Il nuovo VDA 19 - la pulizia tecnica si evolve

Figura 1: VDA 19 lascia molte domande senza risposta.

Figura 2: Risultato esemplificativo sulla ponderazione delle esigenze dell'industria nella revisione di VDA 19 (nel punto tematico "Debolezze dell'attuale VDA 19").

Figura 3: Evento di kickoff con 85 partecipanti per la rete industriale TecSa 2.0.

Figura 4: La grande influenza del contrasto e della soglia di grigio (linea rossa) nell'automazione della microscopia porta a una parziale mancanza di confrontabilità dei risultati dell'analisi: a sinistra rilevamento incompleto di una particella, a destra rilevamento completo).

Figura 5: Lavoro di progetto nel consorzio industriale TecSa 2.0 per la creazione di classi di componenti per una chiara assegnazione ai metodi di estrazione.

Figura 6: Particelle killer o no, outlier o tendenza, nella valutazione dei risultati di pulizia inizia a cambiare il modo di pensare.

Figura 7: PuriCheck - sistema di misurazione di serie per il monitoraggio di particelle in componenti e processi di produzione.

Il settore dell'automobile e dei fornitori è da molti anni «davanti alle porte della tecnologia delle camere bianche» nel campo del montaggio di gruppi sensibili alla particella. Con i limiti di purezza odierni, che sono di solito alcuni centinaia di micrometri, essa occupa, dal punto di vista della tecnologia della purezza, la lacuna tra la produzione in camera bianca e la produzione convenzionale, non controllata. La camera bianca o la zona pulita sono concetti ambientali che si sono affermati ampiamente qui. Oltre alla produzione di componenti o gruppi sufficientemente puliti dal punto di vista tecnico, un altro aspetto della tecnologia della purezza svolge un ruolo centrale nelle reti di fornitori globali molto ramificate di oggi: il controllo della qualità della pulizia, cioè la misurazione tecnica della purezza tecnica. Da anni si è affermato come standard il quadro normativo VDA 19, che va ben oltre i confini della Germania. Oggi si può supporre che siano oltre mille i laboratori in cui si verifica la purezza tecnica come garanzia di qualità nell'industria automobilistica.

È stata creata una vasta base di esperienza

Sono passati nove anni da quando è stato pubblicato il primo quadro normativo mondiale per il controllo della purezza tecnica dei componenti automobilistici (Fig. 1). All'epoca, un passo importante ma anche coraggioso, poiché la misurazione dei particelle è una procedura molto più complessa rispetto, ad esempio, al controllo delle caratteristiche geometriche dei componenti, e allo stesso tempo i fattori che determinano il valore «inquinamento» sono molto vari e si trovano lungo l'intero processo di produzione o di sviluppo del prodotto. L'idea di base di verificare la pulizia tramite un processo di estrazione, che inizialmente separa le particelle dal pezzo da testare e che viene adattato alle singole parti tramite cosiddette misurazioni di raffreddamento, si è dimostrata molto efficace. Tra le varie tecniche di analisi possibili e approvate, la microscopia automatizzata si è ampiamente affermata, relegando in secondo piano la gravimetria, che era molto più diffusa in passato. Tuttavia ci sono anche una serie di problemi che non sono stati risolti dal VDA 19 nella sua forma attuale o che non sono ancora stati trattati. Allo stesso tempo, la conoscenza nel settore interessato si è sviluppata negli ultimi anni in un ampio ma disomogeneo patrimonio di esperienze: era giunto il momento di rivedere il VDA 19.

