Применение обратного инжиниринга при разработке оборудования для проверки HEPA-фильтров на производстве

Using Reverse Engineering in Development of Equipment for Factory-Testing of HEPA Filters

V. D. Gnezdilov, S. P. Kumanev, V. Yu. Karpenko, A. K. Rybakov, A. V. Gospodinov, OOO "VL ASEPTIKA"

Keywords: fine filters, HEPA filter, reverse engineering methodology, filtering material

EPA-class high-efficiency HEPA and ULPA fine filters play a key role in providing the required air purity level in production facilities. To guarantee reliable operation of such filters it is important to test them in accordance with the regulatory documents. Standards and requirements for air purification quality control in clean rooms are regularly revised. One of the base documents is a set of standards GOST R EN 1822, which in details regulates classification of high-efficiency filters, methods of their testing, and efficiency evaluation criteria.

The goal of this Article is to analyze application of reverse engineering methods in creating testing equipment for verification of efficiency and integrity of HEPA filters in production facilities. The article looks into the principles of the reverse engineering and demonstrates how their use allowed for development of national instruments for testing HEPA filters in accordance with the requirements of GOST R EN 1822.

Описание:

Высокоэффективные фильтры тонкой очистки класса EPA, HEPA и ULPA играют ключевую роль в обеспечении необходимого уровня чистоты воздуха на производстве. Для гарантии надежной работы таких фильтров важно проводить их испытания в соответствии с нормативной документацией. Стандарты и требования к контролю качества очистки воздуха в чистых помещениях регулярно пересматриваются. Одним из базовых документов является комплекс стандартов ГОСТ Р ЕН 1822, который детально регламентирует классификацию высокоэффективных фильтров, методы их испытаний и критерии оценки эффективности.

Целью данной статьи является анализ применения методов обратного инжиниринга при создании испытательного оборудования для проверки эффективности и целостности HEPA-фильтров на производстве. В статье рассматриваются принципы обратного инжиниринга и демонстрируется, как их использование позволило разработать отечественные приборы для испытаний HEPA-фильтров в соответствии с требованиями ГОСТ Р ЕН 1822.

Ключевые слова: HEPA-фильтр, фильтрующий материал, фильтры тонкой очистки, методология обратного инжиниринга

Применение обратного инжиниринга при разработке оборудования для проверки HEPA-фильтров на производстве

А. В. Господинов, ООО «ВЛ АСЕПТИКА»

Введение

Высокоэффективные фильтры тонкой очистки класса EPA, HEPA и ULPA играют ключевую роль в обеспечении необходимого уровня чистоты воздуха на производстве. Для гарантии надежной работы таких фильтров важно проводить их испытания в соответствии с нормативной документацией [1–5]. Стандарты и требования к контролю качества очистки воздуха в чистых помещениях регулярно пересматриваются. Одним из базовых документов является комплекс стандартов ГОСТ Р ЕН 1822, который детально регламентирует классификацию высокоэффективных фильтров, методы их испытаний и критерии оценки эффективности.

Цель

Целью данной работы является анализ применения методов обратного инжиниринга при создании испытательного оборудования для проверки эффективности и целостности HEPA-фильтров на производстве. В статье рассматриваются принципы обратного инжиниринга и демонстрируется, как их использование позволило разработать отечественные приборы для испытаний HEPA-фильтров в соответствии с требованиями ГОСТ Р ЕН 1822.

Актуальность

Обеспечение качества HEPA-фильтров является критически важным, поскольку от этого зависит поддержание требуемого класса в чистых помещениях. Стандарты серии ГОСТ Р ЕН 1822 устанавливают процедуры и критерии испытаний: фильтры должны обладать заданной эффективностью улавливания частиц наиболее проникающего размера и не иметь локальных утечек воздуха. В отечественной практике долгое время ощущалась нехватка современных установок для тестирования HEPA-фильтров, соответствующих стандарту. Импортные установки были крайне дорогими, а в последние годы их поставки ограничены. Применение обратного инжиниринга стало одним из ключевых подходов, позволивших сократить цикл разработки, используя имеющийся опыт разработки методик и устройств, и тем самым вывести на рынок оборудование для проверки фильтров.

Описание стандарта ГОСТ Р ЕН 1822 и требования к испытаниям

ГОСТ Р ЕН 1822 «Высокоэффективные фильтры очистки воздуха EPA, HEPA и ULPA» представляет собой многочастный стандарт, определяющий классификацию фильтров по эффективности и методы их испытаний. Таким образом, стандарты серии ГОСТ Р ЕН 1822 задают как количественные методы испытаний (с высокоточной аппаратурой), так и более простые визуальные методы, требуя при этом наличия специализированного оборудования для их реализации.

Принципы обратного инжиниринга и их применение

Обратный инжиниринг – это процесс исследования существующего изделия или технологии с целью извлечения конструктивной и функциональной информации для воспроизведения или улучшения данного изделия. В контексте разработки испытательного оборудования обратный инжиниринг предполагает детальный анализ доступных прототипов и описаний методик испытаний, чтобы на их основе спроектировать собственное устройство, удовле-творяющее тем же требованиям. При создании оборудования для проверки HEPA-фильтров методология обратного инжиниринга позволила существенно ускорить разработку ТЗ и проектирование изделия.

Опыт разработки отечественного испытательного оборудования по ГОСТ Р ЕН 1822

Для выполнения испытаний плоских образцов фильтрующего материала (ГОСТ Р ЕН 1822-3-2012) был создан прибор с ручным прижимом KitAseptica ISO 1822^® (рис. 1) [6]. Эта установка представляет собой испытательную камеру, состоящую из подвижной верхней секции и фиксированной нижней секции, между которыми размещается образец фильтрующего материала площадью 100 см² согласно стандарту. Механизм обеспечивает герметичный прижим образца; через образец прокачивается аэрозоль от генератора, а измерения концентрации частиц происходят до и после образца, как и перепада давления. Проведение большого числа испытаний затруднено из-за ручного прижима фильтрующего материала.

