Nový VDA 19 – technická čistota se dále rozvíjí

Obrázek 1: VDA 19 ponechává otázky nezodpovězené.

Obrázek 2: Příklad výsledku při vážení průmyslové poptávky při revizi VDA 19 (v tématu „Slabiny stávajícího VDA 19“).

Obrázek 3: Zahájení akce s 85 účastníky pro průmyslové sdružení TecSa 2.0.

Obrázek 4: Velký vliv kontrastu a šedé hodnoty prahu (červená čára) při automatizované mikroskopii vede k částečně nedostatečné srovnatelnosti výsledků analýzy: vlevo neúplné zachycení částice, vpravo úplné zachycení).

Obrázek 5: Projektová práce v průmyslové skupině TecSa 2.0 na tvorbu tříd dílů pro jasné přiřazení k extrakčním metodám.

Obrázek 6: Killer částice nebo ne, odchylka nebo trend, při hodnocení výsledků čistoty nastává změna myšlení.

Obrázek 7: PuriCheck - sériově kompatibilní měřicí systém pro sledování částic v součástech a výrobních procesech.

Automobilový a dodavatelský průmysl již mnoho let stojí v oblasti montáže citlivých sestav na částice „před branami čistírenské techniky“. S dnešními limity čistoty, které se pohybují většinou kolem několika stovek mikrometrů, zaujímá z pohledu techniky čistoty mezeru mezi výrobou v čistých prostorách a konvenční, nekontrolované výrobní prostředí. Čistý prostor nebo čistá zóna jsou koncepty prostředí, které se zde široce prosadily. Kromě výroby dostatečně technicky čistých dílů nebo sestav hraje v rozsáhlých, dnes globálních dodavatelských sítích další aspekt techniky čistoty klíčovou roli: kontrola kvality čistoty, tj. měřítkové zaznamenávání technické čistoty. Zde se již léta osvědčil soubor norem VDA 19 jako standard, který přesahuje hranice Německa. Dnes lze předpokládat, že v více než tisíci laboratořích se technická čistota zkoumá jako součást zajištění kvality v automobilovém průmyslu.

Vytvořila se široká zkušenostní základna

Už devět let uplynulo od vydání prvního celosvětového souboru norem pro kontrolu technické čistoty automobilových komponent (obr. 1). Tehdy to byl důležitý, ale také odvážný krok, neboť měřítkové zaznamenávání částic je podstatně složitější než například kontrola geometrických vlastností dílů, a zároveň faktory ovlivňující hodnotu „znečištění“ jsou velmi rozmanité a rozprostírají se přes celý proces výroby nebo vývoje produktu. Základní myšlenka kontroly čistoty prostřednictvím extrakčního procesu, který nejprve odděluje částice od zkušebního dílu a který je pomocí tzv. kalibračních měření přizpůsoben konkrétnímu dílu, se osvědčila. U různých možných a povolených analytických metod se do značné míry etablovala automatizovaná mikroskopie, zatímco dříve mnohem častější gravimetrie ustoupila do pozadí. Existuje však i řada problémů, které se v současné podobě normy VDA 19 nepodařilo vyřešit nebo které dosud nejsou obsaženy. Současně se v dotčeném odvětví za poslední roky rozvinulo široké, ale nejednotné zkušenostní bohatství: Čas na revizi normy VDA 19 byl tedy již dávno.

