Dây chuyền sản xuất phòng sạch trong sản xuất chất bán dẫn, đóng gói dược phẩm, lắp ráp thiết bị y tế và sản xuất công nghệ sinh học phụ thuộc vào các trạm làm việc của người vận hành không làm ảnh hưởng đến môi trường được kiểm soát xung quanh chúng. Mỗi vỏ máy, đường dây cáp và bề mặt cảm ứng được đặt trên dây chuyền đều là nguồn gây ô nhiễm tiềm ẩn — điều này có nghĩa là phần cứng máy tính phải tuân thủ tiêu chuẩn tương tự như thiết bị quy trình.

1. Bối cảnh ứng dụng

Các môi trường này thường thuộc phân loại ISO 14644, nơi số lượng hạt trong không khí, độ sạch bề mặt và khí thải vật liệu được giám sát tích cực. Một trạm làm việc của người vận hành trong không gian này cần đáp ứng tiêu chuẩn đó mà không trở thành điểm yếu trong một quy trình vốn đã được niêm phong.

Các cơ sở triển khai trạm làm việc HMI trên các dây chuyền phòng sạch thường thuộc về một vài loại:

• Nhà máy sản xuất wafer bán dẫn, nơi các hạt dưới micromet ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất sản xuất
• Dây chuyền đóng gói và hoàn thiện dược phẩm hoạt động theo yêu cầu GMP
• Các dây chuyền lắp ráp thiết bị y tế yêu cầu điều kiện làm việc gần như vô trùng
• Các khu sản xuất công nghệ sinh học với chu kỳ vệ sinh nghiêm ngặt giữa các lần chạy lô

Vấn đề tái diễn trong tất cả các cài đặt này là các PC công nghiệp không được thiết kế dựa trên kiểm soát ô nhiễm, mà chúng được thiết kế dựa trên hiệu suất tính toán, khiến thiết kế vệ sinh trở thành một suy nghĩ sau.

2. Thách thức chính

Các cơ sở cố gắng đặt phần cứng máy tính trực tiếp trên dây chuyền phòng sạch gặp phải cùng một bộ chướng ngại vật bất kể ngành công nghiệp.

• Tạo hạt từ vỏ tiêu chuẩn. Các lỗ thông gió làm mát, đường nối và vỏ nhựa trên các PC bảng điều khiển thông thường bẫy và thải ra các hạt, điều này không được chấp nhận trong môi trường sản xuất được quản lý, nơi số lượng hạt trong không khí được ghi lại như một phần của hồ sơ chất lượng.
• Suy thoái hóa học từ các quy trình vệ sinh. Các quy trình phòng sạch yêu cầu lau thường xuyên bằng cồn isopropyl, hydro peroxide hoặc các chất khử trùng mạnh khác. Tiếp xúc lặp đi lặp lại làm suy giảm các viền nhựa, chất kết dính và các bề mặt cảm ứng không được niêm phong nhanh hơn hầu hết các nhóm mua hàng dự đoán.
• Các đường dẫn ô nhiễm tại các cổng và khe hở. Các đầu nối lộ ra ngoài, lối vào cáp không được niêm phong và các khe hở xung quanh phần cứng lắp đặt tạo ra các kẽ hở nơi cặn bẩn và vi sinh vật tích tụ giữa các chu kỳ làm sạch — chính xác là loại bề mặt mà nhân viên vệ sinh đánh dấu trong các cuộc kiểm toán.
• Truy cập bảo trì mà không làm mất tính toàn vẹn. Bảo trì một trạm làm việc bên trong khu vực được phân loại thường yêu cầu thay đổi quy trình chính thức. Phần cứng bị lỗi thường xuyên hoặc cần can thiệp vật lý làm tăng rủi ro hoạt động vượt xa thời gian sửa chữa.

3. Yêu cầu kỹ thuật

Việc xác định đúng thông số kỹ thuật phần cứng cho khu vực sản xuất sạch có nghĩa là trước tiên phải giải quyết phương pháp vỏ máy và niêm phong, sau đó xây dựng thông số kỹ thuật tính toán và kết nối xung quanh nó.

