المختبر الرقمي: تحويل أساليب العمل التقليدية

مقدمة إلى المختبر الرقمي

المختبر الرقمي هو وسيلة لتغيير أساليب عملنا. إنه نظام يجمع بين الآلات وبرامج الحاسوب الآلية ومعالجة البيانات الآلية. يحل هذا النظام محل أساليب الاستكشاف اليدوية. باستخدام المختبر الرقمي، نتجنب الأخطاء التي يقع فيها الأفراد، ونجري التجارب، ونحصل على النتائج بسرعة. يمكننا بالفعل مراجعة النتائج في الوقت المناسب، واستخدام تلك المعلومات لتحقيق اكتشافات جديدة بحكمة ودقة وسرعة.

التحول من اليدوي إلى الرقمي

طريقة عملنا تتغير. كنا نستخدم دفاتر قصاصات ورقية وننفذ المؤثرات يدويًا. أما الآن، فلدينا المختبر الرقمي. لا يتعلق الأمر بشراء معدات جديدة، بل بتغيير طريقة تعاملنا مع المعلومات. لفترة من الزمن، كنا ننفذ المؤثرات بالطريقة القديمة معتمدين على ما يعرفه الناس ويدونونه على الورق، وهو ما كان عرضة للضياع أو سوء الفهم. أما الآن، ومع التحول الرقمي، تتدفق المعلومات بسلاسة.

تحديد بيئة المختبر الرقمي

عندما نتحدث عن مختبر رقمي، فإننا نعني مختبرًا يجمع بين أنظمة إدارة معلومات المختبرات أو المختبر الرقمي والأتمتة والاتصال عالي الجودة، وهو ما يجعله فعالًا للغاية. تتغير أساليبنا في تنفيذ المؤثرات بحيث يتم تسجيل كل معلومة منذ لحظة الإطلاق، مما يسهل على جميع أفراد المؤسسة الوصول إلى نفس المعلومات.

لماذا لم تعد أساليب العمل القديمة فعالة؟

أعمل في مجال الاستكشاف والتطوير منذ فترة، وألاحظ تكرار نفس المشكلة. يقضي العلماء الأكفاء حوالي 30% من يومهم في تدوين المعلومات يدويًا. أما الطريقة التقليدية، فتعتمد غالبًا على العمل اليدوي. يقوم فني بإجراء اختبار، ثم يدون النتائج على جهاز لوحي، ثم ينقلها لاحقًا إلى جدول بيانات على الحاسوب.

القضية الحرجة المتعلقة بجمع البيانات

تُعدّ هذه الخطوة، التي تتطلب نقل المعلومات يدويًا من مكان لآخر، مصدرًا رئيسيًا للأخطاء، وهي مشكلة في الطريقة التقليدية التي تُؤثّر على جودة البيانات المُسجّلة من مصدرها. هذه هي النقطة الأساسية، فالتسجيل من المصدر أمر بالغ الأهمية للمؤسسة بأكملها. عند اختبار الأنظمة، نجد أن خطأً بسيطًا في إدخال البيانات قد يُؤدّي إلى مشاكل كبيرة لاحقًا. يُساعد المختبر الرقمي في حلّ هذه المشكلة من خلال ربط السجل المادي بالسجل الرقمي.

التكاليف الخفية للعمليات المنزلية

• تجزئة البيانات: المعلومات متناثرة في كل مكان في رسائل البريد الإلكتروني، ودفاتر القصاصات، وعلى محركات الأقراص الصلبة الأصلية.
• عدم إمكانية التتبع: من الصعب إثبات كيفية إجراء التجربة، وهو أمر مطلوب للامتثال غير الإشرافي.
• انخفاض التعاون: لا تستطيع الفرق التي تعمل من المنزل اختراق السجلات، مما يؤدي إلى إبطاء الأنظمة التي تضم أشخاصًا من مختلف أنحاء العالم.

الانتقال إلى مختبر رقمي وظيفي

يُعدّ المختبر الرقمي حلاً لهذه المشكلات، إذ يُسهّل العمل الجماعي ومتابعة كل شيء. ولإنشاء مختبر رقمي فعّال، أنت بحاجة إلى أكثر من مجرد برنامج. أنت بحاجة إلى العديد من المؤثرات التي تعمل بتناغم، بحيث يصبح جمع البيانات تلقائيًا أمرًا سهلاً.