Konkrétní potřeba

Pro konkretizaci této potřeby revize a přesné sladění s požadavky dotčených firem již v roce 2012 proběhl na Fraunhofer IPA průmyslový workshop. Tento otevřený workshop pro všechny zájemce navštívilo 80 účastníků z 56 firemních míst, a odráží potřeby výrobců automobilů, dodavatelů i služebních firem týkajících se technické čistoty. Hlavním tématem akce, vedle řady přednášek z různých firem, byla rozsáhlá skupinová práce v deseti samostatných skupinách s cílem podrobněji analyzovat a stanovit priority pro potřebu revize normy VDA 19 v pěti vymezených oblastech:

•  Slabiny stávající VDA 19
•  Nové techniky
•  Bezpečnost práce
•  Limity čistoty
•  Systém řízení kvality

Na obrázku 2 je exemplárně uveden výsledek pro oblast „Slabiny stávající VDA 19“:

V tomto příkladu je patrné, že nejvyšší váhu měla podčást „Srovnatelnost mikroskopických systémů“ s 34 %. Tento výsledek workshopu se velmi dobře shoduje s výsledky řady kolektivních zkoušek a laboratorních srovnání, které byly v posledních letech provedeny a které právě odhalily nedostatečnou srovnatelnost mikroskopických výsledků analýz.

Na základě těchto a všech dalších výsledků workshopu byl od Fraunhofer IPA navržen projekt, jehož cílem je strukturovat nadcházející témata revize v rámci průmyslového konsorcia.

Průmyslové sdružení TecSa 2.0

Toto průmyslové sdružení s názvem „Technická čistota (TecSa) 2.0“ zahájilo svou činnost 13.12.2012 na úvodní schůzi (obr. 3). Aby bylo možné řešit nadcházející témata, spojilo se na jeden rok pod vedením Fraunhofer IPA celkem sedm výrobců OEM, 19 dodavatelských firem, 15 služebních nebo výrobních firem zaměřených na analýzu čistoty a tři svazy. Práce odborných skupin, které se zabývají slabinami stávající normy VDA 19 a začleňováním nových témat a technologií, probíhá ve čtyřech podskupinách, tzv. core týmech. Témata těchto čtyř core týmů „Extrakce“, „Analýza“, „Limity“ a „Eskalace“ a obsah jednotlivých setkání vycházejí opět z výsledků zjišťování potřeb z otevřeného workshopu. Dále existují tematická setkání nezávislá na pracovních skupinách, například k otázkám bezpečnosti a zdraví, zejména při extrakci rozpouštědly; toto téma je nyní díky novému profesnímu oboru „Inspektor technické čistoty“ velmi aktuální.

Společný cíl

Navzdory velké rozmanitosti témat, která je třeba zpracovat, diskutovat a sjednotit, je cílem dokončit práce na revizi do 18 měsíců tak, aby byla položena základna pro dokument, který bude možné schválit konsensem, a který bude předložen VDA QMC a poslouží jako základ pro novou, přepracovanou a rozšířenou verzi VDA Band 19.

Motivace k této práci a vysoké nasazení zapojených průmyslových partnerů je:

•  Zvýšit srovnatelnost výsledků analýz
•  Zajistit lepší ochranu zdraví inspektorů
•  Zařadit do normy nové měřicí metody nebo analytické postupy, pokud bude existovat konsensuální potřeba
•  Ukázat sjednocené způsoby stanovování limitů, což je aspekt, který v normě VDA 19 dosud chybí
•  Popisovat postupy při nakládání s hodnotami čistoty, například při překročení limitů a následných opatřeních, což přesahuje dosavadní rozsah normy.

Hlavním cílem této revize je dále rozvíjet normu VDA 19 jako „normu od uživatele pro uživatele“, tedy tak, aby byla jak odborně kompetentní a technologicky aktuální, tak i praktická, tj. aby její implementace a náklady, zvláště i z pohledu menších dodavatelských firem, byly stále v centru pozornosti diskusí. Koordinaci sdružení zajišťuje neutrální instituce, Fraunhofer IPA ve Stuttgartu, která zaručuje nezávislé hledání řešení.

