La manutenzione nelle industrie ad alta tecnologia

primo piano
di Giampiero
Mercuri
La Manutenzione nelle Industrie
ad Alta Tecnologia
Il mondo si aspetta delle meraviglie dalla produzione high-tech.
Gli straordinari progressi che si
sono avuti nei computer, nella
strumentazione, nelle macchine
fotografiche digitali, nei dispositivi medici e in altri prodotti li
hanno resi più potenti, più maneggevoli e meno costosi rispetto a prima e giornalmente
vengono immessi nel mercato nuovi prodotti. Grazie alla
domanda apparentemente illimitata in tutto il mondo, il
mercato dei prodotti high-tech non ha risentito della crisi
economica mondiale, oppure ne ha ricevuto effetti mitigati. Tale crescita è inevitabilmente legata alla capacità
degli impianti che producono prodotti di alta tecnologia
di rimanere sulla cresta di una curva in rapido movimento.
Le strutture che producono prodotti high-tech devono essere soggette ad operazioni altamente sofisticate utilizzando le più moderne attrezzature ed essere gestite e manutenute da tecnici altamente qualificati.
Il processo di ammodernamento delle fabbriche high-tech
ha dovuto tenere conto dei nuovi materiali e dei processi
necessari per la fabbricazione di questi prodotti che sono
generalmente realizzati in postazioni di lavoro ad unico
flusso, attrezzate con computer e microscopi, in cellule di
aria condizionata e controllata.
Le Clean rooms e gli ambienti near-clean sono molto comuni in questi stabilimenti; il calore, il rumore e la sporcizia non fanno parte del processo. Il mantenimento degli
impianti in esercizio spesso comporta che i tecnici siano
addestrati e specializzati in programmazione di computer, sulla tecnologia di montaggio e siano in possesso di
altre competenze specifiche. Quello che questi tecnici non
sono in grado di risolvere, potrebbe tornare ad essere
esternalizzato ad un’organizzazione esterna qualificata.
Per esempio, gli impianti Everest VIT in Olanda comprendono una clean room, un laser, una stazione wire-stripping, una torre fiber-draw, e un’area di assemblaggio per
4
realizzare prodotti video hi-tech. In rete i computer controllano e monitorano le apparecchiature utilizzate per
realizzare le unità, che comprendono un riproduttore di
immagini che viene utilizzato per inserire un chip di silicio in una camera di 0,2 millimetri. Il riproduttore di immagini, così come altri dispositivi, ha processi di manutenzione preventiva documentati, che vengono eseguiti in
base a una specifica pianificazione e schedulazione.
Dato il carattere high-tech del prodotto e dei processi, le
operazioni sono eseguite su di un solo turno lavorativo e
tutta la manutenzione viene eseguita “in-house”.
Un requisito fondamentale di molti impianti di produzione
high-tech è che essi siano protetti dalle scariche elettrostatiche (electrostatic-discharge ESD). “L’ESD è quella carica o scossa elettrica che si ottiene dopo aver camminato sul pavimento e si tocca una maniglia della porta”,
dice Bill Ratfield, direttore della produzione globale di National Instruments, produttore di software e di componenti
elettronici con sede a Austin, Texas (USA). “Dobbiamo prevenire e proteggerci dalle ESD, perché se sei carico e afferri una scheda elettronica si bruceranno i circuiti della
scheda.”
L’importanza delle ESD ha portato allo sviluppo di una
associazione (“ESD Association”, Rome, Stato di New
York (USA) - http://www.esda.org/), insieme a quello delle
norme per l’effetto e il controllo dell’elettricità statica e
Anno 4 Numero 5 Novembre/Dicembre 2010
primo piano
delle sue scariche, soprattutto nelle strutture ad alta
tecnologia.
Sul lato della manutenzione, le misure adottate
per prevenire le ESD includono la posa di pavimenti di protezione sopra le mattonelle di pavimento conduttivo e
una finitura con pavimento dissipativo, applicata con stracci nuovi,
che devono essere risciacquati prima dell’uso. Spesso, i produttori di high-tech esternalizzano la manutenzione di routine di questo tipo di impianti specializzati.
Ratfield dice che le ESD rappresentano un grande problema per la National Instruments. Presso lo stabilimento
di Austin della società, per esempio, circa 200 dipendenti
effettuano più di 800 diversi assemblaggi. Questi includono strumenti modulari, motion controller, switch, dispositivi di acquisizione dati e altri. Ratfield gestisce due
turni di dieci ore per quattro giorni alla settimana.
