Prewencja zamiast ograniczania szkód

Klasyczne pomieszczenia czyste w przemyśle półprzewodnikowym.

Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Współwłaściciel zarządzający Merkle CAE Solutions GmbH.

Przestrzenie czystych pomieszczeń to kosztowne projekty budowlane. Volumen inwestycji wynosi od 1 000 do 5 000 euro za metr kwadratowy, w produkcji półprzewodników może sięgać nawet do 20 000 euro za metr kwadratowy. Przestrzeń czysta o powierzchni 1 000 metrów kwadratowych może więc osiągnąć koszty liczone w milionach. Niemniej jednak wielu inwestorów rezygnuje z działania, które stanowi tylko ułamek całościowej inwestycji, ale może znacznie zminimalizować kluczowe ryzyko: analizę przepływu i cząstek techniką CFD (Computational Fluid Dynamics).

Rozmowy z producentami i dostawcami pokazują zaskakująco jednolity obraz: symulacje rzadko są wykorzystywane na wczesnych etapach projektu – najczęściej dopiero wtedy, gdy podczas eksploatacji pojawią się nieoczekiwane zjawiska przepływu, cofanie się cząstek lub martwe strefy. W takich przypadkach konieczne jest późniejsze zidentyfikowanie przyczyn i często kosztowne korekty. Merkle CAE Solutions, specjalizująca się w obliczeniach symulacyjnych, jest często angażowana dopiero wtedy, gdy problemy już wystąpiły. Wiele z tych wyzwań można jednak było uniknąć dzięki cyfrowym analizom na etapie planowania.

Średni koszt symulacji CFD wynosi około 1-2 procent kosztów budowy przestrzeni czystej. Przy projekcie o wartości miliona euro jest to około 5 000 do 20 000 euro – kwota, która w porównaniu do potencjalnych kosztów późniejszych napraw jest niewielka. Symulacja umożliwia prognozową ocenę przepływu powietrza, wizualizację ruchu cząstek oraz analizę pól temperaturowych. Martwe strefy, niepożądane wiry czy krytyczne stężenia cząstek mogą być wykryte jeszcze przed rozpoczęciem budowy. Dla operatorów wrażliwych urządzeń produkcyjnych, na przykład w optyce, medycynie czy farmacji, zapewnia to kluczową pewność planowania.

Procesy przepływu w przestrzeniach czystych są wrażliwe na najdrobniejsze zmiany w geometrii, wyposażeniu i parametrach operacyjnych. Doświadczenie samo w sobie często nie wystarcza do wiarygodnego przewidywania złożonych wzajemnych oddziaływań. Symulacja służy jako obiektywna podstawa do projektowania tak, aby emisja powietrza, pozycje filtrów czy układ maszyn spełniały wymogi dotyczące czystości na stałe. Błędne planowanie może powodować poważne szkody gospodarcze – na przykład gdy klient odmawia uruchomienia, ponieważ osady cząstek wpływają na jakość produktu.

„Dzięki symulacjom wielofizycznym możemy już symulować przestrzenie czyste wraz z planowanym tam środowiskiem produkcyjnym i miejscem pracy. Wiemy więc nie tylko, czy sama przestrzeń czysta działa poprawnie, ale także czy planowana produkcja może przebiegać bez zakłóceń, mikroorganizmów i cząstek” – mówi inż. Stefan Merkle, dyrektor zarządzający Merkle CAE Solutions GmbH.

Merkle CAE Solutions rozumie analizę CFD nie jako element dodatkowy, lecz jako integralną część planowania przestrzeni czystej, która pomaga minimalizować ryzyko, unikać poprawek i zapewniać funkcjonalność bardzo wrażliwych środowisk produkcyjnych. Dla inwestorów oznacza to, że stosunkowo niewielki nakład pracy na etapie planowania chroni przed kosztownymi i czasochłonnymi korektami podczas eksploatacji.