المكونات الأساسية للمختبر الرقمي

1. منصات البيانات الموحدة

تُعدّ منصات البيانات الموحدة، مثل نظام إدارة معلومات المختبر (LIMS) ونظام دفتر المختبر الإلكتروني (ELN)، ذات أهمية بالغة. ويُمثّل جهاز المختبر الإلكتروني ونظام إدارة معلومات المختبر (LIMS) ركيزة أساسية لأي مختبر حديث. فهما يضمنان تتبّع كل عينة وتسجيل كل نتيجة.

2. إنترنت الأشياء والأجهزة المتصلة

يُعدّ إنترنت الأشياء والأجهزة المتصلة عنصرين أساسيين في المختبر الرقمي. في المختبر الرقمي، يُمكن للجهاز التواصل معك، أيها المستخدم، ومشاركة المعلومات حول ما يحدث. لقد قمنا بتصميم نظام يُتيح وضع أجهزة كشف التأثيرات المرتبطة بإنترنت الأشياء في المستودعات والحاضنات، مما يُساعد في الحدّ من فقدان العينات الحساسة من خلال نقل التنبيهات الفورية إلى الأجهزة المحمولة.

3. الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي

بمجرد توفر بيانات المختبر الرقمي، يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالمشاكل. فبدلاً من إجراء مئة اختبار فعلي، يمكنك إجراء تسعين محاكاة افتراضية، ثم الاكتفاء بإجراء التجارب الفعلية العشر الأكثر جدوى.

مقارنة القديم بالجديد

لفهم تأثير التحول الذي أحدثه المختبر الرقمي، من المفيد الاطلاع على معاييره. فيما يلي مقارنة تستند إلى الدرجات التي رصدناها خلال عمليات التحول الرقمي.

جدول مقارنة الفعالية

نقطة	سير العمل التقليدي	سير عمل المختبر الرقمي	مقياس التأثير
إدخال البيانات	ورقي	يتم التشغيل الآلي عبر واجهة برمجة العمليات أو إنترنت المؤثرات	وينتج عن ذلك انخفاض بنسبة 95% في الجرائم
إمكانية البحث	يستغرق هذا ساعات بسبب النموذج	يستغرق هذا ثوانٍ بسبب البحث عن البيانات الوصفية	وهذا يجعل عملية الاستصلاح أسرع بنسبة أربعين بالمائة
امتثال	مسارات التفتيش مصنوعة يدويًا	تضمن لنا السجلات الرقمية غير المرنة جاهزية تامة للتفتيش.	–
الناتج	هذا الأمر محدود بساعات عمل الموظفين	هذا متاح على مدار الساعة وطوال أيام الأسبوع، عبر أتمتة المختبرات	وينتج عن ذلك زيادة في العلاقات العاطفية بمقدار ثلاثة أضعاف
نفايات الموارد	هذا الرقم مرتفع بسبب إعادة تشغيل الاختبارات المفقودة	هذا منخفض بسبب القوة المُحسَّنة	وينتج عن ذلك توفير في التكاليف بنسبة خمسة عشر بالمائة

تجربتي: مخاطر ارتكاب الجريمة

بحسب خبرتي، فإنّ أكبر عائق ليس التكنولوجيا، بل ثقافة سير العمل. فتكنولوجيا سير العمل في المختبر الرقمي ليست هي المشكلة، بل الأشخاص وثقافة سير العمل هما المشكلة.

التغلب على التحديات الثقافية

لقد توصلتُ إلى أن التحدي الأكبر يكمن في جعل الناس يتقبلون نظام العمل في المختبر الرقمي ويغيرون أساليب عملهم معه. ساعدتُ شركة كيميائية كبيرة على التحول إلى المختبر الرقمي. أنفقت الشركة مبالغ طائلة على البرمجيات، لكنها لم تُدرّب موظفيها على استخدامها. ونتيجةً لذلك، اعتبر الموظفون النظام الجديد صعب الاستخدام، فعادوا إلى استخدام برنامج إكسل القديم.

نهج البوابة المرحلية

عندما جربنا طرقًا لإدخال النظام الجديد، وجدنا أن نهج البوابات المرحلية هو الأمثل. ينبغي البدء برقمنة جزء من العمل، مثل تتبع العينات، قبل محاولة جعل عملية التصنيع بأكملها ذكية.

بناء مختبر يعمل بكفاءة

لضمان سير العمل في المختبر بكفاءة، يجب مراعاة بعض الأمور المهمة. أولاً، يجب اختيار برنامج يعمل بطريقة تبدو طبيعية للمستخدمين، كالعلماء مثلاً.

