De nieuwe VDA 19 - de technische netheid ontwikkelt zich verder

Figuur 1: VDA 19 laat vragen open.

Figuur 2: Voorbeeldresultaat voor de weging van de industriële behoefte bij de herziening van VDA 19 (onderwerp "Zwakte van de bestaande VDA 19").

Afbeelding 3: Kick-off evenement met 85 deelnemers voor de industrievereniging TecSa 2.0.

Figuur 4: De grote invloed van contrast en grijswaarde drempel (rode lijn) bij geautomatiseerd microscopie leidt tot soms onvoldoende vergelijkbaarheid van de analysemethoden: links onvolledige registratie van een deeltje, rechts volledige registratie).

Afbeelding 5: Projectwerk in de industriecoalitie TecSa 2.0 voor het vormen van onderdeelklassen voor de duidelijke toewijzing aan extractiemethoden.

Figuur 6: Killerdeeltjes of niet, uitschieters of trend, bij de beoordeling van schoonmaakresultaten begint een nieuw denkkader.

Figuur 7: PuriCheck - seriematig meetinstrument voor het bewaken van deeltjes in onderdelen en productieprocessen.

De auto- en toeleveringsindustrie staat al vele jaren "voor de poorten van de cleanroomtechniek" op het gebied van de montage van partikelsensitieve modules. Met de huidige grenswaarden voor netheid, die meestal enkele honderden micrometers bedragen, vult zij vanuit het perspectief van de reinheidstechniek de kloof tussen cleanroomproductie en conventionele, oncontroleerbare productieomgevingen. De cleanroom of de schone zone zijn omgevingsconcepten die hier op brede schaal zijn doorgedrongen. Naast de productie van technisch voldoende schone onderdelen of modules speelt bij de wijdvertakte, tegenwoordig wereldwijde toeleveringsnetwerken een ander aspect van de reinheidstechniek een heel centrale rol: de controle van de netheidskwaliteit, dat wil zeggen de meettechnische vastlegging van de technische netheid. Hier heeft het regelwerk VDA 19 zich al jaren als standaard gevestigd en reikt het ver buiten de grenzen van Duitsland. Men kan vandaag de dag uitgaan van meer dan duizend laboratoria waar technische netheid wordt gecontroleerd ter waarborging van de kwaliteit in de automobielindustrie.

Er is een brede ervaringsbasis ontstaan

Het is nu negen jaar geleden dat het allereerste uitgebreide regelwerk ter wereld voor de controle van de technische netheid van automobielonderdelen verscheen (Fig. 1). Destijds een belangrijke maar ook moedige stap, want het meettechnisch vastleggen van partikels is een veel complexere procedure dan bijvoorbeeld het controleren van geometrische kenmerken van onderdelen, en tegelijkertijd zijn de invloedsfactoren die de waarde "vervuiling" bepalen zeer divers en gelegen over het volledige proces van onderdeel- of productontwikkeling. Het basisidee van de netheidscontrole via een extractieproces, dat de partikels eerst van het testonderdeel scheidt en dat wordt afgestemd via zogenoemde afkoelmaten op het betreffende onderdeel, heeft zich daarbij uitstekend bewezen. Van de verschillende mogelijke en toegestane analysemethoden heeft de geautomatiseerde microscopie zich grotendeels gevestigd en heeft de vroeger veel vaker gebruikte gravimetrie sterk naar de achtergrond gedrukt. Er zijn echter ook een hele reeks problemen die door VDA 19 in zijn huidige vorm niet konden worden opgelost of onderwerpen die nog niet zijn opgenomen. Tegelijkertijd heeft zich in de betrokken branche in de afgelopen jaren een brede maar onsamenhangende ervaringsbasis ontwikkeld: de tijd voor een herziening van VDA 19 was rijp.

De concrete behoefte

Om deze behoefte aan herziening concreet te maken en nauwkeurig af te stemmen op de behoeften van de betrokken bedrijven, werd al in 2012 bij het Fraunhofer IPA een industrieworkshop georganiseerd. Deze voor alle geïnteresseerden open workshop werd bezocht door 80 deelnemers uit 56 bedrijfslocaties en weerspiegelt de behoeften van autofabrikanten, toeleveranciers en dienstverleners rondom de technische netheid. De focus van de bijeenkomst lag, naast talrijke presentaties uit verschillende bedrijven, op een uitgebreide groepsopdracht in tien kleine groepen, met als doel de herzieningsbehoefte van VDA 19 te detailleren en te prioriteren in vijf vooraf vastgestelde thema’s:

