働き方改革を実現する「分析研究業務の効率化・短 …富士通株式会社テクニカルコンピューティング・ソリューション事業本部 TCフロンティアセンター

富士通株式会社テクニカルコンピューティング・ソリューション事業本部ＴＣフロンティアセンター技術士（情報工学）有田正博E-mail： [email protected]

働き方改革を実現する「分析研究業務の効率化・短縮化」

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本⽇の流れ

働き⽅改⾰：⻑時間労働の是正

働き⽅改⾰を実現する業務の効率化

ITによる解決案

富士通のパッケージ製品で解決

Automation Serverを例として

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Structure Elucidatorを例として

ALL RIGHTS RESERVED, COPYRIGHT ©富士通株式会社 20181

働き⽅改⾰：⻑時間労働の是正

毎日新聞2016年12月19日東京朝刊

”働き方改革”

日本経済新聞2017年7月10日東京朝刊


AIとビッグデータの活用

定型的な分析業務を自動化

働き⽅改⾰を実現する業務の効率化


ITによる解決案

AI・自社でAIを活用したシステムを構築

・AIを活用したパッケージを導入

ビッグデータ

ビッグデータ・自社データを地道に収集し登録

・データベースを購入

RPA・汎用的な自動化ツールを元に構築

・分析業務用のRPAパッケージを導入


実際にやってみると

AI・AIの元になる学習データが無い

・分析業務にAIを活用したパッケージが無い

ビッグデータ

ビッグデータ・データ収集に途方もない時間がかかる

・データベースが高額すぎて購入できない

RPA・分析業務用のRPAパッケージが⾒つからない

・機器ごとにデータ形式が異なる分析データは扱えない


なぜ今まで出来なかったのか

AI・古典的なAI⼿法では精度に問題があった

・最新AI手法では膨大なデータが必要

ビッグデータ

ビッグデータ・機器ごとにデータ形式が異なるため統合できない

・購入できる大規模データベースが無い

RPA・機器ごとに分析データ形式が異なる

・機器ごとにデータ処理⼿順が異なる


富士通のパッケージ製品で解決

AI

ビッグデータ

ビッグデータ

RPA

AIを活用したパッケージの提供

1億件レベルのデータベースを提供

分析データ、処理に適した⾃動化パッケージの提供


AI

Big Data

Structure Elucidatorを例として


Structure Elucidatorの製品構成 NMR Workbook Suite（NMR処理、データベース構築） C,H,N,F,P NMR Predictor Suite（NMR ケミカルシフト予測） MS Workbook Suite（MS処理、データベース構築） MS Fragmenter（MS フラグメント予測） PubChem Database（化学情報データベース）※ ChemSpider Database（化学情報データベース）※

※重複している化合物があるので実際には、PubChem:9600万＋ChemSpider:400万件の提供


AI:NMR シフト予測にニューラルネットワーク利⽤NMR Predictor Suite「学習データ」として、収集した「NMRケミカルシフト実測データ」を基に「ニューラルネットワーク」により「NMRケミカルシフト予測モデル」を作成

NMRスペクトル予測のためのNMRデータ（機械学習のためのデータ）

CNMR－構造式数：212,000件以上を収集（ケミカルシフト数：2,700,000件以上）HNMR－構造式数：228,000件以上を収集（ケミカルシフト数：1,900,000件以上）NNMR－構造式数：9,800件以上を収集（ケミカルシフト数：23,000件以上）FNMR－構造式数：19,000件以上を収集（ケミカルシフト数：36,000件以上）PNMR－構造式数：29,000件以上を収集（ケミカルシフト数：35,000件以上）