Srovnatelnost je nezbytná

Příklad aktuální odborné práce může poskytnout ilustrativní pohled do core týmu „Analýza“: Vzhledem k vysoké prioritě „Srovnatelnosti mikroskopických systémů“ (viz obr. 2) byl tento bod tématem prvního setkání core týmu. Intenzivně se zde diskutovaly dva přístupy, které byly v posledních letech vyvinuty v pracovní skupině zaměřené na olejovou čistotu pod vedením BMW a Volkswagenu: První je prevence příliš vysokého zatížení filtrů a tím i rizika, že se částice dotknou nebo překryjí, což by znemožnilo jejich rozlišení při mikroskopické analýze. Zde by mohl být slibný přístup maximální povolené zatížení filtru, které se automaticky kontroluje pomocí mikroskopů. Druhý přístup se týká sjednoceného algoritmu pro osvětlení analytického filtru a stanovení prahové hodnoty šedé úrovně, což jsou faktory, které mají velký vliv na počet a velikost měřených částic na filtru (viz obr. 4). Intenzivní diskuse na toto téma odhalila velký potenciál obou přístupů pro použití v oblasti technické čistoty, a proto bude na jejich základě vypracován návrh, který bude začleněn do příslušné kapitoly normy VDA 19.

Dalším problémem srovnatelnosti výsledků analýz čistoty dílů je „svoboda extrakčních parametrů“. Nejen parametry jako průtok nebo intenzita ultrazvuku, ale již samotný výběr extrakční metody (injekční stříkačky, ultrazvuk, proplachování nebo třepání) je zatím plně v rukou uživatele. Aby bylo možné vytvořit pro přepracovanou normu VDA 19 rozhodovací matici, která by uživateli umožnila vybrat vhodnou extrakční metodu pro jeho zkušební úlohu, byla v rámci podskupiny „Extrakce“ provedena rozsáhlá hodnocení. 40 účastníků pracovního setkání dostalo za úkol během hodiny ohodnotit 50 různých dílů z hlediska vhodnosti extrakční metody. Výběr byl proveden pomocí nalepení různobarevných bodů na díly (viz obr. 5). Co na první pohled může připomínat skupinovou aktivitu na výletní lodi, ukazuje jednu z výjimečných výhod revize v průmyslovém sdružení. Díky společné práci 40 expertů na čistotu bylo během hodiny možné získat přehled, který by jinak trval několik měsíců na základě úvah, dotazníků a odborných diskuzí. Výsledkem této analýzy je rozdělení automobilových dílů do osmi skupin (podle velikosti, složitosti a umístění relevantních ploch), které lze přiřadit určitým extrakčním metodám nebo jejich kombinacím.

„Killer částice“ je předmětem zkoumání

Kromě mnoha důležitých bodů na seznamu revizí je jedna tématika zvlášť výrazná, která v dosavadní normě VDA 19 chyběla: tvorba limitů a opatření při jejich překročení. Když před více než deseti lety začaly diskuse o technické čistotě a byly položeny základy dnešní normy VDA 19, byl pojem „killer částice“ – terminologie pocházející z polovodičového průmyslu – převzat do světa kvality automobilového průmyslu (viz obr. 6). Myšlenka za tímto pojmem byla jednoduchá a jasná: Špinná částice, která překročí kritickou velikost a nachází se na citlivém místě fluidního systému v automobilu, nevyhnutelně způsobí poruchu a „zabije“ systém, například zablokováním ventilu nebo ucpáním vstřikovače. Výsledkem byly limity čistoty, které byly jak z hlediska formulace, tak z reakce na překročení velmi přísné. Pokud byl v limitu maximální povolený počet částic 200 µm, pak každá větší částice byla jednoznačně považována za killer částici a vedla k negativnímu záznamu u zkoušeného dílu – byla uzavřena šarže nebo nebyla přijata průmyslová čistící linka.

Dnes, s poznatky z tisíců analýz čistoty, došlo u předních výrobců automobilů Audi, BMW, Daimler, Porsche a Volkswagen, kteří se aktivně účastní průmyslového sdružení TecSa 2.0, k posunu v myšlení. Důvody jsou dva, které se v posledních letech dostaly do povědomí vývojářů a odpovědných za kvalitu:

•  Na rozdíl od jiných kvalitativních veličin, například průměru otvoru nebo jiné rozměrové tolerance, nejsou špinné částice cíleně vyráběny s určitým délkovým rozsahem, ale například při obrábění vznikají s velkým rozptylem. Obrábění ve velkosériové výrobě například nelze tak přesně řídit, aby vznikaly pouze částice do délky přesně 200 µm. Také čištění a filtrace v čisticích zařízeních nikdy nejsou tak přesné a rozlišovací.