• Zwakten van het bestaande VDA 19
• Nieuwe technieken
• Arbeidsveiligheid
• Grenswaarden voor netheid
• Kwaliteitszorg

In Fig. 2 is exemplarisch een resultaat weergegeven voor het thema "Zwakten van het bestaande VDA 19":

In dit voorbeeld blijkt dat het onderpunt "Vergelijkbaarheid van microscoopiesystemen" met 34% het hoogst werd gewaardeerd. Dit workshopresultaat komt zeer overeen met de resultaten van talrijke ringonderzoeken en laboratoriumvergelijkingen die de afgelopen jaren zijn uitgevoerd en die precies deze gebrekkige vergelijkbaarheid van microscopische analysemethoden hebben blootgelegd.

Op basis van deze en alle andere resultaten van de workshop heeft het Fraunhofer IPA een projectvoorstel uitgewerkt over hoe de komende revisieonderwerpen gestructureerd kunnen worden aangepakt binnen een industriegroep.

De industriegroep TecSa 2.0

Deze industriegroep met de titel "Technische netheid (TecSa) 2.0" is op 13.12.2012 gestart met haar werkzaamheden tijdens de kick-off bijeenkomst (Fig. 3). Om de komende onderwerpen aan te pakken, hebben zich in totaal zeven OEM’s, 19 toeleverbedrijven, 15 dienstverleners of fabrikanten van apparatuur voor netheidsanalyses en drie brancheverenigingen voor een jaar onder leiding van het Fraunhofer IPA verenigd. Het inhoudelijke werk, gericht op het bespreken van de zwakten van het bestaande VDA 19 en het integreren van nieuwe onderwerpen en technologieën, wordt uitgevoerd in vier subwerkgroepen, de zogenoemde kernteams. De thema’s van deze vier kernteams "Extractie", "Analyse", "Grenswaarden" en "Escalatie" en de inhoud van de bijeenkomsten van de kernteams zijn gebaseerd op de resultaten van de behoeftebepaling uit de open workshop. Daarnaast zijn er themabijeenkomsten zonder werkgroep, gericht op vraagstukken rondom veiligheid en gezondheid, met name bij extractie met oplosmiddelen; een onderwerp dat door het nieuwe beroepsprofiel "Inspecteur voor technische netheid" sterk in de belangstelling staat.

Het gezamenlijke doel

Ondanks de grote verscheidenheid aan onderwerpen die moeten worden behandeld, besproken en gestandaardiseerd, is het doel om de werkzaamheden voor de herziening binnen 18 maanden zodanig af te ronden dat de basis wordt gelegd voor een consensuswaardig document dat bij het VDA QMC wordt ingediend en dat dient als basis voor een herzien en uitgebreid VDA Band 19.

De motivatie voor dit werk en de hoge betrokkenheid van de deelnemende industriepartners is:

• Het bereiken van een hogere vergelijkbaarheid van analysemethoden
• Het waarborgen van een betere gezondheid en veiligheid van het testpersoneel
• Het integreren van aanvullende meetmethoden of analysetechnieken indien daar consensus over bestaat
• Het tonen van uniforme methoden voor het vaststellen van grenswaarden, een aspect dat nog niet in VDA 19 was opgenomen
• Het beschrijven van procedures voor het omgaan met netheidswaarden binnen de kwaliteitszorg, bijvoorbeeld bij het overschrijden van grenswaarden en de daaropvolgende maatregelen, wat verder gaat dan de huidige inhoud van het regelwerk.

Het streven bij deze herzieningswerkzaamheden is om VDA 19 verder te ontwikkelen tot een "door de gebruiker voor de gebruiker" regelwerk, dat zowel inhoudelijk deskundig en technologisch up-to-date is als praktijkgericht, dat wil zeggen dat de toepasbaarheid en de kosten, vooral vanuit het perspectief van kleinere toeleverbedrijven, voortdurend in de discussie worden meegenomen. De coördinatie van de groep door een neutraal instituut, het Fraunhofer IPA in Stuttgart, garandeert een belangen- en producentonafhankelijke oplossingsrichting.

