今天這篇文章將介紹巴拉德如何通過燃料電池生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新，來降低成本并最大化效率。

巴拉德高級制造總監(jiān)Lee Sweetland博士分享了關于巴拉德工藝改進的關鍵信息，包括：

⊙新技術如何在短短兩秒半內完成單片完整膜電極的生產(chǎn);

⊙解決燃料電池成本降低的四種重要方法;

⊙如何努力提高產(chǎn)品和運營的可持續(xù)性。

問題：Lee博士您好!感謝您來這里和我們分享交流，請問您在巴拉德的專業(yè)領域是什么?

Lee博士：我的專業(yè)領域是先進制造業(yè)、資本項目管理、持續(xù)改進和運營管理，我一直致力于將研究和技術與制造解決方案聯(lián)系起來。我一直尋求技術更新，以提供可以改變行業(yè)規(guī)則的革新性工藝，這始于我在博士期間對徹底改變水凈化產(chǎn)生的興趣。

我曾在莊信萬豐工作了18年，擔任過許多運營職務，但最后在新市場部門擔任制造技術總監(jiān)。現(xiàn)在我已經(jīng)在巴拉德工作了將近兩年。在巴拉德，我的團隊主要負責兩個職能：

1、確定并實施新的生產(chǎn)工藝和運營技術解決方案，使行業(yè)規(guī)模從迄今為止生產(chǎn)的數(shù)百萬個膜電極擴大到數(shù)千萬到上億個;

2、確保我們團隊開發(fā)的技術和產(chǎn)品在制造的過程中具備成本效益，以有效擴大生產(chǎn)規(guī)模。

問題：自您加入公司以來，巴拉德的燃料電池生產(chǎn)有何發(fā)展?

Lee博士：我在巴拉德的第一份工作是根據(jù)領先的生產(chǎn)工藝標準評估和衡量我們的制造技術， 研究已經(jīng)具備的優(yōu)勢和有待改進的地方。然后我制定了一份方案，著眼于擴大我們工廠的生產(chǎn)能力以滿足近期和中期的增長，同時降低生產(chǎn)成本。我們研究了材料和工藝流程、設施布局，關注生產(chǎn)過程中的每個步驟、操作時間、自動化程度的提高、產(chǎn)量、人機工程學和可持續(xù)性。

目前我們正在安裝大量新的資本設備，這將使我們膜電極的生產(chǎn)能力擴大五倍。在一年內，我們將建成基礎設施，隨著我們對未來市場需求的可見度的提高，能夠將基礎設施的產(chǎn)能再提高一倍。

當我剛開始涉足燃料電池行業(yè)時，膜電極的生產(chǎn)方式主要是靠離散噴涂技術和大量手工作業(yè)完成。現(xiàn)在隨著產(chǎn)量的增加，巴拉德已進入持續(xù)生產(chǎn)流程。

我們最新全自動密封制造車間的調試正處于最后階段，該車間可在短短五秒鐘內完成膜電極的生產(chǎn)。這比我們目前的生產(chǎn)速度快了七倍。我們還可以在這個制造車間中添加并聯(lián)機，具體操作將由相同的自動化機器人完成，這將使膜電極的生產(chǎn)時間縮短到兩秒半之內。這速度相當于每年產(chǎn)能超過一千萬個膜電極或大約25.000個FCmove™模組。這將滿足每年25.000輛燃料電池公共汽車和卡車的需求，并且這只是我的團隊在2020年為實現(xiàn)產(chǎn)能增加五倍所安裝的眾多自動化示例之一。

問題：這些新的生產(chǎn)方法是否對節(jié)省成本有影響?

Lee博士：自動化的主要推動力之一是減少用于制造產(chǎn)品的直接勞動力，但是與我要談及的那些領域相比，這是相對較小的推動力。

這行業(yè)面臨的一項革命性挑戰(zhàn)是要革新制造方法以提高產(chǎn)量、質量以及最重要的電堆性能，以實現(xiàn)我們將成本降低70%的期望。在未來五年中，我們將繼續(xù)開發(fā)適合此行業(yè)規(guī)模的創(chuàng)新性制造技術，比現(xiàn)有規(guī)模大幾個數(shù)量級。例如，一個100千瓦的燃料電池電堆將需要300-400個單片電池。假設每年有10萬輛燃料電池卡車，那么膜電極和雙極板的需求量將在3千萬至4千萬之間。因此，我們現(xiàn)在開始將重點轉向商業(yè)規(guī)模。

