潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)面臨著哪些挑戰(zhàn)?
在電子制造業(yè)中,潔凈室是至關重要的
因為微小的塵埃和微粒
可能對電子元件和芯片產(chǎn)生嚴重影響
所以需要在潔凈室中進行生產(chǎn)和組裝
在醫(yī)療保健領域,潔凈室被廣泛應用于
手術室、無菌制劑和藥品的生產(chǎn)環(huán)境
以減少手術感染的風險
并確保醫(yī)療產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性
隨著科學技術日新月異的發(fā)展,各類工業(yè)產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程趨向精密化、微型化,特別是微電子技術、生物技術、藥品生產(chǎn)技術、精密機械加工技術、精密化工生產(chǎn)技術、食品加工技術等先進制造業(yè)的高速發(fā)展,使得潔凈生產(chǎn)環(huán)境得到日益廣泛的應用。
潔凈室,又稱潔凈廠房、無塵室,是為了滿足產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的需要,對空氣中的微粒、有害氣體、微生物、溫度、相對濕度、空間氣流分布、各向氣流速度以及振動、靜電、電磁干擾、噪聲等進行控制的密閉空間。潔凈室的發(fā)展與現(xiàn)代工業(yè)、尖端技術密切聯(lián)系在一起,尤其在精密機械工業(yè)(如陀螺儀、微型軸承等加工)、半導體工業(yè)(如大規(guī)模集成電路生產(chǎn))等領域有廣泛應用。
潔凈室的主要功能包括通風換氣、調(diào)節(jié)溫度、濕度等環(huán)境條件、吸塵排風、維護使用者身體健康以及防止污染環(huán)境。按氣流流型,潔凈室可分為單向流潔凈室、非單向流潔凈室、混合流潔凈室、矢流潔凈室等。按主要控制對象劃分,潔凈室又可劃分為工業(yè)潔凈室和生物潔凈室。
工業(yè)潔凈室主要控制室內(nèi)空氣中的懸浮顆粒(包括無機微粒和有機微粒),主要應用在電子、航天、航空、機械、化工、化學制藥、能源、納米等工業(yè)中,通過控制空氣中的微粒數(shù)量、濕度、溫度、氣流分布和空氣壓力等參數(shù),為其提供高度潔凈環(huán)境的封閉空間,以確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程不受污染和干擾。
生物潔凈室主要控制對象是有生命的、活的微生物粒子,如病菌、病毒等對人類、動物、環(huán)境有害的粒子,廣泛地應用在醫(yī)療(潔凈手術室、潔凈病房)、生物制藥、實驗動物飼養(yǎng)、生物安全實驗室、衛(wèi)生防疫檢疫的事業(yè)中。因為涉及對微生物、病毒、生物毒素或其他生物危害因子的處理,因此需要嚴格的空氣凈化和環(huán)境控制,以確保實驗室人員的安全、防止實驗室內(nèi)的污染擴散到外部環(huán)境,并保護實驗樣本的完整性和研究結果的準確性。
先進制造業(yè)由于產(chǎn)品生產(chǎn)對環(huán)境有著特殊的要求,因而在生產(chǎn)運營方面面臨一系列挑戰(zhàn)。
生產(chǎn)環(huán)境苛刻
先進制造業(yè)包括集成電路、生物、制藥、精密機械加工、精密化工、食品加工等行業(yè),集成電路代表高水平的工業(yè)潔凈室生產(chǎn),制藥代表高水平的生物潔凈室生產(chǎn)。下面以這兩個行業(yè)的潔凈生產(chǎn)要求說明生產(chǎn)環(huán)境的苛刻性。
微電子制造工藝及其對環(huán)境的要求
無菌加工工藝及其對環(huán)境的要求
能源消耗巨大
潔凈室是能源消耗大戶,這是因為要保持潔凈的生產(chǎn)環(huán)境所必需的空氣潔凈等級、壓差、溫度、相對濕度要求;防止污染和交叉污染,潔凈室內(nèi)應根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的要求排除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵、熱量、有機溶劑等所需要的全室或局部排風裝置,與此同時需向潔凈室送入相應的或必要的室外新鮮空氣。
為進行正常的產(chǎn)品生產(chǎn),潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)工藝設備需按產(chǎn)品的特點供應電力、純氣、純水、高純化學品等,這些也需消耗大量的能源,伴隨著電力等能源的消耗,在潔凈室內(nèi)產(chǎn)生的各種形式的發(fā)熱量還需進行冷卻。潔凈工廠,特別是集成電路工廠不僅造價很高,而且運行費用很高。大規(guī)模集成電路工廠單位面積冷負荷是一般辦公大樓的5~10倍,輸送動力是50~100倍,加上24小時運行,所以能耗龐大。
系統(tǒng)控制復雜
潔凈室內(nèi)不同生產(chǎn)工序環(huán)境要求不一樣,并且不同生產(chǎn)工序環(huán)境不能相互影響,要有隔離措施。潔凈室要嚴格控制的參數(shù)有潔凈度、溫濕度、氣流分布度、室內(nèi)壓力、噪聲、震動、電磁波、照度、有害氣體濃度等。因此,“自動控制系統(tǒng)的選擇好壞,最終將對整個系統(tǒng)有很大的影響。在設計潔凈室的基本系統(tǒng)時,應該把自動控制系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)作為整體來規(guī)劃,而不應該考慮在以后追加自動控制系統(tǒng)?!保ㄒ浴洞笠?guī)模集成電路工廠潔凈環(huán)境的設計及其實施》)。
系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高
潔凈室內(nèi)的生產(chǎn),潔凈度決定著產(chǎn)品的成品率、可靠性和質(zhì)量。下圖闡述了芯片的成品率與空氣中粒子數(shù)的關系。
潔凈室生產(chǎn),各種系統(tǒng)必須始終能夠穩(wěn)定運行。性能的偏差和故障將對產(chǎn)品的合格率產(chǎn)生很大的影響!
生產(chǎn)流程控制嚴格
醫(yī)藥、研發(fā)機構、食品生產(chǎn)以及其它需要嚴格控制生產(chǎn)環(huán)境的行業(yè),都需要對生產(chǎn)流程進行認證,以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。在一些行業(yè),這種認證是強制性的,如制藥工業(yè)的GMP認證,一個制藥企業(yè)只有拿到了GMP認證,才能投入生產(chǎn)。流程認證是保證產(chǎn)品質(zhì)量,減少風險的必需環(huán)節(jié)。
安防/消防要求嚴格
工廠的安全包含很多方面,主要的有兩方面:安防和消防。安防主要指對不同區(qū)域的監(jiān)視和進出控制,有效地管理工廠;而消防主要指火災報警,保障員工生命和企業(yè)財產(chǎn)安全。
集成電路、制藥都是高新技術行業(yè),其廠區(qū)的某些區(qū)域,如研發(fā)中心、實驗室需要嚴格控制人員的進出,以防機密資料外泄。這僅僅是安防措施的一個例子,實際上工廠需要對電梯通道、消防通道以及重要出入口進行監(jiān)控,可以在指定時段按授權進入允許的樓層或地段。實時監(jiān)控,隨時設置統(tǒng)關、統(tǒng)開,或指定若干通道開關,可隨時查詢、統(tǒng)計、分析出入信息檔案,營造安全的環(huán)境。
集成電路、制藥多在密閉的潔凈室內(nèi)生產(chǎn),并且不同工序之間的門也是關閉的。因此對消防報警及相應的消防措施有著特殊性。
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