La necessità concreta

Per precisare questa necessità di revisione e confrontarla esattamente con le esigenze delle aziende interessate, nel 2012 si è svolto presso l'Istituto Fraunhofer IPA un workshop industriale. Questo workshop aperto a tutti gli interessati è stato frequentato da 80 partecipanti provenienti da 56 sedi aziendali e riflette le esigenze di costruttori di automobili, fornitori e servizi legati alla purezza tecnica. Il focus dell'evento, oltre a numerosi interventi di aziende diverse, è stato un ampio lavoro di gruppo in dieci sottogruppi, con l'obiettivo di dettagliare e prioritizzare le necessità di revisione del VDA 19 in cinque aree tematiche predefinite:

•  Debolezze dell’attuale VDA 19
•  Nuove tecniche
•  Sicurezza sul lavoro
•  Limiti di purezza
•  Gestione della qualità

In figura 2 viene illustrato un esempio di risultato per l’area tematica «Debolezze dell’attuale VDA 19»:

In questo esempio si evidenzia che il sotto-punto «Comparabilità dei sistemi di microscopia» è stato valutato con il punteggio più alto, il 34%. Questo risultato del workshop si allinea molto bene con i risultati di numerosi test di confronto e verifiche di laboratorio condotti negli ultimi anni, che hanno evidenziato proprio questa scarsa comparabilità dei risultati delle analisi microscopiche.

Sulla base di questi e di tutti gli altri risultati del workshop, l'Istituto Fraunhofer IPA ha elaborato una proposta di progetto su come strutturare le revisioni necessarie all’interno di un consorzio industriale.

Il consorzio industriale TecSa 2.0

Questo consorzio industriale, intitolato «Purezza tecnica (TecSa) 2.0», ha iniziato i lavori con l’incontro di avvio il 13.12.2012 (Fig. 3). Per affrontare le questioni in sospeso, sette costruttori di automobili, 19 fornitori, 15 aziende di servizi o produttori di apparecchiature per analisi di purezza e tre associazioni si sono uniti sotto la guida dell’Istituto Fraunhofer IPA per un anno. Il lavoro tecnico sulla discussione delle debolezze dell’attuale VDA 19 e sull’integrazione di nuove tematiche e tecnologie si svolge in quattro sottogruppi, chiamati «core team». Le tematiche di questi quattro core team «Estrazione», «Analisi», «Limiti» e «Escalation», così come i contenuti delle singole riunioni, si basano sui risultati della fase di analisi delle esigenze emersa dal workshop aperto. Inoltre, si tengono incontri tematici indipendenti dai gruppi di lavoro, su questioni di sicurezza e salute, in particolare riguardo all’estrazione con solventi; un tema che, grazie alla nuova figura professionale di «Verificatore di Purezza Tecnica», ha acquisito grande importanza.

L’obiettivo comune

Nonostante la vasta gamma di temi da affrontare, discutere e uniformare, l’obiettivo è concludere i lavori di revisione entro 18 mesi, in modo da gettare le basi per un documento condivisibile, che sarà presentato al VDA QMC e servirà come base per una nuova edizione rivista e ampliata del VDA Band 19.

La motivazione di questo lavoro e l’alto impegno dei partner industriali coinvolti sono:

•  Ottenere una maggiore comparabilità dei risultati delle analisi
•  Garantire una migliore tutela della salute del personale di verifica
•  Integrare nuove grandezze di misura o tecniche di analisi, qualora ci fosse un bisogno condiviso
•  Mostrare metodi standardizzati per la definizione dei limiti, un aspetto finora assente nel VDA 19
•  Descrivere procedure per la gestione dei valori di purezza, ad esempio in caso di superamento dei limiti e delle misure conseguenti, andando oltre l’attuale quadro normativo.

L’obiettivo di questa revisione è di sviluppare il VDA 19 come «strumento pratico, pensato dall’utente per l’utente», cioè di mantenerlo competente dal punto di vista tecnico e aggiornato con le tecnologie più recenti, ma anche orientato alla pratica, cioè con un’attenzione particolare alla fattibilità e ai costi, soprattutto per le piccole aziende fornitrici. La coordinazione del consorzio, affidata a un istituto neutrale, il Fraunhofer IPA di Stoccarda, garantisce ancora una volta una soluzione indipendente da interessi e produttori.

