วันจันทร์ที่ 8 กันยายน พ.ศ. 2551

งานที่อาจารย์ให้ส่ง

1. CAD , CAM , CAE คืออะไร และเกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรมอย่างไร จงอธิบาย
ตอบ CAD ซึ่งย่อมาจาก Computer Aided Design โดยใช้โปรแกรมสำเร็จรูปต่างๆ
และหลังจากนั้นจะใช้โปรแกรมอีกประเภทหนึ่งซึ่งเรียกว่า CAM (Computer Aided Manufacturing)
ทำการแปลงตำแหน่งต่างๆ ของแบบที่เราสร้างมาจากโปรแกรม CAD ให้เป็น code ที่เรียกว่า
G-Code หลังจากนั้นเราก็นำเอา G-Code ที่ได้นี้ไปโหลดลงเครื่องจักร CNC แลวสั่งให้เครื่อง
จักรทำงานตามที่เราได้ตั้งโปรแกรมไว้ เครื่องจักรก็จะสามารถผลิตชิ้นงานตามที่เราออกแบบ
ได้ครับ
ตอบ CAMเป็นคำย่อของคำว่า Computer Aided Manufacturing ซึ่งแปลตามศัพท์ได้ความว่า
การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต ซึ่งจะใช้ซอฟท์แวร์เพื่อควบคุมเครื่องจักร ให้สามารถสร้าง
ชิ้นงานได้ตามที่ได้ออกแบบไว้แล้ว สำหรับการนำเอาคอมพิวเตอร์มาช่วยในการผลิตนั้น
มีชื่อเรียกว่า CAM ย่อมาจากคำว่า Computer Aided Manufacturing โดยทั่วเป็นการใช้
โปรแกรมคอมพิวเตอร์ ช่วยการทำงานของเครื่องจักรกลอัตโนมัติได้แก่ เครื่องกัดอัตโนมัติ เ
ครื่องกลึงอัตโนมัติ เครื่องตัดด้วยลวดอัตโนมัติเป็นต้นตามปรกติเครื่องจักรกลอัตโนมัติจะ
ทำงานตามคำสั่งที่เขียนไว้ในชุดคำสั่งหรือที่เรียกว่า NC Program ซึ่งชุดคำสั่งเหล่านี้จะ
ประกอบไปด้วยคำสั่งที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของเครื่องมือตัด ให้ตัดงานตามที่ต้องการทั้ง
รูปร่างและขนาด คำสั่งในการเปิดปิดอุปกรณ์ช่วยงานในส่วนอื่น ๆ เช่นปั๊มนํ้าหล่อเย็น SPINDLE
เป็นต้น แต่เดิมผู้ควบคุมเครื่องหรือช่างเทคนิคจะเป็นผู้เขียนโปรแกรมเหล่านี้ด้วยตนเองซึ่ง
นอกจากจะทำให้เสียเวลาในการทำงานเป็นอย่างมากแล้วยัง อาจเกิดความผิดพลาดขึ้นได้หากผู้เขียน
โปรแกรมอ่านแบบผิดหรือเขียนโปรแกรมผิดโดยไม่เจตนาหรือในบางกรณีอาจเป็นไปไม่ได้เลย
ที่มนุษย์จะเขียนโปรแกรมเองโดยเฉพาะเส้น ทางเดินของเครื่องมือตัดที่ตัดงานเป็นรูป 3 มิติ
ดังนั้นเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว จึงมีการพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อช่วยงานดังกล่าว โดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะสามารถสร้าง NC Program ที่ต้องการจากวัตถุ 3 มิติที่สร้างไว้แล้วก่อนหน้านี้
ตอบ CAE (Computer Aided Engineering) อาจจัดได้ว่าเป็นคลื่นลูกที่สามซึ่งมีผลกระทบโดยตรง
ต่อเทคโนโลยีการผลิตและการออกแบบสำหรับภาคอุตสาหกรรมไทยในปัจจุบัน เป็นคลื่นลูกใหม่
ต่อจากคลื่นของเทคโนโลยี CAD (Computer Aided Design) และ CAM (Computer Aided Manufacturing)
ซึ่งกระทบภาคอุตสาหกรรมการผลิตของไทยในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ในกรณีคลื่นของเทคโนโลยี
CAD และ CAM ที่ผ่านมานั้น วิศวกรและช่างเทคนิคไทยสามารถรับมือและปรับสภาพความพร้อม
ได้โดยไม่ยากนัก ทั้งนี้เนื่องจากกระบวนการที่มีอยู่ในเทคโนโลยีทั้งสองนี้สามารถทำความเข้าใจ
