CAD/CAM: การสร้างเครื่องจักรและผลิตภัณฑ์ด้วยเทคนิค ‘Computer- aided’ (1)

Isaac Asimov เจ้าพ่อนวนิยายวิทยาศาสตร์กล่าวว่า “ผมไม่เคยกลัวคอมพิวเตอร์เลย แต่กลัวเวลาที่ไม่มีมันมากกว่า” ส่วน Alan Turing บิดาแห่งคอมพิวเตอร์บอกว่า “คนที่กล้าจินตนาการเท่านั้นที่จะสร้างสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ (ให้เป็นไปได้) เรามาดูกันว่า ด้วย ‘คณิตกรณ์ผู้ช่วย’ หรือ ‘Computer- aided จะช่วยงานเราในการออกแบบและการผลิตได้อย่างไร นี่คือสิ่งที่ควรรู้ในขั้นพื้นฐาน

ในโลกแห่งประดิษฐกรรมอุตสาหกรรม หรือ industrial fabrication คอมพิวเตอร์มีบทบาทสำคัญในการตอบรับแนวคิดของมนุษย์แล้วนำไปสู่ความเป็นจริง production workflows ที่ถูกแปลงเป็นดิจิทัลนั้นมีใช้อยู่ในทุกที่ แต่ก็ยังมีความสับสนอยู่บ้าง หากคุณกำลังดิ้นรนเพื่อหัวหรือก้อยของ ‘คอมพิวเตอร์ช่วยการออกแบบ’ หรือ computer-aided design-CAD และ ‘คอมพิวเตอร์ช่วยการผลิต’ หรือ computer-aided manufacturing -CAM คุณอาจไม่ได้เป็นอยู่คนเดียว

เทคนิคเหล่านี้ทำงานอย่างไร และอะไรคือเรื่องใหญ่ ๆ เกี่ยวกับการควบคุมสิ่งเหล่านี้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมความเข้าใจจึงจำเป็นสำหรับทุกคน ตั้งแต่คนงานในโรงงานและนักออกแบบแนวคิดผลิตภัณฑ์ (product concept designer) ไปจนถึงเหล่า start-up CEOs

Exploring the functional definitions

CAD และ CAM คืออะไร ความสับสนเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าทั้งสองเทคนิคนี้มักถูกใช้ในอุตสาหกรรมเดียวกัน ทว่าในความเป็นจริงแล้วมันแตกต่างกัน อธิบายให้เข้าใจง่ายๆ Computer-aided design (CAD) คือ ‘คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ’ หรือที่เราเรียกอีกอย่างว่า ‘คอมพิวเตอร์ช่วยในการร่างแบบ’ หรือ ‘computer-aided drafting’ เป็นกระบวนการของการใช้ซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์เพื่อสร้าง ปรับปรุง หรือปรับเปลี่ยนแผนการผลิต เพื่อให้ผู้ออกแบบสามารถปรับเปลี่ยนคุณลักษณะ หรือ specifications ที่จะใช้ในการสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ โดยขั้นตอนการทำงานที่ใช้แอพลิเคชันพื้นฐานเหล่านี้ทำให้การปฏิบัติงานทั่วไปง่ายขึ้น

‘คอมพิวเตอร์ช่วยการผลิต’ หรือ Computer-aided manufacturing (CAM) เกี่ยวข้องกับการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เกิดขึ้นจริง ส่งผลให้เกิดการผลิตต้นแบบและสินค้าสำเร็จรูป ตัวอย่างเช่น เทคนิคทั่วไปอย่างหนึ่งที่รู้จักกันก็คือ computer numerical control  หรือ CNC คือการควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นการใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานของเครื่องจักรกลต่าง ๆ โดยอัตโนมัติ เช่น rotating router หรือ lathe bit บน raw workpiece

Key distinctions

หากยังสับสนเกี่ยวกับความแตกต่างของ CAD และ CAM ต่อไปนี้คือเคล็ดลับการแยกแยะ

• Location and context/ที่อยู่และเนื้อหา CAD หรือ Computer-aided drafting ทั้งหมดมักเกิดขึ้นบนคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรืออุปกรณ์ที่คล้ายกัน แม้ว่า machining shops และวิศวกรบางแห่งอาจใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงแบบพิเศษเช่น เมาส์หลายปุ่ม-multi-button mice, แท็บเล็ตกราฟิก-graphics tablets, แทร็กบอล-trackballs หรือแม้แต่ augmented-reality (AR) enclosures, อินเทอร์เฟซทางกายภาพเหล่านี้ไม่ใช่สิ่งสำคัญ (ที่จำเป็นต้องมี) ในทางกลับกัน ‘การผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย’ หรือ ‘คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต’ (Computer-aided manufacturing หรือ CAM) เกิดขึ้นในพื้นที่ 3 มิติเป็นหลัก เนื่องจากมันเกี่ยวข้องกับประดิษฐกรรมของวัตถุทางกายภาพจริง ๆ CAM ต้องการเพียงคอมพิวเตอร์สำหรับการควบคุมเครื่องจักรเท่านั้น

