La nueva VDA 19 - La limpieza técnica evoluciona

Figura 1: VDA 19 deja preguntas abiertas.

Figura 2: Resultado ejemplar de la ponderación de la demanda industrial en la revisión de VDA 19 (en el tema "Debilidades del VDA 19 existente").

Figura 3: Evento de inauguración con 85 participantes para la alianza industrial TecSa 2.0.

Figura 4: La gran influencia del contraste y del umbral de escala de grises (línea roja) en la microscopía automatizada conduce a una comparabilidad a veces insuficiente de los resultados del análisis: a la izquierda, captura incompleta de una partícula, a la derecha, captura completa).

Figura 5: Trabajo en proyecto en la alianza industrial TecSa 2.0 para la formación de clases de componentes para una asignación clara a los procedimientos de extracción.

Figura 6: ¿Partícula asesina o no, desviación o tendencia, al evaluar los resultados de limpieza comienza a haber un cambio de mentalidad.

Figura 7: PuriCheck - sistema de medición cercano a la serie para la monitorización de partículas en componentes y procesos de fabricación.

La industria automotriz y de proveedores lleva muchos años «delante de las puertas de la tecnología de salas limpias» en el ámbito del montaje de conjuntos sensibles a partículas. Con los límites de limpieza actuales, que suelen ser de unos pocos cientos de micrómetros, desde la perspectiva de la tecnología de la limpieza, ocupa la brecha entre la fabricación en salas limpias y la producción convencional, no controlada. La sala limpia o la zona limpia son conceptos ambientales que aquí se han establecido ampliamente. Además de la fabricación de componentes o conjuntos suficientemente limpios desde el punto de vista técnico, en las redes de suministro globales que se han extendido mucho, otro aspecto central de la tecnología de limpieza es: la comprobación de la calidad de limpieza, es decir, la medición técnica de la limpieza técnica. Desde hace años, el marco normativo VDA 19 se ha establecido como estándar, y esto va mucho más allá de las fronteras de Alemania. Hoy en día, se puede suponer que hay más de mil laboratorios donde se comprueba la limpieza técnica como garantía de calidad en la fabricación de automóviles.

Se ha creado una amplia base de experiencia

Hace nueve años, apareció el primer marco normativo integral a nivel mundial para la comprobación de la limpieza técnica de componentes automotrices (Fig. 1). En aquel entonces, fue un paso importante y también valiente, ya que la medición de partículas es un procedimiento mucho más complejo que, por ejemplo, la comprobación de características geométricas de componentes, y a la vez, los factores que determinan el valor de «contaminación» son muy diversos y están presentes en todo el proceso de fabricación o desarrollo del producto. La idea básica de comprobar la limpieza mediante un proceso de extracción, que primero separa las partículas de la pieza de prueba y que se ajusta a la pieza mediante mediciones de enfriamiento, ha demostrado ser muy efectiva. Entre los diferentes métodos de análisis posibles y permitidos, la microscopía automatizada se ha establecido en gran medida, desplazando en gran medida la gravimetría, que antes era mucho más frecuente. Sin embargo, también existen varios problemas que no pudieron resolverse con el VDA 19 en su forma actual, o temas que aún no están incluidos. Al mismo tiempo, en el sector afectado, en los últimos años, se ha desarrollado un conocimiento amplio pero heterogéneo: era momento de revisar el VDA 19.

La necesidad concreta

Para concretar esta necesidad de revisión y compararla exactamente con las necesidades de las empresas afectadas, ya en 2012 se realizó en el Fraunhofer IPA un taller industrial. Este taller abierto a todos los interesados fue asistido por 80 participantes de 56 sedes de empresas y refleja las necesidades de fabricantes de automóviles, proveedores y servicios relacionados con la limpieza técnica. El foco del evento, además de numerosas presentaciones de diferentes empresas, fue un trabajo en grupo extenso en diez subgrupos, con el objetivo de detallar y priorizar la necesidad de revisión del VDA 19 en cinco áreas temáticas predeterminadas:

•  Debilidades del VDA 19 actual
•  Nuevas técnicas
•  Seguridad laboral
•  Límites de limpieza
•  Gestión de calidad

En la figura 2 se muestra un ejemplo de resultado para el área temática «Debilidades del VDA 19 actual»:

En este ejemplo, se observa que el apartado «Comparabilidad de sistemas de microscopía» fue ponderado con un 34 %, siendo el más importante. Este resultado del taller coincide muy bien con los resultados de numerosos ensayos de comparación y laboratorios realizados en los últimos años, que revelaron precisamente esa comparabilidad deficiente de los resultados de análisis microscópicos.

Basándose en estos y otros resultados del taller, el Fraunhofer IPA elaboró una propuesta de proyecto para estructurar los temas de revisión pendientes en el marco de una red industrial.

