H2SkaProMo – Systèmes de production cyberphysique évolutifs pour l’assemblage de piles à combustible

Dans le cadre du projet conjoint soutenu par le ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du climat (BMWi), 15 partenaires issus de l'économie et de la recherche travailleront ensemble sur la technologie de production des technologies énergétiques du futur.

L'Université de la Sarre, avec sa chaire de systèmes de montage, est à la tête du consortium, tandis que le ZeMA, en tant que partenaire associé, encourage le transfert de résultats.

problématique

Un levier essentiel pour réduire à l'avenir les coûts dans le domaine de la production d'hydrogène réside dans la production entièrement automatisée de piles à combustible en grand nombre. Cependant, la faible demande actuelle de piles à combustible entraîne encore une faible utilisation des systèmes de production entièrement automatisés, ce qui entraîne des délais d'amortissement élevés. Du point de vue de la technique de production, il n'existe actuellement aucune possibilité d'évolutivité des systèmes de montage en fonction des besoins et de la demande.
Les processus d'assemblage manuel des piles à combustible (BSZ) sont encore souvent effectués par des professionnels soumis à une charge physique importante en raison de la grande variabilité des produits, de la grande complexité et de normes de qualité strictes. Afin de réduire les coûts de production, il est nécessaire d’utiliser moins de main-d’œuvre hautement qualifiée à l’avenir, tout en réduisant continuellement le taux de rebut.
Par rapport à d'autres industries, l'assurance qualité est encore peu prise en compte lors du montage semi-automatisé des piles, des contrôles non destructifs et une traçabilité de bout en bout étant absolument nécessaires pour des raisons de responsabilité. L'assurance qualité, l'augmentation de la quantité d'application en fonction des besoins et la décharge physique des employés ne sont possibles qu'en adaptant la ligne de montage manuelle à une ligne de montage partiellement automatisée.
Les lignes de montage automatisées pour piles à combustible ne sont actuellement que sporadiques et prototypes dans l'utilisation industrielle. D'importants défis doivent être résolus à l'avenir dans les processus d'alimentation, de transport, d'assemblage, de test et de mise en service afin d'atteindre les objectifs industriels d'empilage des composants avec des fréquences > 1 Hz (1 partie/s) pour un montage économique en pile.

Objectif

Il est donc nécessaire de développer des systèmes de production qui répondent à la fois à la demande croissante de piles à combustible et à l'évolution des exigences. Ainsi, les processus d'assemblage manuels permettent d'obtenir une grande variance du produit et une grande flexibilité. Les processus d'assemblage partiellement automatisés répondent à la demande croissante et volatile. Les processus d'assemblage automatisés permettent une production de masse répondant aux exigences de qualité les plus élevées. Ces développements doivent être réalisés dès aujourd'hui, des connaissances doivent être développées et des processus et des technologies doivent être développés pour que la pile à combustible puisse être compétitive à l'avenir par rapport à d'autres entraînements alternatifs.
L'un des objectifs partiels du projet de recherche est le développement d'un système de montage manuel dans lequel l'employé est soulagé cognitivement par différents systèmes et l'utilisation d'employés moins qualifiés dans le montage varié est possible. Cela est particulièrement important en raison de la pénurie croissante de main-d'œuvre qualifiée et de la reconversion attendue des employés de la production de groupes motopropulseurs conventionnels.
Un autre sous-objectif du projet de recherche est basé sur le développement d'une ligne d'assemblage semi-automatisée en intégrant des technologies d'interaction homme-machine pour un soulagement physique supplémentaire des employés et un système d'assurance qualité proactive pour réduire durablement le rebut.
L'autre grand objectif du projet de recherche est de développer, en collaboration avec les équipementiers, les utilisateurs et les instituts, une ligne entièrement automatisée à haute cadence pour l'assemblage des piles à combustible et de l'utiliser comme démonstrateur fonctionnel prototype.

Procédure à suivre

Pour atteindre les objectifs du projet, les utilisateurs, les chercheurs et les équipementiers collaborent de manière interdisciplinaire afin d'explorer les technologies clés appropriées et de les transformer en une structure expérimentale dans un environnement proche de la production ainsi que dans l'environnement d'utilisation industriel. Les partenaires associés apportent un soutien essentiel au transfert des résultats vers leur vaste réseau d'entreprises. Grâce à ses relations mutuelles d'équipementiers et d'utilisateurs, le consortium permet un travail de développement en réseau sur le système de produit et de production.

Le projet comprend 5 modules de travail:
• Montage manuel: Conception et développement d'une ligne d'assemblage manuel évolutive pour piles à combustible, axée sur le soulagement cognitif des employés grâce à des systèmes d'assistance
• Montage partiellement automatisé: Conception et développement d'une ligne d'assemblage semi-automatisée pour un contrôle flexible de la capacité avec assistance physique
• Montage entièrement automatisé: Élaboration de la ligne finale entièrement automatisée pour l'assemblage de piles à combustible en mettant l'accent sur une production de masse optimisée en termes de vitesse
Gémeaux et mémoire numériques: Création du jumeau numérique du produit, du processus et des ressources pour la qualité simultanée et l'ingénierie des systèmes
• Mise en œuvre et évaluation: Mise en œuvre prototype et évaluation du concept de solution sélectionné, entre autres par la construction d'une ligne de montage modulaire démonstrative pour les piles à combustible sur le ZeMA et les processus de test sur le campus environnemental de Birkenfeld

Résultats/état d'avancement du projet

Le projet a débuté en décembre 2021 et durera au total trois ans. À l'heure actuelle, le travail est entrepris dans le cadre des différents modules de travail. Vous pouvez également obtenir les dernières mises à jour et les résultats intermédiaires sur le site Web du projet www.h2skapromo.de.

Concept de valorisation

Le projet de collaboration vise à transférer les résultats dans l'industrie, la société et la politique, compte tenu des chances de succès scientifiques et techniques. En raison de la modularité des systèmes d'assemblage développés, ceux-ci conviennent à une grande variété de piles à combustible de tous les fabricants, ce qui garantit la transférabilité des résultats au-delà des entreprises participant au projet. En outre, le démonstrateur et les résultats de la recherche sont utilisés pour demander et mener des projets de recherche plus poussés.
Après la période de financement, les démonstrateurs seront intégrés dans une usine Open Lab où les démonstrateurs seront disponibles pour les équipementiers, les utilisateurs et les instituts de recherche à des fins de test et de renforcement des connaissances. Dans l'usine, les systèmes de production des utilisateurs peuvent être utilisés lors de l'introduction de nouvelles piles à combustible pour la planification et la conception de l'assemblage, l'intégration de technologies innovantes et l'évaluation de la capacité d'assemblage.

Durée: 01.12.2021 - 30.11.2024

Financé par:

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