La nouvelle VDA 19 - la propreté technique évolue

Figure 1 : VDA 19 soulève des questions.

Figure 2 : Résultat illustratif de la pondération des besoins industriels lors de la révision du VDA 19 (dans le point thématique « Faiblesses du VDA 19 existant »).

Abbildung 3: Kickoff-Veranstaltung mit 85 Teilnehmern für den Industrieverbund TecSa 2.0.

Figure 4 : La forte influence du contraste et du seuil de gris (ligne rouge) dans la microscopie automatisée entraîne une comparabilité parfois insuffisante des résultats d'analyse : à gauche, capture incomplète d'une particule, à droite, capture complète).

Abbildung 5: Projet de travail en réseau industriel TecSa 2.0 pour la formation de classes de composants afin de faciliter leur attribution claire aux procédés d'extraction.

Figure 6 : Particule tueuse ou non, valeur aberrante ou tendance, une refonte de la réflexion commence lors de l'évaluation des résultats de propreté.

Abbildung 7 : PuriCheck - système de mesure proche de la série pour la surveillance des particules dans les composants et les processus de fabrication.

L'industrie automobile et de la sous-traitance se trouve depuis de nombreuses années « devant les portes de la technologie des salles blanches » en ce qui concerne l'assemblage de sous-ensembles sensibles aux particules. Avec les limites de propreté actuelles, généralement de quelques centaines de micromètres, elle occupe, du point de vue de la technique de la propreté, le vide entre la fabrication en salle blanche et la production conventionnelle non contrôlée. La salle blanche ou la zone propre sont des concepts d'environnement qui ont largement fait leurs preuves ici. Outre la fabrication de composants ou sous-ensembles suffisamment propres sur le plan technique, un autre aspect central de la technique de la propreté dans les réseaux de fournisseurs, aujourd'hui mondiaux, est : le contrôle de la qualité de la propreté, c'est-à-dire la mesure technique de la propreté technique. Depuis plusieurs années, le cadre réglementaire VDA 19 s'est imposé comme norme, dépassant largement les frontières de l'Allemagne. On peut aujourd'hui supposer qu'il existe plus de mille laboratoires où la propreté technique est contrôlée pour assurer la qualité dans la construction automobile.

Une base d'expérience large s'est constituée

Il y a neuf ans, le tout premier cadre réglementaire mondial pour le contrôle de la propreté technique des composants automobiles est apparu (Fig. 1). À l'époque, une étape importante mais aussi audacieuse, car la mesure de particules par la méthode de mesure est une procédure beaucoup plus complexe que, par exemple, le contrôle des caractéristiques géométriques d'un composant, et en même temps, les facteurs influençant la valeur « pollution » sont très variés et répartis tout au long du processus de fabrication ou de développement du produit. L'idée fondamentale du contrôle de la propreté via un processus d'extraction, qui sépare d'abord les particules du test, puis est adapté au composant par des mesures de refroidissement appelées « mesures de décroissance », a fait ses preuves. Parmi les différentes méthodes d'analyse possibles et autorisées, la microscopie automatisée s'est largement imposée, reléguant la gravimétrie, autrefois beaucoup plus courante, à un second plan. Cependant, il existe aussi toute une série de problèmes que le VDA 19, dans sa forme actuelle, n'a pas pu résoudre ou qui n'ont pas encore été abordés. Par ailleurs, le savoir dans le secteur concerné s'est développé ces dernières années en un vaste mais hétérogène patrimoine d'expériences : le moment était venu de réviser le VDA 19.