巴拉德通過以下四個主要方法完成了電堆成本的降低：

1、提高膜電極單位面積產(chǎn)生的功率，并在可能的情況下使用更少的材料。這是最有力的成本降低方法，因為它減少了電堆中的單片電池總數(shù)。

2、與供應商合作并改進我們的工藝設備，以最大程度地利用成卷供應的材料。

3、設計和操作具有高首過合格率的制造工藝。2019年，我們就在流程改進方面取得了巨大進展，一年內減少了70%以上的產(chǎn)能損失。

4、減少了組裝膜電極片和電堆所需的人工勞動量。這就是產(chǎn)品設計、消除或簡化流程以及自動化的關鍵所在。

問題：在2019年，巴拉德推出了新的FCmove™模型。這種設計如何使效率最大化?

Lee博士：減少單個組件的數(shù)量以及降低FCmove產(chǎn)品設計中組裝的復雜性是關鍵。產(chǎn)品設計團隊以及先進的制造技術遵循“為制造裝配和服務進行設計”的原則，這在指導產(chǎn)品設計以提高效率方面發(fā)揮了關鍵作用。

我們的新裝配線是規(guī)模化試點生產(chǎn)線，每年可生產(chǎn)3.000個模組。其設計旨在為將來的低功率和高功率FCmove模組提供一定的靈活性，并使設計人員能夠自由降低成本。

基本流程是構建帶有泄漏測試的子裝配線，然后通過看板系統(tǒng)將其饋送到主裝配線中。我們添加了動畫工作指引，以指導技術人員完成裝配。現(xiàn)在，我們可以通過條形碼對主要部件進行追蹤，并根據(jù)模塊序列號對所有關鍵的裝配扭矩進行數(shù)字記錄。

這些改進幫助我們將人工成本降低了一半以上。當然，隨著數(shù)量增長到成千上萬，設計將需要進一步成熟。

問題：巴拉德對所有生產(chǎn)領域的可持續(xù)性做出了重要承諾。您對可持續(xù)發(fā)展影響最大的領域是什么?

Lee博士：對我來說，關鍵是避免寶貴自然資源的浪費，無論是能源利用還是我們產(chǎn)品的材料使用。例如，在測試過程中，燃料電池電堆會消耗大量的氫氣，但也會產(chǎn)生電能和廢熱。

巴拉德一直在產(chǎn)品開發(fā)區(qū)域內的所有新測試站中使用一種稱為再生負載庫的技術，這項技術可以協(xié)助我們將電力輸送給工廠，而避免其轉化為必須消散的熱量。隨著產(chǎn)量的增加，到2020年底，我們將在工廠中新增一個測試室。這讓我感到非常興奮，我們將擁有可提供全部膜電極制造設備動力總需求量的可再生負載組。

此外，我也非常關心是塑料對環(huán)境的影響。我認為巴拉德一直是該領域的領導者。

密封膜電極的傳統(tǒng)方法是使用帶有熱熔膠或壓敏膠的塑料薄膜。這些用于活動區(qū)域和端口切口的材料占膜面積的70-90%，通常無法回收。因此，當我加入巴拉德時，令我驚訝的是他們開發(fā)了一種液體注射成型密封技術。該技術可以在生產(chǎn)過程中以最小的浪費來密封GDL和CCM，但它的挑戰(zhàn)在于難以保持高產(chǎn)量。

巴拉德具有世界一流的能力，能夠通過類似醫(yī)院CT掃描儀一樣的3D CT掃描技術來表征原材料和產(chǎn)品制造中的視覺缺陷，并檢驗這些缺陷對耐用性的影響。這可以避免我們隨意丟棄材料。

在整個2019年，我們已經(jīng)進行了大規(guī)模的工藝優(yōu)化。我可以很自豪地說，我們幾乎接近100%的產(chǎn)量，這是一個令人驚嘆的可持續(xù)方案。另外，膜電極的整個使用壽命完成后，我們可以通過膜電極回收對注塑材料進行再加工。且在回收貴金屬的過程中，不會出現(xiàn)像二惡英這樣的有害污染物。

因此，巴拉德在選擇生產(chǎn)工藝技術時，已把產(chǎn)品的整個生命周期都考慮在內。