L’importanza della comparabilità

Un esempio del lavoro tecnico in corso è uno sguardo esemplificativo al «core team» «Analisi»: a causa della grande priorità assegnata alla «Comparabilità dei sistemi di microscopia» (vedi Fig. 2), questo punto è stato il tema della prima riunione del core team. Sono stati discussi intensamente due approcci sviluppati negli ultimi anni in un gruppo di lavoro sulla pulizia dell’olio, sotto la guida di BMW e Volkswagen: il primo riguarda l’evitare un’eccessiva saturazione del filtro e quindi il rischio che le particelle si tocchino o si sovrappongano, rendendo impossibile la loro distinzione tramite analisi ottica. Un approccio promettente potrebbe essere l’applicazione di una soglia massima di saturazione del filtro, verificata automaticamente dai microscopi. Il secondo riguarda l’uso di un algoritmo standardizzato per l’illuminazione del filtro di analisi e la definizione della soglia di grigi, entrambi fattori che influenzano significativamente il conteggio e la dimensione delle particelle sul filtro (vedi Fig. 4). L’approfondimento della discussione ha evidenziato un elevato potenziale di applicazione di entrambi gli approcci nel campo della tecnologia della purezza tecnica, portando alla proposta di includerli nel capitolo corrispondente del VDA 19.

Un altro problema relativo alla comparabilità dei risultati delle analisi di pulizia dei componenti è la «libertà dei parametri di estrazione». Non sono solo i parametri come portata volumetrica o densità di potenza ultrasonica a essere lasciati completamente all’utente, ma anche la scelta stessa del metodo di estrazione (siringhe, ultrasuoni, risciacqui o scuotimenti). Per creare una matrice decisionale per il VDA 19 rivisto, che aiuti l’utente a scegliere il metodo di estrazione più adatto al suo compito di verifica, nel gruppo di lavoro «Estrazione» è stata condotta una valutazione approfondita. I 40 partecipanti all’incontro hanno ricevuto il compito di valutare, in un’ora, 50 diversi componenti riguardo al metodo di estrazione più idoneo. La selezione è stata fatta applicando punti di diversi colori sui componenti (vedi Fig. 5). Quello che a prima vista può sembrare un’attività di team building su una nave da crociera, rappresenta uno dei grandi vantaggi della revisione in un consorzio industriale. Grazie al lavoro congiunto di 40 esperti di purezza, in un’ora è stato possibile ottenere una panoramica che normalmente richiederebbe mesi di considerazioni, questionari e discussioni specialistiche. Il risultato di questa analisi è la classificazione dei componenti automobilistici in otto gruppi (a seconda di dimensione, complessità e posizione delle superfici rilevanti per la purezza), che possono essere associati a singoli metodi di estrazione o a combinazioni di più tecniche.

Si mette in discussione il «Particolo Killer»

Oltre a molti altri punti importanti in lista di revisione, si evidenzia un tema che finora non era presente nel VDA 19: la definizione dei limiti e le misure da adottare in caso di superamento. Quando, più di dieci anni fa, si iniziò a discutere di purezza tecnica e si gettarono le basi per l’attuale VDA 19, il termine «particolo killer» — una terminologia proveniente dall’industria dei semiconduttori — fu adottato nel mondo della qualità dell’industria automobilistica (vedi Fig. 6). L’idea era semplice e logica: un particella di sporco che supera una dimensione critica e si trova in un punto sensibile di un sistema fluido dell’auto, porta inevitabilmente a un malfunzionamento e «uccide» il sistema, ad esempio bloccando una valvola o ostruendo un iniettore. Di conseguenza, si stabilivano limiti di purezza molto severi, sia nella formulazione che nelle risposte in caso di superamento. Se in un limite di purezza il massimo particella ammesso era di 200 µm, ogni particella più grande era considerata un «particolo killer» e portava a un risultato negativo per il componente testato — il lotto del componente interessato veniva bloccato o non si approvava un impianto di pulizia industriale.