ได้ด้วยตนเองและใช้วิจารณญาณพิจารณาความถูกต้องได้โดยตรงจากการมองรูปภาพกราฟฟิก
บนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ดังจะสังเกตได้จากโปรแกรมคอมพิวเตอร์การเขียนแบบ เช่น AutoCAD
ซึ่งเคยเป็นของแปลกใหม่และได้รับความสนใจในการเรียนรู้กันอย่างกว้างขวางเมื่อประมาณ 5 ปีที่แล้ว
ได้กลายมาเป็นของปกติธรรมดาที่สามารถเรียนรู้กันได้ด้วยตนเองบนเครื่องคอมพิวเตอร์
ส่วนบุคคลทั่วไป คลื่นของเทคโนโลยี CAE ไม่เป็นเช่นนั้น คลื่นลูกใหม่ CAE นี้ต้องการความรู้
ในหลายๆด้านก่อนจะนำมาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ องค์ประกอบของความรู้ที่จำเป็นเริ่มตั้งแต่
(1) ความเข้าใจในคณิตศาสตร์ขั้นสูงทางวิศวกรรม (Advanced engineering mathematics)
ที่ประกอบด้วยสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย (Partial differential equations) ซึ่งอยู่ในรูปแบบของ
สัญลักษณ์คล้ายเลขหกกลับทางที่เคยศึกษากันในระดับชั้นปีที่สี่ในมหาวิทยาลัย (2) ความเข้าใจใน
ระเบียบวิธีการคำนวณขั้นสูง เช่น ระเบียบวิธีผลต่างสืบเนื่อง (Finite difference method) หรือ
ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite element method) ที่เริ่มเปิดสอนกันตามมหาวิทยาลัยซึ่ง
แปลงสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยดังกล่าวข้างต้นไปเป็นสมการทางพีชคณิตเพื่อให้สามารถคำนวณ
ออกมาเป็นตัวเลขได้ (3) ความเข้าใจในระเบียบวิธีเชิงตัวเลข (Numerical methods) ที่ปัจจุบันกลาย
เป็นวิชาบังคับในการเรียนวิศวกรรมศาสตร์ระดับปริญญาตรีในหลายสาขา ความรู้ที่เกิดขึ้น
ในระเบียบวิธีเชิงตัวเลขนี้เองจำเป็นต้องนำไปผนวกกับระเบียบวิธีการคำนวณขั้นสูงในข้อที่
แล้วอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (4) ความเข้าใจในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วยขั้นตอนของ
การคำนวณ เนื่องจากงานขนาดใหญ่อาจต้องใช้เวลาในการคำนวณนานหลายวัน ผู้วิเคราะห์จะ
สามารถเข้าใจได้ว่าในช่วงเวลานานนั้นโปรแกรมคอมพิวเตอร์กำลังทำอะไรอยู่ อันเป็นผลต่อ
เนื่องทำให้เกิดความมั่นใจในผลลัพธ์ที่คำนวณได้ และ (5) ประสบการณ์การใช้เครื่องคอมพิวเตอร์
และโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ทั้งนี้เนื่องจากผลลัพธ์ที่คำนวณได้นั้นประกอบด้วยตัวเลขเป็น
จำนวนมาก จำเป็นต้องทำความเข้าใจโดยการพิจารณาผลลัพธ์ที่แสดงเป็นกราฟฟิกสี จะ
ดูเป็นเพียงตัวเลขแบบงานเก่า ๆ ในอดีตไม่ได้อีกแล้ว

2. CAD , CAM , CAE มีความเกี่ยวข้องกันอย่างไร
ตอบ การใช้งานร่วมกันของระบบ CAD , CAM , CAE การผลิตโดยทั่วไปจะเริ่มต้นจากการใช้ CAD ในการออกแบบชิ้นส่วนหรือแก้ไขข้อมูล
เชิงตัวเลขที่ได้จากการสแกนชิ้นงาน หลังจากนั้นจะใช้ CAE ในการวิเคราะห์ชิ้นส่วนต่าง ๆ
ว่ามีคุณสมบัติตามที่ต้องการไหม ถ้ามีปัญหาก็จะใช้ CAD แก้ไขจุดบกพร่อง แล้วใช้ CAE
จนกว่าจะได้ชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ หลังจากการใช้ CAE วิเคราะห์ชิ้นงานจน
ได้ตามที่ต้องการแล้วก็จะใช้ CAM แก้ไขเส้นทางเดินทางของเครื่องมือกัดขึ้นรูปแล้วจาก