4. Triển khai giải pháp

Sihovision đã lắp đặt các PC bảng điều khiển bằng thép không gỉ được niêm phong tại các trạm làm việc của người vận hành trên một dây chuyền phòng sạch đa vùng, thay thế cho sự kết hợp giữa máy tính bảng thương mại và thiết bị đầu cuối khung hở. Việc triển khai bao gồm cả tích hợp vật lý vào cơ sở hạ tầng lắp tường và lắp cánh tay, cũng như kết nối ở cấp độ phần mềm với MES hiện có.

1) Tích hợp vỏ và lắp đặt

• Vỏ thép không gỉ với bảng điều khiển phía trước phẳng được niêm phong bằng gioăng.
• Các trạm làm việc được lắp phẳng vào tường ngăn phòng sạch hoặc đặt trên cánh tay khớp nối tại mỗi trạm vận hành.

2) Giao diện cảm ứng cho vận hành bằng găng tay

• Vỏ thép không gỉ với bảng điều khiển phía trước phẳng được niêm phong bằng gioăng.
• Các trạm làm việc được lắp phẳng vào tường ngăn phòng sạch hoặc đặt trên cánh tay khớp nối tại mỗi trạm vận hành.

3) Kết nối PLC và MES

• Mỗi trạm làm việc được kết nối qua RS485 nối tiếp và Ethernet với lớp tự động hóa của nhà máy.
• Giao diện trực tiếp với PLC cấp dây chuyền và hệ thống thực thi sản xuất.

4) Cấu hình vỏ tùy chỉnh

• Kích thước màn hình và lựa chọn cổng được tinh chỉnh trong giai đoạn nguyên mẫu trước khi triển khai đầy đủ.
• Hỗ trợ kỹ thuật được cung cấp để phù hợp với dấu chân thiết bị hiện có và thông số kỹ thuật cấu trúc tường phòng sạch.

5. Kết quả dự án

Sau khi triển khai đầy đủ trên dây chuyền phòng sạch, cơ sở đã ghi nhận những cải thiện có thể đo lường được về kiểm soát ô nhiễm, tần suất bảo trì và quy trình làm việc vận hành.

• Kết quả kiểm toán vệ sinh được cải thiện sau khi các vỏ máy được niêm phong loại bỏ các kẽ hở và lỗ thông gió đã bị đánh dấu trong các đánh giá nội bộ trước đó. Thời gian lau bề mặt giảm vì nhân viên không còn cần phải làm việc xung quanh các bộ phận lộ ra ngoài.
• Số lượt bảo trì đột xuất bên trong các khu vực được phân loại đã giảm đáng kể. Vỏ máy được niêm phong đã ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm và hóa chất vào phần cứng trước đó.
• Độ hoàn chỉnh dữ liệu MES được cải thiện sau khi mỗi trạm làm việc được kết nối trực tiếp vào hệ thống giám sát sản xuất. Người vận hành ghi dữ liệu lô đã loại bỏ khoảng trống ghi chép đã tồn tại khi dữ liệu được ghi thủ công và nhập sau đó.
• Tài liệu tuân thủ trở nên đơn giản hơn để duy trì, với độ sạch bề mặt nhất quán tại mỗi trạm làm việc hỗ trợ các yêu cầu báo cáo ISO 14644 và GMP liên tục của cơ sở.

6. Lời chứng thực của khách hàng

"Sau khi chuyển sang các thiết bị bằng thép không gỉ được niêm phong, đội ngũ vệ sinh coi chúng giống như bất kỳ bề mặt phòng sạch nào khác. Sự nhất quán đó rất quan trọng khi bạn chuẩn bị cho một cuộc kiểm toán," theo lời người quản lý một cơ sở đóng gói dược phẩm.

Cùng một cơ sở đã mở rộng việc triển khai sang hai khu sản xuất bổ sung trong vòng sáu tháng kể từ lần lắp đặt ban đầu, viện dẫn việc giảm thiểu xung đột giữa lịch bảo trì CNTT và quy trình tiếp cận phòng sạch là động lực chính của quyết định.