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

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

⊙新技術(shù)如何在短短兩秒半內(nèi)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(yùn)營(yíng)的可持續(xù)性。

問(wèn)題：Lee博士您好!感謝您來(lái)這里和我們分享交流，請(qǐng)問(wèn)您在巴拉德的專業(yè)領(lǐng)域是什么?

Lee博士：我的專業(yè)領(lǐng)域是先進(jìn)制造業(yè)、資本項(xiàng)目管理、持續(xù)改進(jìn)和運(yùn)營(yíng)管理，我一直致力于將研究和技術(shù)與制造解決方案聯(lián)系起來(lái)。我一直尋求技術(shù)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(duì)徹底改變水凈化產(chǎn)生的興趣。

我曾在莊信萬(wàn)豐工作了18年，擔(dān)任過(guò)許多運(yùn)營(yíng)職務(wù)，但最后在新市場(chǎng)部門(mén)擔(dān)任制造技術(shù)總監(jiān)?，F(xiàn)在我已經(jīng)在巴拉德工作了將近兩年。在巴拉德，我的團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)兩個(gè)職能：

1、確定并實(shí)施新的生產(chǎn)工藝和運(yùn)營(yíng)技術(shù)解決方案，使行業(yè)規(guī)模從迄今為止生產(chǎn)的數(shù)百萬(wàn)個(gè)膜電極擴(kuò)大到數(shù)千萬(wàn)到上億個(gè);

2、確保我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)和產(chǎn)品在制造的過(guò)程中具備成本效益，以有效擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

問(wèn)題：自您加入公司以來(lái)，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(lǐng)先的生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估和衡量我們的制造技術(shù)， 研究已經(jīng)具備的優(yōu)勢(shì)和有待改進(jìn)的地方。然后我制定了一份方案，著眼于擴(kuò)大我們工廠的生產(chǎn)能力以滿足近期和中期的增長(zhǎng)，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。我們研究了材料和工藝流程、設(shè)施布局，關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)步驟、操作時(shí)間、自動(dòng)化程度的提高、產(chǎn)量、人機(jī)工程學(xué)和可持續(xù)性。

目前我們正在安裝大量新的資本設(shè)備，這將使我們膜電極的生產(chǎn)能力擴(kuò)大五倍。在一年內(nèi)，我們將建成基礎(chǔ)設(shè)施，隨著我們對(duì)未來(lái)市場(chǎng)需求的可見(jiàn)度的提高，能夠?qū)⒒A(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)能再提高一倍。

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

我們最新全自動(dòng)密封制造車間的調(diào)試正處于最后階段，該車間可在短短五秒鐘內(nèi)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(gè)制造車間中添加并聯(lián)機(jī)，具體操作將由相同的自動(dòng)化機(jī)器人完成，這將使膜電極的生產(chǎn)時(shí)間縮短到兩秒半之內(nèi)。這速度相當(dāng)于每年產(chǎn)能超過(guò)一千萬(wàn)個(gè)膜電極或大約25.000個(gè)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(tuán)隊(duì)在2020年為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能增加五倍所安裝的眾多自動(dòng)化示例之一。

問(wèn)題：這些新的生產(chǎn)方法是否對(duì)節(jié)省成本有影響?

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

這行業(yè)面臨的一項(xiàng)革命性挑戰(zhàn)是要革新制造方法以提高產(chǎn)量、質(zhì)量以及最重要的電堆性能，以實(shí)現(xiàn)我們將成本降低70%的期望。在未來(lái)五年中，我們將繼續(xù)開(kāi)發(fā)適合此行業(yè)規(guī)模的創(chuàng)新性制造技術(shù)，比現(xiàn)有規(guī)模大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，一個(gè)100千瓦的燃料電池電堆將需要300-400個(gè)單片電池。假設(shè)每年有10萬(wàn)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(wàn)至4千萬(wàn)之間。因此，我們現(xiàn)在開(kāi)始將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向商業(yè)規(guī)模。