I tecnici che effettuano la manutenzione delle macchine
sono addestrati dagli ingegneri e dai fornitori della macchina stessa. Essi svolgono la manutenzione preventiva
su una varietà di attrezzature, che includono: le linee di
montaggio e di assemblaggio, i forni e le attrezzature per
la saldatura. Quando la manutenzione è necessaria, la
squadra in fabbrica si prende cura di tutta la gamma dei
guasti - dai problemi meccanici, come i cuscinetti, valvole, motori; ai controller; alle schede di computer e ai
dischi rigidi. “Questi tecnici sono in grado di riparare sia
un guasto di tipo meccanico che elettronico così come il
mancato controllo di tipo”, afferma Ratfield. “I programmi
di manutenzione preventiva sono eseguiti quotidianamente, settimanalmente o mensilmente a seconda delle
attrezzature. Raramente si verificano guasti catastrofici
che ci hanno bloccato la produzione per un lungo periodo;
questo è il risultato di un buon programma di manutenzione preventiva.”
m m
Maintenance and Facility Management
Esempio di
una clean
room
All’inizio dell’era high-tech, gli ingegneri realizzavano i chip dei computer a mano. Utilizzavano
i coltelli affilati X-acto e manualmente tagliavano pezzi di
materiale plastico rosso chiamato rubylith a listarelle. Queste strisce venivano poi fisicamente attaccate a fogli trasparenti appesi nelle vicinanze. Quando arrivava il momento di assemblare il chip definitivo, ogni strato di silicio o di alluminio era stato inframmezzato con del nastro
adesivo e fogli di rubylith. Oggi, la produzione di chip è
realizzata con sofisticati strumenti di automazione elettronica e di software programmato da team di ingegneri
in ambienti ultra-clean.
Le fabbriche di chip sono chiamate “. All’interno di queste fabs ci sono le clean rooms, nelle quali ha luogo l’attuale produzione di chip. Secondo gli esperti del settore,
il costo di manutenzione di una clean room di classe 1,
compresi i relativi costi ambientali, si aggira intorno ai
30.000-50.000 dollari al metro quadrato all’anno.
“Il ricambio ed il filtraggio dell’aria è ciò che rende le clean
rooms pulite e sono sistemi molto costosi da gestire”, dice
Barry Rockwell, manager di una fab a Photronics, Austin,
Texas (USA) che impiega 130 lavoratori nella sua clean
room in classe 1.
5
primo piano
La sede della National Instruments
La pulizia di una clean room deve essere molto scrupolosa: un ambiente di classe 1 deve avere meno di 100
particelle di mezzo micron di dimensione per ogni 0,03
metri cubi d’aria. L’aria viene ricambiata oltre 400-600
volte per ora e filtrata attraverso filtri HEPA del particolato
atmosferico. I ventilatori lavorano ininterrottamente
24h/24h e 7g/7g. Se essi vengono spenti o se la loro velocità cambia, possono essere necessarie delle ore per
raggiungere il corretto livello di purezza dell’aria.
Le squadre di manutenzione interna possono svolgere
compiti minori, come il controllo o la pulizia dei filtri dell’aria, ma la complessità dell’ambiente clean-room determina che gran parte della sua manutenzione è affidata
all’esterno ad imprese specializzate. Infatti, tutte le problematiche di manutenzione di questo tipo di ambienti dal collegamento elettrico difettoso alla lubrificazione insufficiente di un motore del ventilatore - possono avere un
impatto immediato e diretto sulla produzione. E i costi
energetici, già alti per questo tipo di attività, possono salire rapidamente se le bobine del condensatore non vengono pulite adeguatamente oppure se il livello del refrigerante è basso.
Perdere il controllo della temperatura potrebbe costare
dalle 24 alle 48 ore di inattività prima di poter tornare a
una temperatura stabile e iniziare a produrre di nuovo.
nterruzioni di corrente possono essere altrettanto devastanti. Per prevenirle, la Photronics utilizza feed multipli tra
le fonti di alimentazione ed è dotata di uno per la com-
6
mutazione tra di loro. Tale sistema è supportato da generatori diesel o co-generatori in
modo che la fab sia in grado
di generare autonomamente
energia, se necessario.
Rockwell dice che la fab mantiene anche la ridondanza in
un sistema a cinque pompe
che porta acqua deionizzata
refrigerata attraverso il ciclo
dell’aria condizionata.
