Prevence místo omezování škod

Čistá místnost v polovodičovém průmyslu.

Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, jednatel společnosti Merkle CAE Solutions GmbH.

Čisté místnosti jsou nákladné stavební projekty. Investiční objem se pohybuje mezi 1 000 a 5 000 eury na čtvereční metr, u výroby polovodičů může být až desetkrát vyšší, a to až 20 000 eur na čtvereční metr. Čistá místnost o rozloze 1 000 metrů čtverečních tak může rychle dosáhnout nákladů v řádech milionů. Přesto se mnoho stavebníků vzdává opatření, které představuje pouze zlomek celkové investice, avšak může zásadně minimalizovat rizika: analýzy proudění a částic pomocí CFD simulace (Computational Fluid Dynamics).

Diskuse s výrobci a dodavateli ukazují překvapivě jednotný obraz: simulace se zřídka používají v raných fázích projektu – často až tehdy, když během provozu dojde k neočekávaným jevům proudění, zpětnému toku částic nebo mrtvým zónám. V takových případech je třeba příčiny dodatečně identifikovat a někdy nákladně opravit. Merkle CAE Solutions, specializující se na numerické simulace, je často povolána až poté, co již vznikly problémy. Mnoho těchto výzev by však šlo předem předejít digitálními analýzami.

Průměrná CFD simulace stojí přibližně jedno až dvě procenta nákladů na výstavbu čisté místnosti. U projektu v hodnotě jednoho milionu eur to odpovídá zhruba 5 000 až 20 000 eur – částka, která je vzhledem k možným následným nákladům relativně nízká. Simulace umožňuje předvídatelné hodnocení proudění vzduchu, vizualizaci pohybu částic a analýzu teplotních polí. Mrtvé zóny, nežádoucí víření nebo kritické koncentrace částic mohou být takto odhaleny již před začátkem výstavby. Pro provozovatele citlivých výrobních zařízení, například v optice, medicíně nebo farmacii, to přináší zásadní jistotu při plánování.

Proudové procesy v čistých místnostech jsou citlivé na sebemenší změny v geometrii, vybavení a provozních parametrech. Zkušenosti proto často nestačí k spolehlivému předpovězení složitých vzájemných vlivů. Simulace zde slouží jako objektivní základna pro navrhování větrání, umístění filtrů nebo uspořádání strojů tak, aby byly dodržovány požadované třídy čistoty trvale. Špatné plánování může způsobit značné ekonomické škody – například když zákazník odmítne uvést zařízení do provozu, protože usazeniny částic ovlivňují kvalitu produktu.

„S multiphysics simulacemi již dokážeme simulovat čisté místnosti včetně plánovaného výrobního a pracovního prostředí. Víme tak nejen, zda čistá místnost jako taková funguje, ale i zda plánovaná výroba může probíhat bez problémů, bakterií a částic,“ říká Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, jednatel společnosti Merkle CAE Solutions GmbH.

Merkle CAE Solutions vnímá CFD analýzu nikoli jako doplňkový prvek, ale jako nedílnou součást předvídavého plánování čistých místností. Přispívá ke snížení rizik, zabránění dodatečným opravám a zajištění funkčnosti vysoce citlivých výrobních prostředí. Pro stavebníky to znamená, že nižší plánovací náklady je chrání před časově a finančně náročnými korekcemi během provozu.