ビッグデータ：PubChem

PubChem（化合物96,398,953件：2018年7月現在）化学分⼦データベースの⼀つ。このシステムは、アメリカ国⽴衛⽣研究所 (NIH)の

下の国⽴医学図書館(NLM)の⼀部⾨である国⽴⽣物⼯学情報センター(NCBI) によって維持管理されている。


ビッグデータ：ChemSpider

ChemSpider（化学構造6,300万件：2018年7月現在）英国王⽴化学会が無料でインターネット上で提供している化学データベース。数

百以上のデータソースを統合し、世界中の化合物を構造式や化合物名にて一括検索が可能。検索結果から各データソースの詳細を確認することも可能


ビッグデータをスペクトル検索できるように

通常のアプローチ方法

・各構造式に対するNMR実測値を収集し、登録し、検索

しかし

・1億件もの化学構造式に対する実測データを収集することは、困難

O NH

N

N

CH3


スペクトル予測ソフトを活用 Advanced Chemistry Development社は、精度の良いNMRスペクトル予測ソフトを開発

NMRスペクトル予測ソフトを活用する！

NMR PredictorO NH

N

N

CH3

NMRパターンを予測

NMRパターン予測モデル


構造式から「予測スペクトルデータベース」を作成インターネット上の無料データベースChemSpiderに収録されている構造式を基に、「ChemSpider予測NMRスペクトルデータベース」を作成。

NMR Predictor


予測データベース上のシフトパターンを検索利⽤者は、実測データで予測データベース上のNMRケミカルシフトパターンを検索

予測データベース上の13CNMRパターン

利⽤者：実測データの 13CNMRパターン

O A

N

N

13CNMRパターンが一致する部分

検索された化学構造式


Structure Elucidatorのケミカルシフト予測の仕組み

Structure Elucidator

分析機器

ケミカルシフト予測モデル

ビッグデータに適用

ニューラルネットワーク

ケミカルシフト実測データ

ケミカルシフトを予測


Structure Elucidatorでは

ヒット構造から予測される13CNMRデータ

実測13CNMRデータ

ニューラルネットワークを利⽤したNMRシフト予測モデルと1億件以上のビッグデータをすぐ使えるパッケージソフトとして提供できます。


Structure Elucidatorのメリット

AI,ビッグデータ（１億件以上）を即活用可能

ケミカルシフトで検索可能化学構造式で検索可能

自社化学構造式データを活用自社化学構造式データを元にケミカルシフトを予測し、データベース化してケミカルシフトで検索できる分析データベースを構築お客様の企業データをお客様の武器に変えます。

ケミカルシフトで検索可能化学構造式で検索可能


未知化合物で確定できた例（⼀部改変）

N

N

N

N

O

O

NH2

O

CH3

O

CH3 O

O

N

N N

OH

N

O

OO

O

CH2CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

O

OH

O

CH2

CH2

CH2

CH2


RPA

Automation Serverを例として

分析機器の「生」データを自動で収集、集中管理するシステム


RPAとは RPAとは毎⽇・毎週決まった⼿順で⾏っている定型業務をシステムに記憶・再現させることで自動化させる技術のことRPA（ロボットによる業務自動化：Robotic Process Automation）

RPAツール導入のメリットデータ改ざんの可能性を根本から防止自動化により人手による改ざんが無くなる

面倒な定例業務を自動化画面上で操作手順を登録するだけで業務の自動化が可能。

時間を選ばない業務設計が可能24時間稼働させたり、出社前に作業を終わらせる運用も可能に。

ケアレスミスの防止業務自動化により、どうしても起きてしまう人的ミスを防止。


自動データベース構築システム概要図

ORACLE

ACD/SpectrusDBEnterprise

CATECHIN

2 . 52 . 01 . 51 . 00 . 50

T i m e ( s e c )

- 1 . 0 0

- 0 . 9 5

- 0 . 9 0

- 0 . 8 5

- 0 . 8 0

- 0 . 7 5

- 0 . 7 0

- 0 . 6 5

- 0 . 6 0

- 0 . 5 5

- 0 . 5 0

- 0 . 4 5

- 0 . 4 0

- 0 . 3 5

- 0 . 3 0

- 0 . 2 5

- 0 . 2 0

- 0 . 1 5

- 0 . 1 0

- 0 . 0 5

0

0 . 0 5

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0 . 3 0

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0 . 4 0

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0 . 5 0

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0 . 6 0

0 . 6 5

0 . 7 0

0 . 7 5

0 . 8 0

Nor

mal

ized

Int

ensi

ty

ファイル・サーバ

C A TE C H IN .E SP

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1Chemical Shift (ppm)

