La fabricación de pilas de combustible de hidrógeno y de electrolizadores es un sector de alto crecimiento en el que las líneas de producción están escalando rápidamente de volúmenes piloto a comerciales.
La implementación de software de OEE en esta etapa del desarrollo de la industria resulta especialmente valiosa porque los procesos de producción todavía se están optimizando, y la monitorización sistemática del OEE acelera el aprendizaje al proporcionar datos objetivos sobre dónde se producen las pérdidas de proceso en lugar de depender de la intuición del operario en un entorno de fabricación relativamente nuevo.
La fabricación de ensamblajes de electrodos de membrana (MEA) para pilas de combustible PEM combina procesos de recubrimiento de precisión (deposición de la capa catalítica, aplicación de la membrana) con pasos de montaje (colocación de la capa de difusión de gas, sellado) que exigen tolerancias estrictas.
La disponibilidad del OEE en la fabricación de MEA está dominada por los cambios planificados entre especificaciones de membrana y por paradas no planificadas debido a defectos de recubrimiento que requieren reiniciar la línea.
Las pérdidas de rendimiento se producen cuando la velocidad de recubrimiento se reduce por debajo de la capacidad nominal para mantener el espesor y la uniformidad del recubrimiento.
El ensamblaje de stacks de electrolizadores, ya sea para tecnología PEM o alcalina, implica la inspección de placas bipolares, el ensamblaje de celdas, la compresión del stack y las pruebas de fugas, pasos que son principalmente manuales o semiautomatizados.
La monitorización del OEE para el ensamblaje de stacks se centra en el cumplimiento de los tiempos de proceso (tiempo real de ensamblaje frente al tiempo estándar según la configuración del stack), las tasas de fallos de calidad en las pruebas de estanqueidad (que identifican problemas
del proceso de ensamblaje antes de que los stacks lleguen a los clientes) y las tasas de daños por manipulación que se producen durante la manipulación del stack antes de la prueba final de presión.
El rendimiento de MEA, la proporción de MEA que pasan los controles de calidad eléctricos y físicos, es la métrica de calidad más importante para los fabricantes de pilas de combustible PEM.
La fabricación de MEA implica materiales costosos (catalizadores basados en metales del grupo del platino, membranas de ácido perfluorosulfónico), donde cada MEA rechazado representa un coste de material significativo además de la pérdida de tiempo de producción.
El seguimiento de la Calidad en el OEE que captura las tasas de rechazo de MEA por tipo de defecto (espesor del recubrimiento, desviación en la carga de catalizador, daño en la membrana, detección de poros) permite mejoras de proceso dirigidas que reducen el desperdicio de material junto con la mejora de la productividad.
El rendimiento de densidad de potencia del conjunto de celdas, la relación entre la potencia real de salida por unidad de volumen del conjunto y el objetivo especificado, es un resultado de calidad que alimenta el componente de Calidad del OEE en las operaciones de ensamblaje de conjuntos de celdas.
Los conjuntos de celdas que superan las pruebas de estanqueidad pero rinden por debajo de la especificación de densidad de potencia representan una pérdida de calidad que solo aparece en las pruebas de rendimiento al final de la línea.
El software de OEE que captura este resultado de calidad al final de la línea junto con las tasas de defectos en proceso proporciona una imagen completa de la calidad que facilita el análisis de la causa raíz de las deficiencias de rendimiento.
A medida que los fabricantes de hidrógeno escalan la producción, la consistencia del tiempo de ciclo se vuelve cada vez más importante.
El seguimiento del Rendimiento en el OEE que captura la distribución de los tiempos de ensamblaje en torno al estándar revela qué operaciones tienen alta variabilidad, y la alta variabilidad en el tiempo de ensamblaje se asocia normalmente con brechas en la formación
inconsistencia en las herramientas o ambigüedad en las especificaciones del proceso que deben resolverse para mantener el rendimiento a volúmenes de producción superiores.
Esta información resulta más valiosa durante las fases de puesta en marcha, donde los primeros datos de OEE orientan las inversiones en estandarización de procesos antes de que la variabilidad se propague a través de múltiples líneas.
Los fabricantes de tecnología de hidrógeno suelen operar a escalas de producción en las que el software OEE diseñado específicamente empieza a ser rentable, pasando del seguimiento manual en Excel o de registros de producción sencillos a un monitoreo estructurado del OEE.
Este punto de transición es donde las decisiones sobre la selección del software OEE tienen el mayor impacto a largo plazo: la plataforma elegida ahora será la que escale con el negocio hasta 10 veces el volumen de producción, y un sistema que requiera una reconfiguración extensa a medida que los procesos de producción maduren supone un coste operativo significativo.
La flexibilidad en la configuración del cálculo del OEE es especialmente importante para los fabricantes de hidrógeno cuyos procesos de producción aún están evolucionando.
La capacidad de redefinir los tiempos de ciclo planificados a medida que se realizan mejoras en el proceso, añadir nuevas categorías de causas de inactividad conforme se descubren nuevos modos de falla, y ajustar las métricas de calidad a medida que se refinan las especificaciones
todo ello sin la intervención del proveedor, es una capacidad crítica para las empresas donde la ingeniería de procesos avanza más rápido de lo que pueden seguir los servicios de implementación o configuración del proveedor.
La integración con sistemas de gestión de la calidad y de trazabilidad es un requisito a corto plazo para los fabricantes de hidrógeno que se dirigen a clientes a escala utility e industriales, que exigirán trazabilidad de componentes y documentación de la calidad de la producción como parte de los acuerdos de suministro.
Un software OEE que mantenga registros de producción con suficiente granularidad para soportar consultas de trazabilidad, vinculando pilas específicas con sus lotes de MEA y las condiciones del proceso de recubrimiento bajo las que fueron fabricadas, posiciona a los fabricantes para cumplir los futuros requisitos de trazabilidad de los clientes sin necesidad de invertir en un sistema separado.
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