นั้นก็ใช้ CAM สร้างรหัสจีเพื่อส่งไปให้เครื่องจักรซีเอ็นซี ทำการกัดขึ้นรูปชิ้นงานหรือ
กัดแม่พิมพ์ เมื่อซีเอ็นซี กัดชิ้นงานเสร็จแล้ว เรายังสามารถใช้ CAE ในการตรวจสอบชิ้น
งานที่สร้างขึ้นมาว่ามีขนาดตรงตามแบบหรือไม่ในกรณีที่งานต้องการความเที่ยงตรงสูง ระบบ CAD/CAM/CAE ไม่จำเป็นที่ดีที่สุดที่ขายในท้องตลาด สิ่งที่สำคัญคือการเลือกใช้
งานตามความเหมาะสมกับความต้องการกับการใช้งานของโรงงานหรือบริษัทนั้น ๆ ถึงแม้ว่า
โรงงานที่ใช้ระบบงานนี้ได้ดี สิ่งที่สำคัญที่จะทำให้การใช้งานระบบประสิทธิภาพคือบุคลากร
ที่ปฏิบัติงาน ต้องมีความรู้ความเข้าใจในระบบดีพอสมควร เช่น งานทำแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก
เราใช้ CAE ทบทวนชิ้นส่วนที่ออกแบบก่อนที่จะใช้เครื่องจักรซีเอ็นซีทำการกัดขึ้นรูป
เพื่อยืนยันว่าแม่พิมพ์เมื่อนำไปฉีดแล้วพลาสติกจะไหลเข้าไปเต็มแม่พิมพ์อย่างถูกต้องแน่นอน
ซึ่งการวิเคราะห์นี้จะทำให้เราเห็นว่าพื้นที่ส่วนไหนที่พลาสติกไม่สามารถไหลเข้าไปได้เต็ม
หรือทำให้เกิดโพรงอากาศ หรือเส้นรอยเชื่อมต่อ การเปลี่ยนแปลงแบบเพื่อปรับปรุงให้สามารถ
ฉีดพลาสติกได้เต็มแบบสามารถทำได้ในจุดนี้ซึ่งแบบยงไม่ได้ทำจริง สิ่งนี้จะช่วยประหยัดเงินทุน
จำนวนมากซึ่งเกี่ยวเนื่องกันการเปลี่ยนเครื่องมือกัดชิ้นงาน
3. จงยกตัวอย่าง งาน หรือ ระบบงาน หรือ เครื่องมือ เครื่องจักร ที่มี CAD , CAM , CAE
เป็นองค์ประกอบ โดยค้นคว้าจากแหล่งข้อมูลต่าง ๆ
ตอบ
การนำ CAMไปใช้ในงานอุตสาหกรรม
การใช้งาน CAM นี้หากจะให้ได้ผลเต็มที่ทั้ง 3 ส่วนคือ CAD/CAM/CAE จะต้องสามารถส่งข้อมูลถึงกันและกันได้ เวลาใช้งานมันต้องต่อกันทั้ง 3 ส่วน ส่วนไหนมีการแก้ไข (Up Date) ข้อมูลอีก 2 ส่วน ก็จะถูกแก้ไขด้วยโดยอัตโนมัติ เช่นเริ่มต้นที่ CAD ช่างเขียนแบบก็จะเริ่มจินตนาการขึ้นมา ข้อมูลที่ได้จาก CAD ก็จะถูกส่งไปให้ทั้งหน่วยผลิตและวิศวกร หน่วยผลิตก็จะดูว่ารูปร่างหน้าตาแบบนี้จะต้องเตรียมเครื่องมืออะไรบ้าง กระบวนการผลิตจะใช้แบบไหนขณะเดียวกันวิศวกรก็จะเริ่มดูว่า ความแข็งแรง อายุการใช้งาน เหมาะสมไหม หรือมีตรงไหนที่ต้องปรับปรุงบ้าง จะมีการสื่อสารกันตลอดเวลา หากทางหน่วยผลิตบอกว่าตรงนี้ต้องมีการแก้ไขเนื่องจากเครื่องมือที่เรามีนั้นไม่สามารถจะทำตรงนี้ได้ ก็จะต้องมีการเปลี่ยนรูปร่างใหม่ ข้อมูลการเปลี่ยนแปลงนี้ก็จะส่งถึงทุกคนแบบทันทีทันใด หรือในกรณีวิศวกรทำการวิเคราะห์แล้วเห็นว่าตรงนี้มันค่อนข้างอ่อนแอ จำเป็นที่จะต้องเพิ่มเนื้อวัสดุเข้าไป ทั้งช่างเขียนแบบ CAD และหน่วยผลิตก็จะทราบเหตุการณ์นี้ในเวลาเดียวกัน ทำให้แก้ไขแบบได้ในทันท่วงที ไม่ใช่ผลิตออกมาก่อนแล้วมานั่งไล่แก้กันทีหลัง
ในระบบปัจจุบัน CAD/CAM/CAE ได้ถูกพัฒนาให้ทำงานร่วมประสานกันโดยผ่านเข้าสู่อินเตอร์เน็ตทำให้สามารถดำเนินการออกแบบและแก้ไขแบบของผลิตภัณฑ์ได้ทุกแห่งของโลก เช่น อุตสาหกรรมผลิตรถยนต์ ผู้ออกแบบซึ่งอยู่ที่อังกฤษจะส่งรายละเอียดของแบบไปยังวิศวกรที่อเมริกา จากนั้นข้อมูลต่างๆ ที่จำเป็นในการผลิตจะถูกส่งต่อไปยังผู้ผลิตที่อยู่ที่อิตาลี ทำให้การเลือกใช้ความสามารถของบุคลากรและทรัพยากรต่างๆ มีอย่างไม่จำกัด