Le besoin concret

Pour préciser ce besoin de révision et le faire correspondre précisément aux attentes des entreprises concernées, un atelier industriel a été organisé dès 2012 à l'Institut Fraunhofer IPA. Cet atelier ouvert à tous les intéressés a été suivi par 80 participants issus de 56 sites d'entreprises et reflète les besoins des constructeurs automobiles, des sous-traitants et des prestataires de services liés à la technique de la propreté. Le point central de l'événement, en plus de nombreuses présentations de différentes entreprises, était un travail de groupe approfondi en dix sous-groupes, visant à détailler et hiérarchiser les besoins de révision du VDA 19 dans cinq domaines thématiques prédéfinis :

•  Faiblesses du VDA 19 actuel
•  Nouvelles techniques
•  Sécurité au travail
•  Limites de propreté
•  Gestion de la qualité

Un exemple de résultat pour le domaine « Faiblesses du VDA 19 actuel » est illustré dans la figure 2 :

Dans cet exemple, il apparaît que le sous-point « Comparabilité des systèmes de microscopie » a été le plus fortement pondéré avec 34 %. Ce résultat du workshop correspond très bien aux résultats de nombreux essais inter-laboratoires et comparaisons de laboratoires réalisés ces dernières années, qui ont justement révélé cette faible comparabilité des résultats d’analyse microscopique.

Sur la base de ces résultats et de tous les autres issus de l’atelier, le Fraunhofer IPA a élaboré une proposition de projet pour structurer la révision des sujets en cours dans le cadre d’un consortium industriel.

Le consortium industriel TecSa 2.0

Ce consortium industriel, intitulé « Propreté technique (TecSa) 2.0 », a commencé ses travaux lors de la réunion de lancement le 13.12.2012 (Fig. 3). Afin de traiter les sujets en cours, sept constructeurs automobiles, 19 sous-traitants, 15 prestataires ou fabricants d’équipements pour l’analyse de la propreté, ainsi que trois associations se sont regroupés pour un an sous la direction du Fraunhofer IPA. Le travail technique pour discuter des faiblesses du VDA 19 actuel et intégrer de nouvelles thématiques et technologies est organisé en quatre sous-groupes, appelés « Coreteams ». Les thèmes de ces quatre Coreteams — « Extraction », « Analyse », « Limites » et « Escalade » — ainsi que le contenu de chaque réunion de Coreteam, sont basés sur les résultats de l’enquête de besoins issue de l’atelier ouvert. Par ailleurs, des réunions thématiques indépendantes des groupes de travail sont organisées pour traiter des questions de sécurité et de santé, notamment lors de l’extraction avec des solvants ; un sujet qui a été fortement mis en avant par le nouveau profil professionnel « Inspecteur en technique de la propreté ».

Le but commun

Malgré la grande diversité des sujets à traiter, à discuter et à harmoniser, l’objectif est de finaliser les travaux de révision dans un délai de 18 mois afin de poser les bases d’un document consensuel, qui sera soumis au VDA QMC et servira de base à une nouvelle version enrichie du VDA Band 19.

La motivation derrière ce travail et l’engagement élevé des partenaires industriels concernés sont :

•  Obtenir une meilleure comparabilité des résultats d’analyse
•  Garantir une meilleure protection de la santé du personnel de contrôle
•  Intégrer de nouvelles mesures ou méthodes d’analyse si un besoin consensuel se fait sentir
•  Proposer des méthodes standardisées pour l’établissement des limites, aspect jusqu’ici absent du VDA 19
•  Décrire des démarches pour la gestion des valeurs de propreté dans la gestion de la qualité, par exemple en cas de dépassement des limites, et les mesures qui en découlent, ce qui dépasse également le cadre actuel du cadre réglementaire.

Le but de cette révision est de continuer à faire évoluer le VDA 19 en un cadre « de l’utilisateur pour l’utilisateur », c’est-à-dire à la fois techniquement compétent, à la pointe de la technologie, mais aussi pratique, c’est-à-dire que sa mise en œuvre et ses coûts, notamment pour les petites entreprises sous-traitantes, restent au centre des préoccupations. La coordination du consortium par un institut neutre, le Fraunhofer IPA de Stuttgart, garantit une recherche de solutions indépendante des intérêts et des fabricants.

