Virtuelle Zwillinge : Automatisierungsexpertise für Produktion von Brennstoffzellen

Drei Unternehmen, die sich zu den Innovationsführern ihrer Branchen zählen, haben sich nun zusammengetan, um die Zukunft der Mobilität, genauer der Brennstoffzelle, gemeinsam voranzutreiben. Als starkes Dreier-Team bündeln die Automatisierungsexperten von OMRON, die virtuellen Zwillings-Spezialisten von Dassault Systèmes sowie die Produktions- und Digitalisierungsprofis der VAF GmbH ihre Expertise auf dem jeweiligen Fachgebiet.

„Es wird künftig in der Produktion vermehrt um eine nahtlosere IT-OT-Integration, also die Verbindung von Informationstechnologie und operativer Steuerungshardware gehen. Um diese beiden Ebenen miteinander zu verbinden, arbeitet OMRON mit Partnern wie Dassault und VAF zusammen, die mit IT- und Integrationsknowhow punkten“, berichtet Henry Claussnitzer, Business Engagement Manager Automotive EMEA bei OMRON. Gemeinsam wollen die Unternehmen die Produktion von Wasserstoff-Brennstoffzellen auf eine neue Ebene heben.

Das Wissenschafts- und Technologieunternehmen Dassault Systemès schafft kollaborative virtuelle Umgebungen als „virtuelle Twin Experiences“ der realen Welt. Mithilfe der 3DEXPERIENCE-Plattform von Dassault und gemeinsam mit VAF hat OMRON eine robotergestützte Stacker-Zelle für den Zusammenbau von Brennstoffzellen-Stacks entwickelt. Die Lösung kann einen 0,5-Sekunden-Zyklus der einzelnen Schichten von Bipolar- (BPP) und Membranelektrodenplatten (MEA) erreichen. Die Idee für das Projekt stammt vom Unternehmen e.Volution, das ein neues Mobility-as-a-Service (MaaS)-Konzept auf Basis einer Brennstoffzelle umsetzen wollte. Mit 3DXP verschmelzen die digitalen Zwillinge von Konstruktion und Fertigung zu einem gemeinsamen digitalen Zwilling als virtuelles Grundmodell.

Der digitale Zwilling sorgt dafür, Produktionsabläufe virtuell durchzuspielen, um besser planen und entwickeln zu können sowie Neuentwicklungen voranzutreiben. Information und Operation Technology (IT und OT) werden so zu flexiblen und skalierbaren Produktionslösungen. Virtuelle Zwillinge können etwa Prototyping unterstützen, Material- und Ressourceneinsparungen in neuen Kreislaufkonzepten simulieren und dabei helfen, Markteinführungszeiten zu verkürzen. Hinzukommt, dass ein derartiger Ansatz Nachhaltigkeit und Effizienzsteigerungen zugutekommt. Dassault, OMRON und VAF wollen Hersteller und Zulieferer im Bereich der nachhaltigen Mobilität dabei unterstützen, digitale Technologien zu identifizieren und einzusetzen, um die autonome Produktion weiterzuentwickeln.

Durch Einsatz der 3DEXPERIENCE-Plattform lassen sich Abläufe in der Brennstoffzellenproduktion hochgradig automatisieren, die Qualität steigern und Zykluszeiten reduzieren. Auf der Hannover Messe 2022 wurde die Kooperation der Unternehmen als „quasi schnellste Steckeranlage der Welt“ erstmals vorgestellt. An zwölf Stationen ließ sich die netzwerkübergreifende Zusammenarbeit für den Produktentstehungsprozess live erleben. Gezeigt wurde die komplette Reise der verschiedenen virtuellen Zwillinge von der ersten Idee bis zum After-Sales-Service während des Betriebs der Maschine.

Graebener Bipolar Plate Technologies liefert Brennstoffzellen-Bipolarplatten, die das Herzstück des Brennstoffzellenstapels bilden. Der letzte Schritt des Szenarios zeigt, wie Rückmeldungen aus den einzelnen Prozessschritten wieder in den Ideenpool für neue Varianten und Entwicklungen oder sogar ganz neue Geschäftsmodelle einfließen können – ein virtueller Lebenszyklus über das gesamte Wertschöpfungsnetzwerk.

Hermann Stark, Geschäftsführer der VAF GmbH, berichtet über die besonderen Herausforderungen, die der Bau von Brennstoffzellen für produzierende Unternehmen beinhaltet: „Bei der Brennstoffzelle ist ein wesentlicher Punkt, die Bauteile passgenau übereinander zu bringen. Gefragt ist präzise und absolut verlässliche Genauigkeit, um die Dichtungen einzuhalten und um die bipolare Platte und die MEA nicht zu beschädigen. Mit Dassault Systèmes und OMRON haben wir Partner gefunden, die uns in allen Systemen unterstützen, sodass wir eine erfolgreiche Maschine realisieren konnten.“

Philippe Bartissol, Vice President Dassault Systèmes, schließt sich an: „In den vergangenen drei Monaten war die Chemie zwischen VAF, OMRON und Dassault Systèmes einfach unglaublich, und ich freue mich auf die nächsten gemeinsamen Schritte.“

Gemein ist den drei Unternehmen neben ihrer Innovationsfreude auch die Vision einer nachhaltigen Mobilität. Claussnitzer fasst zusammen: „Wir wollen gemeinsam etwas für die Zukunft tun und in erneuerbare Energien investieren. Das war der Haupttreiber, der uns zusammengebracht hat.“ Bartissol ergänzt: „Wir haben alle erkannt, dass wir Wasserstoff in der Mobilitätsindustrie jetzt brauchen. Aber wir müssen die neuen Champions der Wasserstoff-Wertschöpfungsnetze gemeinsam aufbauen.“

Derzeit weiß zwar noch niemand genau, wie die Brennstoffzelle in Zukunft aussehen wird, wie groß sie sein wird oder welche Form sie haben wird. „Doch Flexibilität in die Maschine einzubauen, ist die größte Herausforderung. Zugleich dürfen Geschwindigkeit und Genauigkeit nicht vernachlässigt werden“, sagt Claussnitzer. „Genau auf diesem Gebiet haben wir uns mit unseren Partnern auf den Weg gemacht, und als Team werden wir viele spannende Ansätze für flexiblere und effizientere Produktionsabläufe entwickeln.“