)管理

檢測(cè)業(yè)務(wù)流程是實(shí)驗(yàn)室管理的重點(diǎn)工作，LIMS可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)流程電子化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，易于監(jiān)管、方便溯源，為企業(yè)減少無效溝通，提高工作數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和工作效率。

客戶案例：天目湖先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱研究院）是中科院物理所與江蘇中關(guān)村產(chǎn)業(yè)園合作創(chuàng)立，薈萃了國(guó)內(nèi)外高水平研發(fā)人員。2020年筆者團(tuán)隊(duì)與研究院建立了深度的戰(zhàn)略合作關(guān)系，通過導(dǎo)入LIMS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的管理，提升實(shí)驗(yàn)室的使用效率、試驗(yàn)樣品管控、工藝數(shù)據(jù)跟蹤等。具體功能明細(xì)包括請(qǐng)檢業(yè)務(wù)流程、樣品接收、標(biāo)簽打印、入庫(kù)/留樣管理、檢驗(yàn)任務(wù)分配、樣品領(lǐng)用、錄入檢測(cè)結(jié)果、項(xiàng)目復(fù)核、報(bào)告編制等。

02 助力實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證認(rèn)可

LIMS能夠加強(qiáng)和規(guī)范實(shí)驗(yàn)室管理水平，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室體系認(rèn)證認(rèn)可（CNAS/CMA）。

客戶案例：6月中旬，筆者團(tuán)隊(duì)為能源領(lǐng)域某國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室定制了一份LIMS解決方案。該實(shí)驗(yàn)室成立時(shí)間較短，但高度重視資質(zhì)能力建設(shè)工作，LIMS系統(tǒng)的上線使用，有助于該實(shí)驗(yàn)室提高自身的信息管理水平，順利通過CNAS評(píng)審。

03 全面安全管控

LIMS可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的監(jiān)控、門禁、溫濕度傳感器、水電等設(shè)備進(jìn)行智能組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)訪問有嚴(yán)格的權(quán)限控制，最大化保護(hù)實(shí)驗(yàn)室訪問安全。

客戶案例：今年，筆者與中國(guó)科學(xué)院物理研究所某特聘研究員（這里代稱W老師）所在的實(shí)驗(yàn)室展開了數(shù)字化需求的調(diào)研會(huì)議。W老師對(duì)LIMS的功能需求之一就是實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控，智能門禁的控制以及個(gè)性化的系統(tǒng)權(quán)限控制，以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室日常安全管理。

04 資源排配

電池實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)量和種類繁多，測(cè)試周期長(zhǎng)，如果不能快速準(zhǔn)確排程，將大大降低實(shí)驗(yàn)室人員的效率和資源利用率，最終出現(xiàn)檢測(cè)成本增加、檢測(cè)進(jìn)度不可控等問題。LIMS可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)任務(wù)的自動(dòng)排期，快速找尋最適合的儀器設(shè)備或通道以及自動(dòng)分配相應(yīng)的檢測(cè)人員，協(xié)助實(shí)驗(yàn)室管理人員解放人力，提升效率。

05 電子簽名/簽章

LIMS的電子簽名、簽章功能具有跟紙質(zhì)簽名簽章一樣的視覺效果，顯著提高報(bào)告簽發(fā)的效率。

客戶案例：此需求來自于多家電池企業(yè)的一線科研人員，他們實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的報(bào)告文件使用電子簽名，也可在未來發(fā)表期刊論文時(shí)使用。

06 電子實(shí)驗(yàn)筆記

電子實(shí)驗(yàn)記錄本ELN可幫助科研人員提高記錄的效率，便于數(shù)據(jù)的積累和重復(fù)利用，從而提高科研效率，加速成果產(chǎn)出。

客戶案例：筆者去年接觸的某材料公司是一家專注于鋰離子電池新型硅負(fù)極材料研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新科技企業(yè)。該公司希望通過LIMS幫助提升材料包覆工藝、預(yù)鋰預(yù)鎂工藝的研發(fā)和測(cè)試效率，同時(shí)要求在LIMS中高度耦合集成ELN功能，根據(jù)筆記創(chuàng)建來源自動(dòng)記錄標(biāo)簽，或手動(dòng)添加標(biāo)簽，可形成標(biāo)簽雙鏈地圖，支持靈活插入跨任務(wù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中的內(nèi)容，并自動(dòng)標(biāo)識(shí)。

以上介紹了LIMS基本功能，但只具備了這些基礎(chǔ)功能，仍舊無法適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。近些年，很多電池研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化能力已經(jīng)相繼邁入中級(jí)階段，賦能研發(fā)團(tuán)隊(duì)以一當(dāng)十的能力。

LIMS中級(jí)篇

07 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備儀器種類繁多，優(yōu)秀的LIMS產(chǎn)品需要實(shí)現(xiàn)全部電池檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和傳輸。

客戶案例：筆者今年上半年開始服務(wù)的一家客戶——中國(guó)企業(yè)動(dòng)力電池“黑馬”企業(yè)，擬采用數(shù)字技術(shù)加強(qiáng)研發(fā)數(shù)據(jù)管理，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。

該公司全國(guó)擁有多個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，有來自于不同設(shè)備廠商的上千臺(tái)設(shè)備。之前一直未完成這上千臺(tái)設(shè)備的對(duì)接工作。公司首期項(xiàng)目的需求是集成試驗(yàn)中心的多種設(shè)備產(chǎn)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與LIMS雙向互通，試驗(yàn)中心結(jié)果可以回到LIMS中查看。該項(xiàng)目的成功實(shí)施可幫助該客戶實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)采集能力的突破。