Следующим шагом развития стало создание автоматизированного испытательного стенда ИС-ФМ (испытательный стенд для фильтрующих материалов) (рис. 2). Стенд вобрал в себя все необходимые компоненты для проверки фильтров и предназначен для серийных испытаний образцов фильтрующего материала.

Маркетинг

В рамках разработки прибора для визуального контроля протечки HEPA-фильтров мы ориентируемся на модель маркетинг-микса 4Р, которая позволяет системно выстроить стратегию выведения оборудования на рынок и обеспечить его конкурентоспособность (рис. 3).

Product (продукт). Разрабатываемое устройство будет представлять собой средних размеров функциональный прибор, обеспечивающий визуальную проверку целостности HEPA-фильтров с использованием масляной струйки, в строгом соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ Р ЕН 1822-4 (Приложение А).
Price (цена). Благодаря локализации производства прибор будет иметь цену значительно ниже импортных аналогов (на 30–50 % дешевле в зависимости от конфигурации).
Place (место). Продвижение будет ориентировано на изготовителей HEPA-фильтров и заказчиков, которым необходима проверка непосредственно на производстве или в лаборатории.
Promotion (продвижение). Продвижение прибора будет опираться на демонстрации на отраслевых мероприятиях, публикации в журналах, цифровой маркетинг.

На данный момент представлено несколько моделей оборудования, предназначенного для проверки HEPA-фильтров методом визуального контроля с использованием масляной струйки. Среди наиболее известных решений можно выделить модели китайского (1), немецкого (2) и турецкого (3) производства и др. Эти приборы демонстрируют широкий диапазон характеристик: от базовых моделей с ручным управлением и ограниченными функциями до более продвинутых установок с автоматическим контролем параметров аэрозоля и встроенными измерительными системами (табл. 1).

Проведенное маркетинговое исследование выявило, что указанные установки, несмотря на свое техническое совершенство, имеют ряд ограничений. Например, некоторые приборы ориентированы только на определенные типоразмеры фильтров, а часть решений предполагает высокую стоимость и трудности с поставками на территорию РФ. Кроме того, многие устройства имеют громоздкие габариты или требуют значительных усилий при обслуживании.

Мы стремимся создать оборудование, адаптированное под отечественные условия, обеспечивающее:

универсальность в работе с различными типоразмерами фильтров;
компактность, мобильность и простоту эксплуатации;
конкурентоспособную цену;
возможность обслуживания на территории РФ.

Учитывая вышеизложенное и требования по ГОСТ Р ЕН 1822-4 (Приложение А), в настоящее время нашей компанией ведется разработка нового прибора для оперативной проверки целостности готовых HEPA-фильтров методом масляной струйки. На данный момент разработано ТЗ, в котором указаны характеристики испытательного стенда, нарисована принципиальная схема стенда (рис. 4), выбраны вентиляторы для прокачки аэрозоля через фильтр. Основные пункты ТЗ выделены далее.

Прибор может быть выполнен так, чтобы можно было анализировать плоский, цилиндрический или V-образный HEPA-фильтр (класс H-13, H-14).
Фильтр должен устанавливаться горизонтально.
Зона наблюдений должна быть защищена от неконтролируемых потоков воздуха из окружающей среды.
Яркость ламп должна превышать 1000 лк в рабочей плоскости, зона вокруг фильтра должна быть освещена строго сверху.
Фон должен быть выполнен строго черным для обеспечения визуального контроля.
В качестве генератора аэрозольных частиц может служить генератор тумана KitAseptiсa FOG GEN^® C.
Прибор должен быть изготовлен «под ключ» (разработка, изготовление, пусконаладка, первичная аттестация).
Средства измерения должны быть пове-рены, иметь свидетельство о поверке и быть включены в Госреестр средств измерений.
Площадь фильтрующего материала для данного фильтра составляет S = 23,9 м², производительность фильтра N = 4000 м³/ч, а скорость потока воздуха через фильтрующий материал v = 0,013 м/с.
Объемный расход воздуха, который нужно минимально подавать на фильтр, составляет:

V = S · v = 23,9 · 0,013 = 0,311 м³/с = 1118,520 м³/ч.
Сопротивление фильтра составляет 100–200 Па, соответственно, минимальный поток воздуходувки составляет 1350–1580 м³/ч.

До конца года мы планируем разработать все чертежи и провести сборку данного стенда.

Заключение

Применение методов обратного инжиниринга при создании оборудования для испытания HEPA-фильтров показало свою эффективность на практике. В дальнейшем накопленный опыт может быть использован для создания нового испытательного оборудования. У данной статьи планируется вторая часть, которая выйдет после разработки и сборки испытательного стенда на проверку НЕРА-фильтров методом масляной струйки по ГОСТ Р ЕН 1822-4-2012 (Приложение А).

Литература

ГОСТ Р ЕН 1822 (Части 1–5) «Высокоэффективные фильтры очистки воздуха EPA, НЕРА и ULPA».
СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
ГОСТ Р ЕН 779-2014 «Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение технических характеристик».
ГОСТ 56638-2018 «Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования».
ГОСТ 29463-3-2024 «Высокоэффективные фильтры и фильтрующие материалы для удаления частиц из воздуха. Часть 3. Испытания плоского фильтрующего материала».

aseptica.biz