1. CAD / CAM / CAE คืออะไร และเกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรมอย่างไร จงอธิบาย
CAD : Computer Aided Design
การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ หรือ CADD ซึ่งย่อมาจากคำว่า Computer Aided Design and Drafting คือ การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบและเขียนแบบและเกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรม คือ
- พัฒนาแบบจำลองชิ้นส่วนจากแบบที่ได้รับ
- ประเมินการแก้ไขข้อมูล CAD ของชิ้นส่วนที่ออกแบบบนระบบ CAD เพื่อให้ยอมรับได้ในการผลิต
- เปลี่ยนแปลงชิ้นส่วนที่ออกแบบเพื่อให้สามารถผลิตได้ สิ่งนี้อาจรวมถึงการเพิ่มมุมสอบ (Draft angle) หรือพัฒนาแบบจำลอง ของชิ้นส่วนที่แตกต่างกันออกไป สำหรับขั้นตอนที่แตกต่างกันในกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน
- ออกแบบอุปกรณ์จับยึด โพรงแบบ (Model cavity) ฐานแม่พิมพ์ (Model base) หรือ เครื่องมืออื่น ๆ
การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ หรือ CADD ซึ่งย่อมาจากคำว่า Computer Aided Design and Drafting คือ การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบและเขียนแบบและเกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรม คือ
- พัฒนาแบบจำลองชิ้นส่วนจากแบบที่ได้รับ
- ประเมินการแก้ไขข้อมูล CAD ของชิ้นส่วนที่ออกแบบบนระบบ CAD เพื่อให้ยอมรับได้ในการผลิต
- เปลี่ยนแปลงชิ้นส่วนที่ออกแบบเพื่อให้สามารถผลิตได้ สิ่งนี้อาจรวมถึงการเพิ่มมุมสอบ (Draft angle) หรือพัฒนาแบบจำลอง ของชิ้นส่วนที่แตกต่างกันออกไป สำหรับขั้นตอนที่แตกต่างกันในกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน
- ออกแบบอุปกรณ์จับยึด โพรงแบบ (Model cavity) ฐานแม่พิมพ์ (Model base) หรือ เครื่องมืออื่น ๆ
CAM : Computer Aided Manufacturing
การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต ซึ่งจะใช้ซอฟต์แวร์เพื่อควบคุมเครื่องจักร ให้สามารถสร้างชิ้นงานได้ตามที่ได้ออกแบบไว้แล้ว ระบบการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตนี้ มีองค์ประกอบหลักๆ คือ
1. เครื่องจักรซีเอ็นซี(CNC:Computer Numerical Controlled) คือ เครื่องจักรที่ใช้สำหรับกัด ก้อนวัตถุดิบ(โลหะ, ไม้ ,พลาสติกสังเคราะห์) ให้ได้รูปร่าง ตามแบบชิ้นงานที่ได้ออกแบบไว้แล้ว
2. ซอฟต์แวร์สำหรับงาน CAM ซึ่งมีมากมายหลายยี่ห้อให้เลือกใช้ ซึ่งควรมีคุณสมบัติ ดังนี้
รับข้อมูล 3 มิติจากซอฟต์แวร์ CAD ได้ในรูปแบบมาตรฐาน (IGES, STEP, STL)
เลือก Tool หรือ หัวกัดชิ้นงาน ตามขนาดที่ต้องการ กำหนด การกัดงานด้วยรูปแบบต่างๆ ได้แก่ การกัดหยาบ, กัดละเอียด
ทดสอบการกัดชิ้นงาน บนจอภาพเพื่อตรวจสอบก่อนการกัดงานจริง (ส่วนนี้ซอฟต์แวร์บางตัวอาจยังไม่มีให้ใช้งาน) สร้าง G-code ซึ่งเป็นรหัสเพื่อบอกให้เครื่องจักรทำงานตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ได้ถูกต้อง ซึ่งซอฟต์แวร์ CAM นั้นจะต้องสร้าง G-code ให้มีรูปแบบตรงกับ รูปแบบที่เครื่องจักรรุ่นนั้น ๆ รู้จัก
ตัวอย่างรายชื่อซอฟต์แวร์ เช่น CAM MasterCAM, Delcam, Esprit, EdgeCAM, Gibbscam, Solidcam
1. เครื่องจักรซีเอ็นซี(CNC:Computer Numerical Controlled) คือ เครื่องจักรที่ใช้สำหรับกัด ก้อนวัตถุดิบ(โลหะ, ไม้ ,พลาสติกสังเคราะห์) ให้ได้รูปร่าง ตามแบบชิ้นงานที่ได้ออกแบบไว้แล้ว
2. ซอฟต์แวร์สำหรับงาน CAM ซึ่งมีมากมายหลายยี่ห้อให้เลือกใช้ ซึ่งควรมีคุณสมบัติ ดังนี้
รับข้อมูล 3 มิติจากซอฟต์แวร์ CAD ได้ในรูปแบบมาตรฐาน (IGES, STEP, STL)
เลือก Tool หรือ หัวกัดชิ้นงาน ตามขนาดที่ต้องการ กำหนด การกัดงานด้วยรูปแบบต่างๆ ได้แก่ การกัดหยาบ, กัดละเอียด