La red industrial TecSa 2.0

Esta red industrial, titulada «Limpieza técnica (TecSa) 2.0», inició sus actividades con la reunión de lanzamiento el 13.12.2012 (Fig. 3). Para abordar los temas pendientes, unieron sus fuerzas durante un año siete fabricantes de equipos originales (OEMs), 19 proveedores, 15 servicios o fabricantes de equipos para análisis de limpieza, y tres asociaciones, bajo la dirección del Fraunhofer IPA. El trabajo técnico para discutir las debilidades del VDA 19 actual y la integración de nuevos temas y tecnologías se realiza en cuatro subgrupos de trabajo, llamados «core teams». Los temas de estos cuatro core teams —«Extracción», «Análisis», «Límites» y «Escalada»— y el contenido de las reuniones de estos equipos se basan en los resultados de la identificación de necesidades del taller abierto. Además, existen reuniones temáticas independientes de los grupos de trabajo sobre cuestiones de seguridad y salud, en particular en la extracción con disolventes; un tema que ha cobrado gran importancia con la nueva figura profesional de «Inspector de limpieza técnica».

El objetivo común

A pesar de la gran variedad de temas que hay que tratar, discutir y unificar, el objetivo es concluir los trabajos de revisión en 18 meses, de modo que se establezca la base para un documento con consenso, que se presentará al VDA QMC y que servirá como base para una nueva y ampliada edición del VDA Band 19.

La motivación para este trabajo y el alto compromiso de los socios industriales es:

•  Lograr una mayor comparabilidad de los resultados de análisis
•  Garantizar una mejor protección de la salud del personal de inspección
•  Incorporar nuevas magnitudes de medición o métodos de análisis si existe una necesidad consensuada
•  Mostrar caminos unificados para la elaboración de límites, un aspecto que no está incluido en el VDA 19 hasta ahora
•  Describir procedimientos para gestionar los valores de limpieza en la gestión de calidad, por ejemplo, en casos de superación de límites y las medidas correspondientes, lo cual va más allá del alcance actual del marco normativo.

El objetivo en esta revisión es desarrollar el VDA 19 como un marco normativo «de usuario para usuario», que sea técnico y tecnológicamente actualizado y también orientado a la práctica, es decir, que tenga en cuenta la viabilidad y los costes, especialmente desde la perspectiva de pequeñas empresas proveedoras. La coordinación de la red, a cargo del Instituto neutral Fraunhofer IPA en Stuttgart, garantiza una búsqueda de soluciones independiente de intereses y fabricantes.

La comparabilidad es imprescindible

Un ejemplo del trabajo técnico en curso será una visión ejemplar del «core team» de «Análisis»: debido a la alta prioridad del apartado «Comparabilidad de sistemas de microscopía» (ver Fig. 2), este fue el tema de la primera reunión del core team. Aquí se discutieron intensamente dos enfoques que en los últimos años se desarrollaron en un grupo de trabajo sobre limpieza con aceite, dirigido por BMW y Volkswagen: El primero es evitar una carga excesiva de filtros y, en consecuencia, el riesgo de que las partículas se toquen o se superpongan, impidiendo que la imagen sea procesada correctamente por el microscopio. Aquí, una carga máxima permitida en la superficie del filtro, revisada automáticamente por los microscopios, sería un enfoque prometedor. El segundo se refiere a un algoritmo unificado para la iluminación del filtro de análisis y para determinar el umbral de gris, ambos aspectos que influyen significativamente en el conteo y medición de partículas en el filtro de análisis (ver Fig. 4). La discusión intensiva sobre estos temas mostró un potencial muy alto para su aplicación en la tecnología de limpieza técnica, por lo que se elaborará una propuesta que será incluida en el capítulo correspondiente del VDA 19.

Otro problema en la comparabilidad de los resultados de análisis de limpieza de componentes es la «libertad de los parámetros de extracción». Pero no solo los parámetros como caudal o potencia ultrasónica, sino también la elección del método de extracción (jeringas, ultrasonidos, enjuagues o agitación), que hasta ahora queda totalmente a discreción del usuario. Para crear una matriz de decisión para la revisión del VDA 19 que permita al usuario escoger el método de extracción adecuado para su tarea, en el marco del subgrupo «Extracción» se realizó una evaluación exhaustiva. Los 40 participantes en la reunión recibieron la tarea de evaluar en una hora 50 componentes diferentes respecto al método de extracción más adecuado. La selección se hizo colocando puntos de diferentes colores en los componentes (ver Fig. 5). Aunque a primera vista pueda parecer una actividad grupal de entretenimiento en un crucero, en realidad muestra una de las ventajas destacadas de la revisión en una red industrial: gracias al trabajo conjunto de 40 expertos en limpieza, en solo una hora se generó una visión general que normalmente tomaría meses, basada en consideraciones, cuestionarios y discusiones especializadas. El resultado de este análisis fue la clasificación de las piezas automotrices en ocho grupos (según tamaño, complejidad y ubicación de las superficies relevantes para la limpieza), que pueden asignarse a diferentes métodos de extracción o combinaciones de estos.