La comparabilité est indispensable

Un exemple du travail technique en cours est un regard exemplaire sur le « Coreteam Analyse » : en raison de la forte priorité accordée à la « comparabilité des systèmes de microscopie » (voir Fig. 2), ce point a été le sujet de la première réunion de Coreteam. Deux approches ont été discutées intensément, celles développées ces dernières années dans un groupe de travail sur la propreté à l’huile, sous la direction de BMW et Volkswagen : la première consiste à éviter une surcharge de filtres, et donc le risque que des particules se touchent ou se superposent, rendant leur séparation impossible lors de l’analyse d’image. Une limite maximale de charge du filtre, vérifiée automatiquement par les microscopes, pourrait constituer une approche prometteuse. La deuxième approche concerne un algorithme standardisé pour l’éclairage du filtre d’analyse et la détermination du seuil de gris, deux points ayant une influence importante sur le nombre et la taille des particules mesurées sur le filtre (voir Fig. 4). La discussion approfondie de ces sujets a révélé un potentiel très élevé pour leur application dans le domaine de la technique de la propreté, ce qui a permis d’élaborer une proposition qui sera intégrée dans le chapitre correspondant du VDA 19.

Un autre problème lié à la comparabilité des résultats d’analyse de la propreté des composants est la « liberté des paramètres d’extraction ». Non seulement les paramètres tels que le débit volumique ou la puissance ultrasonore, mais aussi le choix de la méthode d’extraction elle-même (injection, ultrason, rinçage ou agitation), restent jusqu’à présent entièrement laissés à la discrétion de l’utilisateur. Afin d’établir une matrice de décision pour la VDA 19 révisée, permettant à l’utilisateur de choisir la méthode d’extraction la plus adaptée à sa tâche, une évaluation approfondie a été menée dans le cadre du sous-groupe « Extraction ». Les 40 participants à la réunion de travail ont eu pour tâche d’évaluer, en une heure, 50 composants différents en fonction de la méthode d’extraction appropriée. La sélection s’est faite en collant des points de différentes couleurs sur les composants (voir Fig. 5). Ce qui peut sembler, à première vue, une animation de groupe sur un navire de croisière, illustre en réalité l’un des grands avantages de la révision dans un consortium industriel. Grâce au travail commun de 40 experts en propreté, un aperçu a été généré en seulement une heure, ce qui aurait autrement nécessité plusieurs mois de réflexion, de questionnaires et de discussions spécialisées pour être réalisé. Le résultat de cette analyse est la classification des pièces automobiles en huit groupes (selon leur taille, complexité et position des surfaces sensibles à la propreté), qui peuvent être associées à certaines méthodes d’extraction ou à une combinaison de plusieurs méthodes.

Le « particule tueur » remis en question

Outre de nombreux points importants figurant dans la liste des révisions, un sujet ressort particulièrement, car il n’était pas inclus dans le VDA 19 actuel : l’établissement des limites et les mesures en cas de dépassement. Lorsqu’il y a plus de dix ans, on a commencé à discuter de la technique de la propreté et à poser les bases du VDA 19 actuel, le terme « particule tueuse » — une terminologie provenant de l’industrie des semi-conducteurs — a été intégré dans le monde de la qualité automobile (voir Fig. 6). L’idée derrière était simple et logique : une particule de saleté dépassant une taille critique et située à un endroit sensible d’un système fluide dans une voiture entraîne inévitablement une défaillance, « tuant » le système, par exemple en bloquant une valve ou en obstruant une injection. La conséquence en était des limites de propreté très strictes, tant dans la formulation que dans la réaction en cas de dépassement. Si, dans une limite de propreté, la taille maximale autorisée d’une particule était de 200 µm, alors toute particule plus grande était considérée comme une particule tueuse, entraînant un résultat « non conforme » pour le composant testé — la charge du lot concerné était bloquée ou une installation de nettoyage industriel n’était pas acceptée.

Aujourd’hui, avec l’expérience de milliers d’analyses de propreté, un changement de perspective s’est produit chez les principaux constructeurs automobiles Audi, BMW, Daimler, Porsche et Volkswagen, qui participent activement au consortium TecSa 2.0. La raison en est deux points, qui ont été mis en évidence ces dernières années dans le domaine du développement et de la qualité :

•  Contrairement à d’autres dimensions de qualité, comme le diamètre d’un trou ou une autre mesure, les particules de saleté ne sont pas fabriquées intentionnellement avec une longueur spécifique, mais apparaissent, par exemple, lors du traitement avec une grande dispersion. Un usinage en série, par exemple, ne peut pas être maîtrisé de façon à ce que les copeaux ne dépassent pas une longueur précise de 200 µm. De même, le traitement de l’eau et la filtration dans les installations de nettoyage ne sont jamais aussi précis et séparateurs.