Vergelijkbaarheid is onmisbaar

Een voorbeeld van het lopende inhoudelijke werk is een exemplarische blik op het kernteam "Analyse": vanwege de hoge prioriteit van "Vergelijkbaarheid microscopiesystemen" (zie Fig. 2) was dit punt het onderwerp van de eerste kernteam-bijeenkomst. Hier werden intensief twee benaderingen besproken die de afgelopen jaren in een werkgroep voor olievervuiling onder leiding van BMW en Volkswagen zijn ontwikkeld: De eerste betreft het voorkomen van een te hoge filterbelasting en daarmee het risico dat partikels elkaar raken of overlappen, waardoor ze niet meer van elkaar kunnen worden onderscheiden door de beeldverwerking in het microscoop. Een maximale toegestane belasting van het filteroppervlak, die automatisch wordt gecontroleerd door de microscopen, zou hier een veelbelovende aanpak kunnen zijn. Het tweede punt betreft een gestandaardiseerde algoritme voor de belichting van het analysefilter en het vaststellen van de grijswaarde-drempel, beide punten die een grote invloed hebben op het aantal en de grootte van de partikels op het analysefilter (zie Fig. 4). De intensieve bespreking van deze onderwerpen gaf voor beide benaderingen een zeer hoog potentieel voor toepassing op het gebied van technische netheid, zodat op basis hiervan een voorstel wordt uitgewerkt dat vervolgens wordt opgenomen in het betreffende hoofdstuk van VDA 19.

Een ander probleem bij de vergelijkbaarheid van resultaten van onderdelencontroles is de "vrijheid van de extractieparameters". Maar niet alleen de parameters zoals volumestroom of ultrasone vermogensdichtheid, maar ook de keuze van de extractiemethode zelf (injectiespuiten, ultrasoon, spoelen of schudden) blijft tot nu toe volledig aan de gebruiker. Om voor de herziening van VDA 19 een beslissingsmatrix te ontwikkelen waarmee de gebruiker de juiste extractiemethode voor zijn testopdracht kan kiezen, is binnen het subwerkgroep "Extractie" een uitgebreide evaluatie uitgevoerd. De 40 deelnemers aan de bijeenkomst kregen de opdracht om binnen een uur 50 verschillende onderdelen te beoordelen op de meest geschikte extractiemethode. De selectie gebeurde door het plakken van verschillende gekleurde stippen op de onderdelen (zie Fig. 5). Wat op het eerste gezicht misschien lijkt op een groepsactiviteit op een cruiseschip, toont een van de belangrijke voordelen van de herzieningswerkzaamheden binnen een industriegroep: door de gezamenlijke inspanning van 40 experts op het gebied van netheid kon in slechts één uur een overzicht worden gegenereerd dat anders meerdere maanden zou kosten, gebaseerd op overwegingen, vragenlijsten en vakdiscussies. Het resultaat van deze analyse is de indeling van automobielonderdelen in acht groepen (afhankelijk van grootte, complexiteit en ligging van de relevantie voor netheid), die aan bepaalde extractiemethoden of een combinatie van methoden kunnen worden toegewezen.

Het "killer-partikel" wordt ter discussie gesteld

Naast vele andere belangrijke punten die op de lijst van herzieningen staan, springt een onderwerp er bijzonder uit, dat in het huidige VDA 19 niet was opgenomen: de vaststelling van grenswaarden en de maatregelen bij overschrijdingen. Toen men meer dan tien jaar geleden begon met de discussies over technische netheid en de fundamenten legde voor de huidige VDA 19, werd de term "killerdeeltje" – een terminologie uit de halfgeleiderindustrie – overgenomen in de kwaliteitswereld van de automobielindustrie (zie Fig. 6). Het idee erachter was eenvoudig en logisch: een vuildeeltje dat een kritische grootte overschrijdt en zich op een gevoelige plek in een vloeistofsysteem van een auto bevindt, leidt onvermijdelijk tot een storing en "doodt" het systeem, bijvoorbeeld door het blokkeren van een ventiel of het verstoppen van een injectiespuit. Het gevolg was dat er strenge grenswaarden voor netheid werden gehanteerd, zowel qua formulering als qua reactie op overschrijdingen. Als in een grenswaarde het maximale toegestane deeltje 200 µm was, dan was elk groter deeltje duidelijk een killerdeeltje en leidde dat tot een niet-goed- of niet-goedkeuringsuitslag voor het onderzochte onderdeel – de betreffende batch werd geblokkeerd of een industriële onderdelenreinigingsinstallatie werd niet goedgekeurd.