08 報(bào)告模板

動(dòng)力電池從研發(fā)到應(yīng)用的過程中需要進(jìn)行大量復(fù)雜而重復(fù)的測(cè)試驗(yàn)證工作，期間會(huì)產(chǎn)生大量的檢測(cè)報(bào)告，如電池性能測(cè)試、電池理化測(cè)試、循環(huán)測(cè)試、直流阻抗DCR測(cè)試、OCV測(cè)試、物理測(cè)試、鈉含量測(cè)試、鎳含量測(cè)試等各種報(bào)告。

LIMS中樣品檢測(cè)報(bào)告模板的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)將檢測(cè)過程中的數(shù)據(jù)直接嵌入檢測(cè)報(bào)告，取代實(shí)驗(yàn)室原有的手工檢測(cè)、抄錄、人工計(jì)算終值結(jié)果、填寫制作報(bào)告的模式，大大縮短檢測(cè)報(bào)告編制時(shí)間，同時(shí)杜絕了人為因素造成的偏差，保障了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，極大地提升了電池檢測(cè)準(zhǔn)確率與效率。

客戶案例：國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池某知名企業(yè)，該公司原有報(bào)告制作交付周期較長(zhǎng)，且人工每日完成的報(bào)告數(shù)量有限。以長(zhǎng)循環(huán)測(cè)試為例，該項(xiàng)測(cè)試周期時(shí)間很長(zhǎng)，在充電、放電、擱置的流程里一直循環(huán)。一般按照性能要做數(shù)千圈，一周能做幾十圈循環(huán)，而該公司每周出具報(bào)告的時(shí)間都是固定的，研發(fā)部門的人員往往沒有時(shí)間和耐心等待固定日期出具的檢測(cè)報(bào)告，他們通常會(huì)提出數(shù)據(jù)申請(qǐng)，要求試驗(yàn)中心提供針對(duì)已完成部分圈數(shù)循環(huán)的檢測(cè)結(jié)果，然后自己手動(dòng)制作檢測(cè)報(bào)告。

現(xiàn)有LIMS的擴(kuò)展功能產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)報(bào)告模板完美解決檢測(cè)報(bào)告出具的及時(shí)性問題，根據(jù)配置自動(dòng)生成報(bào)告，及時(shí)率提高100%；同時(shí)提升每日人均報(bào)告的產(chǎn)出效率，最終產(chǎn)出報(bào)告數(shù)量將增加1倍以上。

具備了中級(jí)功能的LIMS產(chǎn)品，開始賦予電池實(shí)驗(yàn)室與相關(guān)科研人員數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的洞察能力，但個(gè)別電池頭部企業(yè)并未止步于此，逐步進(jìn)入LIMS的高級(jí)階段，優(yōu)秀的工具，在電池行業(yè)里最終將賦能研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)以一當(dāng)百的效果。

LIMS高級(jí)篇

09 數(shù)據(jù)建模與分析

一個(gè)優(yōu)秀的LIMS系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)沉淀，協(xié)助研發(fā)團(tuán)隊(duì)形成知識(shí)庫(kù)積累，把研發(fā)、制造、材料、測(cè)試、仿真所有數(shù)據(jù)匯集，提前推演研發(fā)，制樣等工作的可行性，重構(gòu)傳統(tǒng)的電池開發(fā)過程。例如LIMS內(nèi)嵌獨(dú)立的數(shù)據(jù)分析開發(fā)平臺(tái)，支持用python或者MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)出報(bào)表；提供dQ/dV曲線分析、HPPC分析、電池倍率分析等一系列的工具模塊；同時(shí)自帶機(jī)器學(xué)習(xí)算法和電池?cái)?shù)據(jù)模型，如電池性能驗(yàn)證模型、電芯研發(fā)全周期數(shù)據(jù)模型、材料研發(fā)全周期數(shù)據(jù)模型、壽命預(yù)測(cè)模型、電池機(jī)理模型、工藝模型等等。可通過實(shí)驗(yàn)大數(shù)據(jù)與模型的結(jié)合，進(jìn)行失敗實(shí)驗(yàn)的智能參數(shù)定位，加速失效分析過程。最終實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)賦能電池研發(fā)工作，用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理者更快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行科學(xué)決策。

客戶案例：處在高級(jí)階段的LIMS產(chǎn)品可以持續(xù)賦能新能源電池企業(yè)從材料研發(fā)、電芯研發(fā)、生產(chǎn)工藝等的全流程數(shù)據(jù)建模與分析工作。筆者團(tuán)隊(duì)已經(jīng)幫助某電池頭部企業(yè)實(shí)現(xiàn)了整體的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略規(guī)劃，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)的挖掘與分析功能將在LIMS中實(shí)現(xiàn)，最終幫助客戶企業(yè)進(jìn)一步凸顯并保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

寫在最后

目前電池研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入利用高通量計(jì)算平臺(tái)和模擬仿真技術(shù)的快速通道。在和電池頭部企業(yè)合作過程中，筆者深刻認(rèn)識(shí)到只有借助科技手段，緊跟技術(shù)前沿，才能在充滿挑戰(zhàn)的多元化競(jìng)爭(zhēng)中立足。為此筆者團(tuán)隊(duì)相繼推出了自主研發(fā)的電池實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、電池研發(fā)仿真及數(shù)據(jù)平臺(tái)、MES、電池成本管理平臺(tái)，成功在電池產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行科技賦能。

審核編輯 ：李倩