Vhodnost do čistých prostor jako parametr kvality – co nám říká výsledek těchto vyšetření

Obrázek 1

Obrázek 2

Obrázek 3

V posledních letech se čistota prostředí v čistých místnostech stále více stává pevnou součástí parametrů kvality u dodavatelů strojů a komponentů. Tento parametr kvality je u stále většího počtu produktů, jejichž použití může probíhat v čistém prostředí, a jehož vhodnost má být dokumentována. Tento certifikát oznamuje, že produkt splňuje určité požadavky na uvolňování kontaminantů, ať už částicové nebo plynové povahy.

Je však třeba, aby si všichni uživatelé uvědomili, že tento certifikát je pevně spojen s podmínkami, za kterých byl test proveden. Dále se klade otázka, do jaké míry by měl mechanický produkt odpovídat třídě čistoty vzduchu. Tato, nesouvisející vlastnost, je v argumentaci často nesprávně interpretována. Zde bude představeno téma vhodnosti pro čisté prostředí a jeho interpretace. (viz obrázek 1)

Vhodnost pro čisté prostředí a/nebo vhodnost pro čistotu

V směrnici VDI 2083-9.1 „Vhodnost pro čisté prostředí a povrchová čistota“ jsou poukázány na rozdíly mezi vhodností pro čisté prostředí a vhodností pro čistotu. (Autor poznamenává, že podle jeho názoru byla v předchozí směrnici VDI 2083-8 „Vhodnost pro čisté prostředí u provozních prostředků“ rozdíly popsány podrobněji.) Abychom to jednoduše vysvětlili, lze říci, že vhodnost pro čisté prostředí popisuje vliv stroje nebo komponentu na třídu čistoty vzduchu v čisté místnosti, zatímco vhodnost pro čistotu popisuje vliv na konkrétní produkt. Obě veličiny jsou důležité, přičemž větší význam by měla mít vhodnost pro čistotu. Přesto se často mluví pouze o vhodnosti pro čisté prostředí bez rozlišení. Toto rozlišení je důležité, pokud jsou parametry určeny pro oblast zařízení nebo výroby. Vhodnost pro čisté prostředí také hraje roli ve výrobě, zejména pokud jde o otázky kontaminace znečištěním z okolí. Vhodnost pro čisté prostředí je také považována za součást vhodnosti pro čistotu. Z tohoto pohledu by měly být obě oblasti vždy posuzovány v souvislosti, aniž by se zanedbávalo rozlišení.

Vhodnost pro čisté prostředí podle ISO

Často se v produktových specifikacích, datových listech nebo prospektech setkáváme s formulací „Vhodnost pro čisté prostředí třídy ISO 4 podle ISO 14644-1“ k označení strojů nebo komponent, které mají být použity v čistém prostředí. Co tím chce být řečeno?

• Stroj/komponenta může být v čistém prostředí třídy ISO 4 bez obav používán.
  - Produkt vyráběný s tímto strojem/touto komponentou není vystaven žádnému prostředí horšímu než je třída čistoty vzduchu popsaná v klasifikaci ISO 4.
  - Stroj má třídu čistoty ISO 4 podle ISO 14644-1.

Všechny tyto interpretace najdeme například i v praxi. Ale co přesně znamenají?

• V prvním bodě je popsána klasická vhodnost pro čisté prostředí. To znamená, že stroj nemá žádné místo, kde by uvolňoval více částic do okolního čistého prostředí, než jaké odpovídají hodnotám zjištěným volumetrickým měřením a zařazeným do klasifikace tříd čistoty vzduchu, tedy třídy ISO 4. Otázky však zůstávají otevřené. Jednou z nich je, kolik těchto strojů může být v daném čistém prostředí použito a přesto si zachová klasifikaci prostoru.
  - Ve druhém bodě jsou uvedeny údaje o vhodnosti prostředí produktu. Nakonec je totiž důležité pouze produkt, nikoli čisté prostředí. Čisté prostředí je pouze prostředkem. Pokud se podaří udržet okolí produktu v čistotě, pak čisté prostředí hraje pouze sekundární roli. Navíc byla otázka vhodnosti pro čisté prostředí v polovodičovém průmyslu řešena praktickým způsobem pomocí akceptačních testů.
  - K bodu 3 lze říci, že žádný stroj/komponenta nemůže mít třídu čistoty vzduchu.

Protokol měření a měřicí podmínky

V protokolu, který musí být základem každé certifikace, jsou uvedeny údaje o měřicích podmínkách. Ty jsou důležité pro srovnání s vlastními podmínkami, za kterých má být stroj/komponenta použit. Nejde pouze o okolní parametry, jako je teplota a relativní vlhkost vzduchu, ale především o údaje o procesu, při kterém byla provedena zkouška vhodnosti pro čisté prostředí. V technice čistých prostor se rozlišují tři stupně kvalifikace (stavů):

• - As built – čistá místnost byla postavena, během měření v ní nejsou žádné stroje ani personál, čistá místnost je v provozu.
  - At rest – čistá místnost je vybavena všemi stroji a zařízeními, je v provozu, stroje a zařízení jsou v chodu (v chodu na prázdno), personál v místnosti není.
  - In operation – čistá místnost je plně v provozu se všemi stroji, zařízeními i personálem, probíhá výroba.

