Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »KIMEA«
Die MEA: Das Herz von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
Anlass für das Projekt KIMEA ist die die wachsende Bedeutung von grünem Wasserstoff und die dafür erforderliche Herstellung leistungsfähiger Membran‑Elektroden‑Einheiten (MEA). MEAs bilden die zentrale Komponente von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen, daher entscheidet ihre Qualität über Effizienz, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit der Systeme. Heutige Qualitätssicherungsverfahren – vor allem die Messung vollständiger I‑V‑Kennlinien, also der charakteristischen Kurven von Strom über Spannung, sind zeitintensiv, laborgebunden und in der Massenproduktion nicht praktikabel. Dadurch entstehen Qualitätsunsicherheiten, Ausschuss und erhöhte Kosten.
Inline‑Qualitätssicherung mithilfe Künstlicher Intelligenz
Ziel des Projekts ist ein KI‑gestütztes Inline‑Qualitätssicherungssystem, das anhand von Prozess-, Sensor- und Maschinendaten automatisiert die spätere elektrochemische Leistung einer MEA prognostiziert. Minderwertige Produkte werden dann bereits während der Fertigung erkannt und ausgeschleust. Die Qualitätssicherung wird mithilfe eines Edge‑Device, einem lokalen Industriecomputer an der Anlage, umgesetzt, das sich nicht nur in neue, sondern auch in bestehende Anlagen integrieren lässt – unabhängig von Steuerungshersteller oder Anlagentyp.
Unterstützung durch ein integriertes Sprachmodell
Ein LLM‑basiertes Sprachmodell soll die komplexen Prozessdaten auswerten und das Maschinenpersonal unterstützen, indem es Handlungsempfehlungen auf Anfrage bereitstellt. Durch leicht verständliche Angaben erleichtert das System die Bedienung in der Produktionsumgebung.
Validierung der KI mit realen Maschinendaten
Für die Entwicklung der KI generiert das Fraunhofer IPT an einer Versuchsanlage umfangreiche, strukturierte Datensätze und verknüpft diese mit real gemessenen Leistungswerten. Nach Training und Integration von KI und Sprachmodell erfolgt eine schrittweise Validierung – zunächst an der Versuchsanlage des Instituts, danach im realen Produktionsumfeld beim Projektpartner Laufenberg.
Übertragbarkeit auf verschiedene Produktionsbedingungen
Die Partner im Projekt untersuchen systematisch, inwieweit die KI‑Modelle sich auch auf weitere Anlagenkonfigurationen, Produktionsbedingungen und Tintenarten übertragen lassen. So entsteht ein flexibles und breit einsetzbares Qualitätssicherungssystem.
Das Fraunhofer IPT ist Koordinator des Projekts KIMEA und stellt mit seiner MEA-Fertigungsanlage die zentrale Infrastruktur zur Datenerfassung bereit. Es entwickelt die Umgebung zur Datenerfassung, integriert neue Sensorik und führt automatisierte Versuchsreihen durch, um hochwertige Trainingsdaten für die KI-Modelle zu erzeugen. Außerdem trainiert und evaluiert das Fraunhofer IPT die KI-Modelle und bindet sie ebenso wie das Sprachmodell in die eigene Versuchsanlage ein. Weitere Schritte sind dann die umfassende Validierung des Gesamtsystems und die Integration des Edge-Device vor Ort am Fraunhofer IPT. Zusätzlich untersuchen die Forschenden die Übertragbarkeit der Modelle auf neue Tinten und Produktionsbedingungen.
Projektkonsortium
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
- Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, Aachen
- MT Analytics, Aachen
- Laufenberg GmbH, Krefeld
- Siemens AG, Leipzig
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »KIMEA« wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen des EFRE/JTF-Programms NEXT.IN.NRW gefördert.
Förderkennzeichen: 20801734
Förderprogramm: NEXT.IN.NRW
Projektträger: PTJ Projektträger Jülich