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

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0.70

0.75

0.80

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1.00

Nor

mal

ized

Inte

nsity

1.031.031.020.980.961.030.96

CATECHIN

2 .52 .01 .51 .00 .50T i m e (s e c )

-1 .0 0

-0 .9 5

-0 .9 0

-0 .8 5

-0 .8 0

-0 .7 5

-0 .7 0

-0 .6 5

-0 .6 0

-0 .5 5

-0 .5 0

-0 .4 5

-0 .4 0

-0 .3 5

-0 .3 0

-0 .2 5

-0 .2 0

-0 .1 5

-0 .1 0

-0 .0 5

0

0 .0 5

0 .1 0

0 .1 5

0 .2 0

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0 .3 0

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0 .5 0

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0 .6 0

0 .6 5

0 .7 0

0 .7 5

0 .8 0

Nor

mal

ized

Int

ensi

ty

ACD/AutomationServer

ORACLE

電子ノート

＜測定室＞

NMRの処理例・自動的に生データを検出・FT変換・ベースライン自動補正・化学構造との自動帰属・成功、失敗の判定・データベース自動登録

ACD/SpectrusProcessor


機器データ統合データベースの自動構築画像データやPDFレポートなどに加工・表示するのではなく、各分析装置データを分析データ本来の形式で登録。「各研究者がどのようにデータを読み解いたか？」といった解析結果もデータベース化できるので、スペクトル、構造式、テキストなど様々な条件で検索することで、エキスパートの知識を共有することが可能。


主要な装置フォーマットに対応（NMR,MS,LCなど）特別なデータ変換作業を必要とせずに、

そのまま分析装置データを統合データベース化することが可能です。

あらゆるフォーマットに対応


⾼度なデータ解析も可能専⽤のデスクトップソフトでは、データ＆データベースの管理・閲覧機能の他に、⾼度なデータ処理・解析機能も利⽤可能。また、一つのソフトでNMR, MS, UV, IR, X-Ray クロマトグラフィーなど多彩なデータの処理が可能なオールインワンソフト。

NMR－構造式を貼り付け、ドラッグ＆ドロップするだけで簡単に帰属が⾏えます。帰属候補は自動的にハイライト表示されるだけでなく、1H NMRスペクトルでは、構造式-スペクトルの一致も自動で検証できます。

IR, Raman－特性吸収リストが搭載されています。官能基を選択するだけで、吸収帯がハイライト表示され、スペクトルを簡単に解釈することができます。

LC/UV/MS－成分情報（構造式、分⼦式、質量数など）を⼊⼒するだけで、自動的にマスクロマトグラムと、マスクロマトグラム・ピークに対応するMSスペクトルが表示されます。⼊⼒した成分の溶出時間や、データに存在する「確かさ」は色分け表示される為、簡単に成分の有無を確認することができます。

（解析機能例）ALL RIGHTS RESERVED, COPYRIGHT ©富士通株式会社 201826

JASIS 2018 富士通ブースのご案内本発表の内容以外にも、様々なソリューションを準備しております. スペクトル関連製品（NMR, MS, UV, IR, etc...）クロマトグラフィー関連製品（手法開発, 保持時間予測）物性・ADME・毒性予測製品（LogD, LogP, pKa, 溶解度 etc.）化合物命名製品（IUPAC命名, CAS Index命名）構造式データベース、作図自動機器データ収集システム、分析依頼システム、電子実験ノートシステム分子軌道シミュレーションソフトウェア

幕張メッセ国際展示場第6ホールA-607

6A-607富士通㈱


本製品に関するお問い合わせ

富士通株式会社テクニカルコンピューティング・ソリューション事業本部TCフロンティアセンターACD/Labs 製品担当

Tel: 043-299-3680E-mail: [email protected]: http://www.fujitsu.com/jp/solutions/business-technology/tc/sol/acd/


mailto:[email protected]

http://www.fujitsu.com/jp/solutions/business-technology/tc/sol/acd/

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