Se cuestiona el «partícula asesina»

Además de muchos puntos importantes en la lista de revisiones, destaca un tema que no estaba incluido en el VDA 19 actual: la elaboración de límites y las acciones ante su superación. Cuando hace más de diez años se iniciaron las discusiones sobre limpieza técnica y se sentaron las bases para el VDA 19 actual, se adoptó el término «partícula asesina» —una terminología que proviene de la industria de semiconductores— en el mundo de la calidad automotriz (ver Fig. 6). La idea era simple y convincente: una partícula de suciedad que supera un tamaño crítico y se encuentra en un lugar sensible de un sistema de fluidos en el automóvil, provocará ineludiblemente una falla y «matará» el sistema, por ejemplo, bloqueando una válvula o tapando una boquilla de inyección. Los límites de limpieza establecidos eran muy estrictos, tanto en su formulación como en la reacción ante superaciones. Por ejemplo, si un límite de limpieza permitía un máximo de 200 µm de partículas, cualquier partícula mayor sería considerada «partícula asesina» y conduciría a un resultado negativo en la inspección del componente — la partida del lote se bloqueaba o no se aprobaba la limpieza de la pieza.

Hoy, con la experiencia de miles de análisis de limpieza, en los principales fabricantes de automóviles como Audi, BMW, Daimler, Porsche y Volkswagen, que participan activamente en la red TecSa 2.0, se ha producido un cambio de mentalidad. La razón son dos puntos que en los últimos años han tomado conciencia en los desarrolladores y responsables de calidad:

•  A diferencia de otras magnitudes relevantes para la calidad, como el diámetro de un orificio, las partículas de suciedad no se fabrican con una longitud específica, sino que, por ejemplo, en el proceso de fabricación, aparecen con una dispersión grande. Un mecanizado en serie, por ejemplo, no puede controlarse de modo que los virutas tengan exactamente 200 µm de longitud. Tampoco en el tratamiento de aguas y filtración en sistemas de limpieza se logra una separación tan precisa.

•  Por otro lado, se ha demostrado que los sistemas en los automóviles no fallan inmediatamente ni necesariamente cuando hay una partícula que no cumple con las especificaciones de limpieza, aunque la probabilidad de fallo aumenta. En un sistema hidráulico con válvulas que abren y cierran, además del tamaño de la partícula, también el lugar y el momento deben ser adecuados para que se produzca un atasco.

En el marco de la red TecSa 2.0, en dos subgrupos de trabajo —los llamados «core teams»— se discuten intensamente cómo considerar estos puntos en las especificaciones de limpieza y en los planes de reacción. Ya está claro: en la revisión del VDA 19 se incluirán capítulos o apartados nuevos sobre estos temas.

Se requiere comprensión

Pero esto no significa que el control de la limpieza técnica sea menos importante; al contrario, cada vez se exige más a los sistemas y componentes en cuanto a requisitos de limpieza, solo que la perspectiva sobre el tema cambia un poco. En el pasado, en las relaciones cliente-proveedor, muchas veces las discusiones sobre el «último micrómetro» no aportaban mucho, pero en el futuro, la comprensión y el control del estado de limpieza de los procesos y cadenas de procesos serán más prioritarios. Aquí, los análisis de laboratorio, muy precisos pero también largos, costosos y con retrasos, solo ayudan en cierta medida. Se requerirán nuevos sistemas de monitoreo de partículas, rápidos y económicos, que quizás no tengan la misma precisión, pero que puedan usarse en la producción o cerca de ella.

Un enfoque tecnológico desarrollado en el Fraunhofer IPA en Stuttgart, llamado «PuriCheck», adquiere con esta nueva tendencia una gran relevancia industrial (Fig. 7). La idea, capturar partículas en el flujo de medio a través de una malla de análisis y medirlo mediante una cámara integrada y procesamiento de imágenes, ya ha demostrado su eficacia en varias aplicaciones piloto. Además, existe potencial para la actualización de cámaras de extracción para determinar la limpieza de componentes, como se presentará en la feria parts2clean de este año. Así, la extracción y el análisis microscópico pueden realizarse en un solo paso, aumentando significativamente la cantidad de muestras en los análisis de limpieza. La empresa Nägele Mechanik, una pyme de Baden-Württemberg que lleva años trabajando en proyectos relacionados con partículas en la industria automotriz, está desarrollando el sistema hasta su madurez final para el mercado. Para Ulf Nägele, director de la empresa, lo importante es: «Veo en este producto una excelente oportunidad para medir la limpieza, no solo en laboratorios, sino también en la producción, controlando así la calidad. El enfoque principal en los pasos de desarrollo actuales es la robustez del diseño. Solo un sistema de sensores confiable y fácil de usar será aceptado en la industria.»

Casi listo

Los trabajos técnicos en el marco de la red TecSa 2.0 están a punto de finalizar. Se presentará un primer borrador del nuevo marco normativo a los participantes de la red a finales de junio de 2014. Tras la llamada «fase de impresión amarilla», que comenzará en septiembre de 2014, y tras la revisión de posibles aportaciones, se realizará la «impresión roja», y se espera que en principios de 2015 se publique oficialmente la nueva versión del VDA 19. El 28.10.2014, el Fraunhofer IPA presentará en un evento abierto a todos los interesados los contenidos de la versión revisada, fuera del marco de la red.