•  Na druhé straně se ukázalo, že systémy v automobilu nezahynou ihned a nutně, když se v systému nachází jednotlivá částice, která nesplňuje specifikaci čistoty, i když se zvyšuje pravděpodobnost poruchy. V hydraulickém systému s otevíracími a zavíracími ventily musí být kromě velikosti částice také správné umístění a čas, aby došlo ke zablokování.

V rámci průmyslového sdružení TecSa 2.0 se ve dvou podskupinách, tzv. core týmech, intenzivně diskutuje, jak tyto aspekty vhodně začlenit do specifikací čistoty a reakcí na jejich překročení. Je jisté, že v upravené normě VDA 19 budou obsaženy nové kapitoly nebo pasáže věnované právě této problematice.

Požadavek na porozumění

To však neznamená, že by řízení technické čistoty bylo méně důležité; naopak, stále více systémů a dílů je opatřeno požadavky na čistotu, jen se trochu mění pohled na toto téma. Zatímco v minulosti často docházelo v rámci vztahu zákazník – dodavatel k nedostatečně konstruktivním diskuzím o „posledním mikrometru“, v budoucnu bude větší důraz kladen na porozumění a kontrolu stavu čistoty procesů a řetězců procesů. Zde mohou pomoci jen velmi přesné, ale také časově a finančně náročné laboratořní analýzy podle VDA 19, které však mají své limity. Nové, rychlé a levné systémy sledování částic, které nemusí dosahovat takové vysoké přesnosti, ale mohou být použity přímo ve výrobě nebo v jejím blízkém okolí, budou nutností.

Technologický přístup, který byl ve Fraunhofer IPA ve Stuttgartu vyvinut pod názvem „PuriCheck“, získává s tímto novým trendem vysokou průmyslovou relevanci (obr. 7). Myšlenka zachytit částice v médiu pomocí filtra a pomocí integrované kamery a zpracování obrazu je již osvědčená v několika pilotních aplikacích. Další potenciál spočívá v dodatečné instalaci extrakčních komor pro stanovení čistoty dílů, jak bude předvedeno na letošní výstavě parts2clean. Tím lze extrakci a mikroskopickou analýzu provádět v jednom kroku a například výrazně zvýšit počet vzorků při analýze čistoty. Systém je nyní ve vývoji k finální komerční podobě firmou Nägele Mechanik, středně velkou švábskou firmou, která již řadu let realizuje projekty týkající se problémů částic v automobilovém průmyslu. Pro vedoucího firmy Ulf Nägele je hlavní: „Vidím v tomto produktu velmi dobrou možnost, jak v automobilovém a dodavatelském průmyslu měřit kvalitu čistoty nejen v laboratoři, ale i přímo ve výrobě. Hlavní důraz při současném vývoji klademe na robustnost konstrukce. Pouze spolehlivý a snadno ovladatelný senzorový systém získá v průmyslu důvěru.“

Těsně před dokončením

Odborné práce v rámci průmyslového sdružení TecSa 2.0 jsou téměř u konce. První návrh nového souboru norem bude představen účastníkům sdružení koncem června 2014. Po tzv. „Žluté tiskové fázi“, která má začít v září 2014, bude následovat po zpracování případných připomínek „Červená tisková fáze“, takže s oficiálním vydáním nové normy VDA 19 lze počítat na začátku roku 2015. Již 28.10.2014 představí Fraunhofer IPA v otevřené akci všem zájemcům podrobnosti o obsahu upraveného standardu mimo rámec průmyslového sdružení.