Vandaag de dag, met de ervaring uit vele duizenden analyses, is bij de toonaangevende autofabrikanten Audi, BMW, Daimler, Porsche en Volkswagen, die actief deelnemen aan de industriegroep TecSa 2.0, een heroverweging gaande. De reden hiervoor zijn twee punten die de afgelopen jaren onder de aandacht van ontwikkelaars en kwaliteitsverantwoordelijken zijn gekomen:

• In tegenstelling tot andere kwaliteitsgerelateerde grootheden, zoals de diameter van een boor of een andere maat, worden vuildeeltjes niet doelbewust met een bepaalde lengte geproduceerd, maar ontstaan bijvoorbeeld tijdens bewerkingen met een grote spreiding. Een bewerking in een grootschalige serieproductie, als voorbeeld, kan niet zo worden beheerst dat spanen uitsluitend tot een lengte van precies 200 µm ontstaan. Ook de badvoorbereiding en filtratie in reinigingsinstallaties zijn nooit zo precies en scheidend.

• Aan de andere kant is gebleken dat systemen in een auto niet altijd onmiddellijk en onvermijdelijk uitvallen wanneer zich een deeltje in het systeem bevindt dat niet aan de netheidspecificatie voldoet, ook al neemt de kans op een storing toe. In een hydraulisch systeem met openende en sluitende ventielen moet naast de grootte van het deeltje ook de locatie en het tijdstip kloppen om te leiden tot een vastlopen.

In het kader van de industriegroep TecSa 2.0 wordt in twee subwerkgroepen, de zogenoemde kernteams, intensief besproken hoe deze punten op een passende manier kunnen worden meegenomen in netheidspecificaties en reactieplannen. Het is nu al zeker dat in de herziening van VDA 19 nieuwe hoofdstukken of passages over deze onderwerpen zullen worden opgenomen.

Inzicht is gevraagd

Dit betekent echter niet dat het beheersen van de technische netheid minder belangrijk wordt, integendeel, want steeds meer systemen en onderdelen worden met netheidsvoorschriften belast, alleen verschuift de blik op het onderwerp iets. Waar men in het verleden in de klant-leverancierrelatie vaak weinig constructieve discussies voerde over het "laatste µm", zal in de toekomst het inzicht en de controle over de nettoestand van processen en procesketens meer in de focus komen. De tot nu toe zeer precieze, maar ook langdurige, dure en tijdrovende laboratoriumanalyses volgens VDA 19 kunnen hierbij slechts beperkt helpen. Nieuwe, snelle en kosteneffectieve partikelsurveillance systemen, die misschien niet dezelfde hoge precisie hoeven te hebben, maar wel in de productie of productieomgeving kunnen worden ingezet, zullen noodzakelijk worden.

Een technologische benadering, ontwikkeld bij het Fraunhofer IPA in Stuttgart onder de naam "PuriCheck", krijgt met deze nieuwe trend een grote industriële relevantie (Fig. 7). Het idee erachter, partikels in de media door een analysesieve te vangen en via een geïntegreerde camera en beeldverwerking te meten, heeft zich al in meerdere pilottoepassingen bewezen. Verder potentieel ligt in de retrofit van extractiekamers voor de bepaling van de onderdelennetheid, zoals dit dit jaar wordt gepresenteerd op de parts2clean. Zo kunnen extractie en microscopische analyse in één werkgang worden uitgevoerd en kan bijvoorbeeld de steekproefomvang bij de netheidscontrole aanzienlijk worden verhoogd. Het systeem wordt nu door het Schwäbische middelgrote bedrijf Nägele Mechanik, dat al vele jaren projecten behandelt op het gebied van partikelfragen in de automobielindustrie, ontwikkeld tot de definitieve marktintroductie. Voor de bedrijfsleider Ulf Nägele staat hierbij het volgende voorop: "Ik zie met dit product een zeer goede mogelijkheid om de kwaliteitsmaat netheid niet alleen in het laboratorium te meten, maar ook in de productie onder controle te krijgen. De focus bij de huidige ontwikkelingsstappen ligt op de robuustheid van de constructie. Alleen een betrouwbaar en eenvoudig te bedienen sensorsysteem zal in de industrie worden geaccepteerd."

Kort voor voltooiing

De inhoudelijke werkzaamheden binnen de industriegroep TecSa 2.0 staan op het punt te worden afgerond. Een eerste ontwerp voor het nieuwe regelwerk wordt eind juni 2014 gepresenteerd aan de deelnemers van de groep. Na de zogenaamde "gele drukfase", die in september 2014 moet beginnen, volgt na verwerking van eventuele opmerkingen de "rode druk", zodat begin 2015 de officiële uitgave van de nieuwe VDA 19 kan worden verwacht. Op 28.10.2014 zal het Fraunhofer IPA tijdens een voor alle geïnteresseerden open evenement de inhoud van de herziene norm in detail presenteren aan het vakpubliek buiten de industriegroep.