•  D’un autre côté, il a été montré que les systèmes dans une voiture ne tombent pas toujours immédiatement en panne lorsqu’une particule ne répond pas à la spécification de propreté, même si la probabilité de défaillance augmente. Dans un système hydraulique avec des valves qui s’ouvrent et se ferment, il ne suffit pas seulement que la taille de la particule soit appropriée, mais aussi que l’emplacement et le moment soient corrects pour provoquer un blocage.

Dans le cadre du consortium TecSa 2.0, deux sous-groupes, appelés « Coreteams », discutent intensément de la façon dont ces points peuvent être pris en compte de manière appropriée dans les spécifications de propreté et les plans d’action. Il est déjà certain que, dans la version révisée du VDA 19, de nouveaux chapitres ou passages sur ce sujet seront inclus.

Une compréhension est demandée

Cela ne signifie pas que la maîtrise de la technique de la propreté technique devient moins importante, bien au contraire : de plus en plus de systèmes et de composants sont soumis à des exigences de propreté, mais la perspective sur le sujet évolue quelque peu. Alors qu’auparavant, dans la relation client-fournisseur, les discussions sur le « dernier micron » étaient souvent peu constructives, à l’avenir, la compréhension et le contrôle de l’état de propreté des processus et des chaînes de processus seront davantage au centre des préoccupations. Les analyses en laboratoire, très précises mais aussi longues, coûteuses et retardant le processus, selon la méthode VDA 19, ne pourront plus suffire. De nouveaux systèmes de surveillance des particules, rapides et peu coûteux, qui ne nécessitent pas forcément la même précision élevée mais peuvent être déployés directement en production ou à proximité, seront nécessaires.

Une approche technologique développée par le Fraunhofer IPA à Stuttgart, appelée « PuriCheck », acquiert une importance industrielle accrue avec cette nouvelle tendance (Fig. 7). L’idée, qui consiste à capturer les particules dans le flux de média à l’aide d’un tamis d’analyse, puis à mesurer leur taille via une caméra intégrée et un traitement d’image, a déjà fait ses preuves dans plusieurs applications pilotes. Un potentiel supplémentaire réside dans la modernisation des chambres d’extraction pour la détermination de la propreté des composants, comme cela sera présenté lors de parts2clean cette année. Ainsi, l’extraction et l’analyse microscopique peuvent être effectuées en une seule opération, ce qui permet par exemple d’augmenter considérablement la taille de l’échantillon lors de l’analyse de la propreté. Le système est actuellement en cours de développement final par la société Nägele Mechanik, une PME souabe qui gère depuis de nombreuses années des projets liés aux questions de particules dans l’industrie automobile. Pour le directeur de l’entreprise, Ulf Nägele, l’objectif est clair : « Je vois avec ce produit une excellente opportunité de mesurer la propreté, une grandeur de qualité, dans l’industrie automobile et de la sous-traitance, non seulement en laboratoire, mais aussi en production. La priorité dans les étapes actuelles de développement est la robustesse de la conception. Seul un système de capteurs fiable et facile à utiliser sera accepté dans l’industrie. »

Près de la finalisation

Les travaux techniques dans le cadre du consortium TecSa 2.0 approchent de leur achèvement. Une première version du nouveau cadre réglementaire sera présentée aux participants du consortium fin juin 2014. Après la phase dite « version jaune », qui devrait commencer en septembre 2014, et après traitement d’éventuelles remarques lors de la phase « version rouge », la sortie officielle de la nouvelle VDA 19 est prévue pour début 2015. Déjà le 28.10.2014, le Fraunhofer IPA présentera lors d’un événement ouvert à tous les intéressés le contenu détaillé de la norme révisée, en dehors du cadre du consortium.