تصميم البرمجيات المتمحور حول المستخدم

• ينبغي أن يكون البرنامج سهل الاستخدام بالنسبة لهم كما لو كان جزءًا مما يقومون به.
• كما ينبغي أن يكون قادراً على العمل مع المعدات الموجودة لديهم بالفعل حتى يتمكنوا من استخدام كل شيء معاً دون أي مشاكل.

قابلية التشغيل البيني والمعايير

يُطلق على هذا اسم قابلية التشغيل البيني، ما يعني أن الأدوات الجديدة قادرة على التواصل مع المعدات باستخدام بروتوكولات قياسية. كما يجب التأكد من صحة وسلامة المعلومات المُدخلة في النظام. وهذا يعني ضرورة التحقق من كل شيء في كل خطوة من خطوات العمل في المختبر الرقمي. يُشبه المختبر الرقمي رحلةً، ويجب التأكد من سلامة كل شيء طوال الطريق.

دور أتمتة المختبرات

الهدف الرئيسي للمختبر هو امتلاك نظام عمل آلي بالكامل، وهو ما يُعرف بأتمتة المختبر. يشبه الأمر وجود روبوت يقوم بالمهام الروتينية نيابةً عنك. يتولى الروبوت تنفيذ المهام، بينما يتولى النظام الرقمي الجانب التحليلي. وهكذا، يعمل المختبر الرقمي والروبوتات معًا لضمان سير العمل بسلاسة وكفاءة. بهذه الطريقة، يُمكن للمختبر الرقمي أن يُقدم دعمًا كبيرًا للعلماء والعاملين فيه.

تمكين المواهب البشرية

عند استخدام الآلات لإنجاز المهام، يستطيع أفضل موظفيك التركيز على أمورٍ جوهرية، كفهم المعاني ووضع الخطط. وقد لاحظنا أن المجموعات التي تستخدم الآلات لإنجاز الكثير من العمل تكون أكثر سعادةً في وظائفها وأقل عرضةً للتعب. هذا التغيير يحوّل المختبر من مجرد مكانٍ لتكبّد التكاليف إلى بيئةٍ لاكتشافاتٍ جديدة.

الاتجاهات الناشئة التي تستحق المتابعة

• التوائم الرقمية: إنشاء نسخة حاسوبية من مختبرك لتجربة طرق القيام بالأشياء قبل القيام بها فعلياً.
• الواقع المعزز (AR): استخدام النظارات لمساعدة الفنيين على أداء المهام المعقدة من خلال إعطائهم التعليمات في الوقت الفعلي أثناء عملهم.
• تقنية البلوك تشين للعلوم: طريقة لاستخدام السجلات اللامركزية لحماية الملكية الفكرية في المختبر الرقمي.

الخلاصة: البقاء في الصدارة في الصناعة

يُعدّ المختبر الرقمي بالغ الأهمية للشركات للحفاظ على ريادتها في مجال البحث والتطوير والتصنيع. يُسهم استخدام المختبر الرقمي في تقليل الأخطاء البشرية، كما يُسرّع بشكل كبير عملية الحصول على البيانات المطلوبة. ولضمان نجاح هذه العملية، يجب التأكد من جمع البيانات تلقائيًا، وأن يكون فريق العمل على دراية تامة بالتغييرات.

مستقبل الميزة التنافسية

أتمتة المختبرات هي ما يحدث عندما يكون لدينا سير عمل رقمي بالكامل، وهذا يعني أنه بإمكاننا العمل باستمرار حتى في غياب الموظفين. وهذا أمر لا بد منه للشركات التي ترغب في أن تكون الأفضل في مجالها.

أهم الأمور التي يجب تذكرها بخصوص حرف c هي:

• يُعد المختبر الرقمي ضروريًا للحفاظ على التفوق في مجال البحث والتطوير والتصنيع الحديث.
• يؤدي الانتقال إلى تقليل الأخطاء وزيادة سرعة استرجاع البيانات بشكل كبير.
• يتطلب التنفيذ الناجح التركيز على جمع البيانات الآلي وكسب تأييد الموظفين.
• أتمتة المختبرات هي تطور لسير عمل رقمي يسمح بالعمليات على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
• لم يعد التحول نحو المختبر الرقمي خياراً بالنسبة للمؤسسات التي تطمح إلى ريادة قطاعاتها. فالمكاسب المحققة في الكفاءة، إلى جانب القدرة على الاستفادة من الذكاء الاصطناعي، تخلق فجوةً بين رواد التحول الرقمي والمتخلفين عنه، بات من المستحيل سدها.