巴拉德通過(guò)以下四個(gè)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?yàn)樗鼫p少了電堆中的單片電池總數(shù)。

2、與供應(yīng)商合作并改進(jìn)我們的工藝設(shè)備，以最大程度地利用成卷供應(yīng)的材料。

3、設(shè)計(jì)和操作具有高首過(guò)合格率的制造工藝。2019年，我們就在流程改進(jìn)方面取得了巨大進(jìn)展，一年內(nèi)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(dòng)量。這就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、消除或簡(jiǎn)化流程以及自動(dòng)化的關(guān)鍵所在。

問(wèn)題：在2019年，巴拉德推出了新的FCmove™模型。這種設(shè)計(jì)如何使效率最大化?

Lee博士：減少單個(gè)組件的數(shù)量以及降低FCmove產(chǎn)品設(shè)計(jì)中組裝的復(fù)雜性是關(guān)鍵。產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及先進(jìn)的制造技術(shù)遵循“為制造裝配和服務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)”的原則，這在指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以提高效率方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

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

基本流程是構(gòu)建帶有泄漏測(cè)試的子裝配線，然后通過(guò)看板系統(tǒng)將其饋送到主裝配線中。我們添加了動(dòng)畫(huà)工作指引，以指導(dǎo)技術(shù)人員完成裝配?，F(xiàn)在，我們可以通過(guò)條形碼對(duì)主要部件進(jìn)行追蹤，并根據(jù)模塊序列號(hào)對(duì)所有關(guān)鍵的裝配扭矩進(jìn)行數(shù)字記錄。

這些改進(jìn)幫助我們將人工成本降低了一半以上。當(dāng)然，隨著數(shù)量增長(zhǎng)到成千上萬(wàn)，設(shè)計(jì)將需要進(jìn)一步成熟。

問(wèn)題：巴拉德對(duì)所有生產(chǎn)領(lǐng)域的可持續(xù)性做出了重要承諾。您對(duì)可持續(xù)發(fā)展影響最大的領(lǐng)域是什么?

Lee博士：對(duì)我來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是避免寶貴自然資源的浪費(fèi)，無(wú)論是能源利用還是我們產(chǎn)品的材料使用。例如，在測(cè)試過(guò)程中，燃料電池電堆會(huì)消耗大量的氫氣，但也會(huì)產(chǎn)生電能和廢熱。

巴拉德一直在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)區(qū)域內(nèi)的所有新測(cè)試站中使用一種稱為再生負(fù)載庫(kù)的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以協(xié)助我們將電力輸送給工廠，而避免其轉(zhuǎn)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(gè)測(cè)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(shè)備動(dòng)力總需求量的可再生負(fù)載組。

此外，我也非常關(guān)心是塑料對(duì)環(huán)境的影響。我認(rèn)為巴拉德一直是該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)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(dòng)區(qū)域和端口切口的材料占膜面積的70-90%，通常無(wú)法回收。因此，當(dāng)我加入巴拉德時(shí)，令我驚訝的是他們開(kāi)發(fā)了一種液體注射成型密封技術(shù)。該技術(shù)可以在生產(chǎn)過(guò)程中以最小的浪費(fèi)來(lái)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(guò)類似醫(yī)院CT掃描儀一樣的3D CT掃描技術(shù)來(lái)表征原材料和產(chǎn)品制造中的視覺(jué)缺陷，并檢驗(yàn)這些缺陷對(duì)耐用性的影響。這可以避免我們隨意丟棄材料。

在整個(gè)2019年，我們已經(jīng)進(jìn)行了大規(guī)模的工藝優(yōu)化。我可以很自豪地說(shuō)，我們幾乎接近100%的產(chǎn)量，這是一個(gè)令人驚嘆的可持續(xù)方案。另外，膜電極的整個(gè)使用壽命完成后，我們可以通過(guò)膜電極回收對(duì)注塑材料進(jìn)行再加工。且在回收貴金屬的過(guò)程中，不會(huì)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(shù)時(shí)，已把產(chǎn)品的整個(gè)生命周期都考慮在內(nèi)。