Oggi, con l’esperienza di migliaia di analisi di purezza, le principali case automobilistiche Audi, BMW, Daimler, Porsche e Volkswagen, che partecipano attivamente al consorzio TecSa 2.0, hanno maturato un nuovo approccio. Le ragioni sono due punti che negli ultimi anni sono diventati centrali per sviluppatori e responsabili della qualità:

•  A differenza di altre grandezze di qualità, come il diametro di un foro o altre misure, le particelle di sporco non vengono prodotte con una lunghezza specifica, ma si presentano con una distribuzione ampia, ad esempio durante le lavorazioni. La lavorazione meccanica in produzione di serie, come esempio, non può essere controllata in modo che le trucioli abbiano sempre una lunghezza esattamente di 200 µm. Anche il trattamento e la filtrazione nei sistemi di pulizia non sono mai così precisi e selettivi.

•  D’altra parte, si è visto che i sistemi dell’auto non si guastano sempre immediatamente e necessariamente se nel sistema si trova una particella che non rispetta le specifiche di purezza, anche se la probabilità di guasto aumenta. In un sistema idraulico con valvole che si aprono e si chiudono, non basta la dimensione della particella, ma anche il luogo e il momento devono essere appropriati per provocare un inceppamento.

Nel quadro del consorzio TecSa 2.0, in due sottogruppi, chiamati «core team», si discute intensamente di come integrare questi aspetti nelle specifiche di purezza e nei piani di reazione. È già certo che nel VDA 19 rivisto ci saranno nuovi capitoli o sezioni dedicate a questa tematica.

È richiesta comprensione

Ciò non significa che il controllo della purezza tecnica diventi meno importante, anzi, al contrario: sempre più sistemi e componenti sono soggetti a requisiti di purezza, ma l’approccio al tema si sta spostando. Mentre in passato, nelle relazioni cliente-fornitore, si discuteva spesso poco costruttivamente sul «micro» finale, in futuro si porrà maggiore attenzione alla comprensione e al controllo dello stato di purezza dei processi e delle catene di processo. Le analisi di laboratorio, molto precise ma anche lunghe, costose e con ritardi, secondo il VDA 19, potranno essere sostituite da sistemi di monitoraggio dei particelli più veloci e meno costosi, che magari non devono raggiungere la stessa alta precisione, ma possono essere impiegati direttamente in produzione o vicino ad essa.

Un approccio tecnologico sviluppato dall’Istituto Fraunhofer IPA di Stoccarda, chiamato «PuriCheck», acquista grande rilevanza industriale con questa nuova tendenza (Fig. 7). L’idea di catturare i particelli nel flusso di mezzo tramite un setaccio analitico e di misurarli con una telecamera integrata e un sistema di elaborazione delle immagini si è già dimostrata molto efficace in diversi progetti pilota. Ulteriore potenziale risiede nell’aggiornamento di camere di estrazione per la determinazione della purezza dei componenti, come presentato alla parts2clean di quest’anno. In questo modo, estrazione e analisi microscopica possono essere eseguite in un’unica operazione, aumentando ad esempio in modo significativo la quantità di campioni analizzabili. Il sistema, sviluppato dall’azienda Näggele Mechanik, un’azienda tedesca di medie dimensioni che da anni si occupa di progetti di particelle per l’industria automobilistica, è ora in fase di sviluppo per la piena maturità commerciale. Per il direttore dell’azienda, Ulf Näggele, questa rappresenta una grande opportunità: «Vedo in questo prodotto un’ottima possibilità di misurare la purezza, una grande grandezza di qualità, non solo in laboratorio, ma anche in produzione. L’attenzione principale nelle attuali fasi di sviluppo è sulla robustezza della costruzione. Solo un sistema di sensori affidabile e facile da usare sarà accettato dall’industria.»

Praticamente pronto

I lavori tecnici nell’ambito del consorzio TecSa 2.0 sono quasi conclusi. Una prima bozza del nuovo quadro normativo sarà presentata ai partecipanti del consorzio entro la fine di giugno 2014. Dopo la cosiddetta «fase di stampa gialla», prevista per settembre 2014, e la revisione di eventuali commenti, si procederà con la «fase di stampa rossa», e si prevede che all’inizio del 2015 sarà possibile la pubblicazione ufficiale della nuova VDA 19. Già il 28.10.2014, l’Istituto Fraunhofer IPA presenterà in un evento aperto a tutti gli interessati i contenuti dello standard rivisto, al di fuori del consorzio industriale.