• Output/ผลลัพท์ อันนี้ค่อนข้างเข้าใจง่าย สุดท้ายเมื่อ CAD ทำงานสำเร็จแล้ว user จะได้รับไฟล์ดิจิทัลในฟอร์แมตต่าง ๆ เช่น AutoCAD DXF, DWG หรือ STL ส่วนผลลัพท์ที่ได้จาก CAM ก็คือสิ่งที่จับต้องได้ เช่น หน้าแปลน (flange), electronics enclosure หรือ bespoke tool

What are these tools used for?

วิธีที่ดีอีกวิธีหนึ่งในการบอกความแตกต่างระหว่างกระบวนการใช้ซอฟต์แวร์สองกระบวนการนี้ก็คือ ให้ดูที่วัตถุประสงค์ของกระบวนการ แม้ว่าทั้งคู่จะมีส่วนร่วมในการปรับปรุงงานด้านเทคนิคเป็นสำคัญ แต่ต่างก็โฟกัสไปที่แง่มุมที่แตกต่างกันของสายการผลิต

Effective conceptualization

CAD ช่วยให้จัดการกับแนวความคิดในการสร้างแบบจำลองของชิ้นส่วนรวดเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น ผู้ออกแบบสามารถดูได้ทันทีว่า ความแตกต่างในการการปรับเปลี่ยนผลิตภัณฑ์จะมีลักษณะอย่างไร โดยไม่ต้องวาดรูปแบบที่หลากหลายด้วยตนเอง

การร่างด้วยคอมพิวเตอร์ซอฟต์แวร์ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการแบ่งปันของแบบจำลองต่างๆ หรือ shareability of models เมื่องานด้านวิศวกรรมมีเพิ่มมากขึ้น บริษัทต่างๆ จึงจำเป็นต้องใช้แบบจำลองที่พวกเขาสามารถเผยแพร่ได้อย่างรวดเร็วผ่านอีเมล การควบคุมเวอร์ชัน และวิธีการทั่วไปอื่น ๆ การปรับเปลี่ยน workflow นี้ยังทำให้ง่ายขึ้นมาก ทั้งในเรื่องของคำแนะนสำหรับการเปลี่ยนแปลงและการปรับปรุงโดยไม่ต้องกลับไปที่กระดานเขียนแบบ

แบบจำลองดิจิทัล หรือ Digital models ยังสามารถผ่านกระบวนการทดสอบขั้นสูงก่อนที่จะไปสู่สถานะไอเท็มที่จับต้องได้ ด้วยการนำเข้าไฟล์เหล่านี้ไปสู่แอพลิเคชั่น ‘คอมพิวเตอร์ช่วยวิเคราะห์การผลิต’ (การคำนวณด้านวิศวกรรม) หรือ computer-aided engineering (CAE) applications ในการจำลองแรงกระทำต่างๆ เช่นการไหลของของเหลว การสึกหรอและปัจจัยอื่น ๆ ในความเป็นจริงที่ผลิตภัณฑ์อาจต้องประสบ ขั้นตอนดังกล่าวช่วยให้ผู้สร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่น่าพึงพอใจมากขึ้นสำหรับผู้บริโภคโดยมี Mean Time Between Failure (หรือ MTBF) ต่ำกว่า

(อ่านต่อตอนที่ 2)

หมายเหตุ:

*MTBF คือระยะเวลาเฉลี่ยของเครื่องจักรที่สามารถทำหน้าที่ (ผลิต) ได้ ระหว่างการเสียแต่ละครั้ง ต่อเวลาในการผลิตตามแผนหารด้วยจำนวนครั้งของการหยุดเครื่องเนื่องจากความเสียหายของเครื่องจักร (เครื่องจักรอยู่ในสภาวะที่ไม่สามารถผลิตงานได้)

 

About The Author