Podobně lze tyto stavy uplatnit i na zkoušky vhodnosti pro čisté prostředí. Nejčastěji se používá stav „at rest“, protože konkrétní případy použití a s tím související produkty jsou příliš rozmanité. Ukazuje se, že mezi měřením a skutečným použitím může být mezera. Navíc je třeba počítat s kreativitou některých marketingových oddělení, jak se ukázalo z jednoho konkrétního případu, který autor znal. Podle jeho výzkumu bylo zjištěno, že ačkoliv bylo v datovém listu správně uvedeno, že zařízení splňuje třídu ISO 1, výsledky měření na dalších bodech této komponenty byly utajeny (byly horší).

V jiném případě byla transferová součástka omylem měřena pouze v inicializačním režimu, jak odhalila následná kontrola u jiného poskytovatele služeb. Výsledky s reálnou rychlostí procesu byly podstatně horší. To vedlo koncového zákazníka k použití jiného produktu.

Co nám tedy nakonec říká tvrzení „Vhodné třídy ISO 4“? – Říká nám, že za určitých podmínek byla u většiny měřicích míst naměřena koncentrace částic odpovídající třídě ISO 14644-1. Nejedná se o to, že stroj odpovídá třídě čistoty vzduchu, ale že naměřená koncentrace částic odpovídá této třídě. Tato informace dává uživateli tohoto stroje/touto komponentu na vědomí, že pravděpodobně našel produkt vhodný pro svůj případ použití, ale tato vhodnost by měla být potvrzena porovnáním jeho podmínek použití s protokolem, který je součástí certifikátu.

Opět zůstávají otevřené důležité otázky:

- Jak stará je certifikace? Jakékoliv certifikáty jsou časově omezené. To je nutné, aby byla zajištěna kvalita vzhledem ke změnám produktu nebo výrobního procesu.
- Jaké je dlouhodobé chování z hlediska vhodnosti pro čisté prostředí? Měření se obvykle provádí u nových strojů/komponentů. Existuje jen málo případů, kdy bylo zkoumáno dlouhodobé chování.
- Kolik částic celkově uvolní stroj/komponenta? Tato otázka je relevantní při přímém srovnání strojů a komponentů. Je zvlášť důležitá, pokud jsou srovnatelné podle všech ostatních parametrů relevantních pro použití a uvolňování částic je dalším rozhodovacím kritériem. (viz obrázek 2)

Holistická metoda

V směrnici VDI 2083-9.1 podle názoru autora nebyla tato metoda měření provedena s dostatečnou pečlivostí.

Holistická metoda spočívá v měření uvolňování částic za jednotku času. Nevýhodou je, že výsledky nelze přímo srovnat s klasifikací, jaká je uvedena v ISO 14644-1. To znamená, že by měla být holistická metoda vždy posuzována ve spojení s lokální metodou měření, při které se měří na definovaných místech. (viz obrázek 3)

Vysoké uspořádání měření spočívá v umístění měřicího objektu do měřicí místnosti, která je průchodná čistým vzduchem, a měření koncentrace částic (předpokládá se rovnoměrné rozložení) na výstupu vzduchu. Navíc se stanoví objemový tok na výstupu vzduchu. Pokud vynásobíme obě hodnoty, získáme tok částic.

Koncentrace částic P/m³ vynásobená objemovým tokem m³/s dává tok částic P/s:

P/s =(P/m³)/(m³/s).

Jednoduchý příklad ukazuje, proč může být vhodné zvolit holistickou metodu. Představme si vedení od dvou různých výrobců, které bylo dohodnuto na pěti měřicích bodech. U vedení prvního výrobce byly na měřicích bodech podle lokální metody měření dosažené výsledky (0 – 0 – 200 – 0 – 0). Podle směrnice VDI 2083-9.1 to znamená, že uvolňování částic tohoto vedení odpovídá klasifikaci, která je přiřazena nejvyšší naměřené hodnotě, tedy 200. Výsledek vedení druhého výrobce je (100 – 100 – 100 – 100 – 100). Podle směrnice to znamená, že uvolňování částic tohoto vedení odpovídá klasifikaci s nejvyšší naměřenou hodnotou, tedy 100. Přestože vedení druhého výrobce uvolňuje výrazně více částic, dostává lepší klasifikaci. Tento rozpor lze vyřešit holistickou metodou.

Další literatura:

VDI 2083-8: Vhodnost pro čisté prostředí u provozních prostředků (staženo)
VDI 2083-9.1: Vhodnost pro čisté prostředí a povrchová čistota
ISO 14644-1: Klasifikace čistoty vzduchu