La riduzione del costo della
manutenzione delle clean
room è una delle maggiori
preoccupazioni per i produttori di alta tecnologia. Una soluzione che si sta applicando
è quella di utilizzare una sala mini-clean. La Maxwell Technologies di San Diego, California (USA), un costruttore
di ultracapacitors per gli alimentatori di backup, ha installato queste stazioni “portatili” di lavoro a singolo operatore/operazione, provviste di certificazione di clean
room classe 1; esse sono di dimensioni ridotte e racchiuse in un contenitore con cappuccio, che fornisce un
controllo di temperatura, di umidità e di pulizia e sono
anche dotate di ruote per permettere la loro mobilità.
“Tutte le nostre fabbriche sono altamente riconfigurabili
per l’efficienza”, afferma Richard Smith, vice presidente
esecutivo per lo sviluppo imprenditoriale. “Se si cambia un
flusso di processo, siamo in grado di creare l’ambiente
super-pulito in una delle nostre clean station, ma non abbiamo le clean room tradizionali”. È importante sottolineare che le stazioni portatili costano meno di 10.000
dollari ognuna ovvero pari al costo di una clean room di
classe 1 permanente della superficie di 0,20 metri quadrati.
Chiaramente, il funzionamento ed il mantenimento di un
impianto di produzione ad alta tecnologia sono diversi da
quelli di una operazione di fabbricazione standard. Ciò è
dovuto all’uso di nuovi materiali, alle attrezzature e alle
competenze necessarie, oltre che a un incremento della
specificità e ai brevi cicli di vita dei prodotti.
Alla Mine Safety Appliances Co. di Pittsburgh, Pennsylvania (USA), si producono una vasta gamma di dispositivi di
Anno 4 Numero 5 Novembre/Dicembre 2010
primo piano
rilevazione ad alta tecnologia, che utilizzano una scheda
di circuiti elettronici, processori, schermi e un dispositivo
di rilevamento. direttore delle operazioni, Alan DiGiovanni,
afferma che questo tipo di prodotti non può essere fabbricato su una macchina che non è altrettanto high-tech,
e manutenuta in modo high-tech.
Come per esempio nella tecnologia di assemblaggio superficiale, una operazione fondamentale nel settore dell’elettronica, si devono prendere e posizionare dei componenti su una scheda elettronica. Essa è controllata da
un computer ed ha diverse parti in movimento.
In caso di guasto, un tecnico di manutenzione può eseguire piccole riparazioni e gli interventi di manutenzione
preventiva pianificati.
Ma DiGiovanni dice che il problema che i suoi tecnici di
manutenzione affrontano è la diversità delle apparecchiature presenti nello stabilimento e il fatto che essi non
lavorano sulla stessa unità ogni giorno. Come risultato,
dice, la professionalità di manutenzione cresce lentamente.
m m
Maintenance and Facility Management
“Abbiamo scoperto che come il livello di sofisticazione aumenta,
quando un problema si è verificato,
sia necessario un più elevato livello
tecnico che richiede un altissimo livello di formazione o di abilità per
risolverlo”, afferma DiGiovanni. “Se
non riuscivamo a risolvere il problema, abbiamo dovuto solo fare
affidamento sui nostri fornitori di
servizi per la manutenzione delle
macchine perché essi sono specializzati nell’eseguire queste operazioni”
Per mantenere il funzionamento ed
esercizio delle proprie macchine
high-tech, la MSA ha sviluppato un
sistema chiamato lean sigma, che è
una combinazione di tecniche di
Schema di una
postazione di
lean manufacturing con le direttive
lavoro a “clean
di qualità Six Sigma al fine di miroom”
gliorare le operazioni di produzione.
Questo prevede la formazione di tutti
i lavoratori nella linea di produzione.
DiGiovanni sottolinea che una differenza fondamentale tra
un impianto che produce prodotti di alta tecnologia rispetto a uno che non li produce è il livello di abilità della
rispettiva forza lavoro.
A complicare ulteriormente la produzione high-tech ed i
problemi di manutenzione futuri è la tendenza a rendere
le cose sempre più piccole. Il micro-dimensionamento e
la nanotecnologia sono all’orizzonte, e così come prodotti
high-tech diventano sempre più piccoli parallelamente le
apparecchiature utilizzate per la loro fabbricazione dovranno diventare sempre più sofisticate, così come le conoscenze necessarie per poterle riparare e manutenere.
La sfida sarà per il personale di manutenzione ad alta tecnologia che non solo dovrà conoscere sempre di più i sistemi elettronici di controllo, ma dovrà ulteriormente affinare il proprio senso di precisione. Questo sarà importante quando saranno chiamati a pronunciarsi sul perché
una macchina non è precisa nel piazzamento di un componente che i tecnici stessi non potranno nemmeno vedere. 7