ทดสอบการกัดชิ้นงาน บนจอภาพเพื่อตรวจสอบก่อนการกัดงานจริง (ส่วนนี้ซอฟต์แวร์บางตัวอาจยังไม่มีให้ใช้งาน) สร้าง G-code ซึ่งเป็นรหัสเพื่อบอกให้เครื่องจักรทำงานตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ได้ถูกต้อง ซึ่งซอฟต์แวร์ CAM นั้นจะต้องสร้าง G-code ให้มีรูปแบบตรงกับ รูปแบบที่เครื่องจักรรุ่นนั้น ๆ รู้จัก
ตัวอย่างรายชื่อซอฟต์แวร์ เช่น CAM MasterCAM, Delcam, Esprit, EdgeCAM, Gibbscam, Solidcam
CAE : Computer Aided Engineering
การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม หมายถึง การบอกถึงความสามารถของสิ่งที่ออกแบบว่า สามารถทำงานได้ตามที่อยากให้เป็นหรือไม่ ซึ่งสิ่งที่เป็นตัวบ่งชี้ คือ
1. ผลลัพธ์จากการทดสอบจริง ได้แก่ การนำต้นแบบมาทดสอบจริง เช่น การทดสอบการชนของรถ
การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม หมายถึง การบอกถึงความสามารถของสิ่งที่ออกแบบว่า สามารถทำงานได้ตามที่อยากให้เป็นหรือไม่ ซึ่งสิ่งที่เป็นตัวบ่งชี้ คือ
1. ผลลัพธ์จากการทดสอบจริง ได้แก่ การนำต้นแบบมาทดสอบจริง เช่น การทดสอบการชนของรถ
หรือ การทดสอบความแข็งด้วยการอัดแรง ฯลฯ
2. ผลลัพธ์จากการคำนวณด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ สามารถหาผลลัพธ์จากสถานการณ์ที่สมมุติขึ้น
2. ผลลัพธ์จากการคำนวณด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ สามารถหาผลลัพธ์จากสถานการณ์ที่สมมุติขึ้น
ซึ่งการคำนวณแบบนี้ จะใช้เวลามาก กว่าจะได้ผลลัพธ์ ทำให้วิศวกรนำคอมพิวเตอร์และซอร์ฟแวร์
ประเภท CAE มาช่วยคำนวณหาผลลัพธ์ ซึ่งจะทำให้คำนวณได้เร็วกว่ามาก และมีความถูกต้องสูง
ซอฟต์แวร์ CAE ที่จำหน่ายอยู่ในปัจจุบัน มีหลายประเภท ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการนำไปใช้ และตัวอย่างชื่อซอฟต์แวร์ ได้แก่
AutoSEA2, STRACO
การใช้งาน ทดสอบและจำลองผลกระทบจากการสั่นของคลื่นเสียง
Adina, CFD 2000, CFX, FLOTHERM, FloWorks, Fluent, ICEM
การใช้งาน จำลองสถานการณ์เกี่ยวกับกลศาสตร์ของไหล
Delmia, TECMATH
การใช้งาน จำลองสถานการณ์การทำงานโดยคำนึงถึงสรีระของมนุษย์
Aspen Engineering Suite, Codeware, Hyprotech, On-Line Heat Exchanger Sizing การใช้งาน จำลองสถานการณ์ของถังเก็บความดันสูง ในโรงงานอุตสาหกรรมเมื่อต้องใช้งานจริง
AFT, CAEPIPE, CAESAR, Rebis
การใช้งาน จำลองสถานการณ์ของระบบท่อในโรงงานที่มีแรงดันภายใน และ แรงกระทำจากภาระภายนอก
CAD, CAM, CAE เกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรมอย่างไร จงอธิบาย ?
การใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในงานวิศวกรรมทั้งในด้านการออกแบบและเขียนแบบ การใช้ซอฟแวร์เพื่อควบคุมเครื่องจักร ให้สามารถสร้างชิ้นงานได้ตามที่ออกแบบไว้ โดยอาศัยองค์ประกอบ คือ เครื่องจักร CNC และซอฟแวร์สำหรับงาน CAM หรือกระทั่งการทดสอบเพื่อบอกถึงความสามารถของชิ้นงานที่ได้ผลิตออกมา ว่าทำงานหรือใช้งานได้หรือไม่ ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ ทำโดยการทดสอบจริง หรือคำนวณด้วยซอฟแวร์ประเภท CAE ทำให้คำนวณได้เร็วและแม่นยำมาก จะเห็นได้ว่า CAD, CAM, CAE เป็นเทคโนโลยีที่เข้ามาช่วยทำให้ผลิตชิ้นงานได้มีประสิทธิภาพ เพิ่มศักยภาพในการแข่งขันในธุรกิจอุตสาหกรรมปัจจุบัน สร้างความเชื่อมั่นแก่ผู้บริโภคได้เป็นอย่างดี จึงทำให้ CAD, CAM, CAE เป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญมาก ๆ ต่องานวิศกรรม
การใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในงานวิศวกรรมทั้งในด้านการออกแบบและเขียนแบบ การใช้ซอฟแวร์เพื่อควบคุมเครื่องจักร ให้สามารถสร้างชิ้นงานได้ตามที่ออกแบบไว้ โดยอาศัยองค์ประกอบ คือ เครื่องจักร CNC และซอฟแวร์สำหรับงาน CAM หรือกระทั่งการทดสอบเพื่อบอกถึงความสามารถของชิ้นงานที่ได้ผลิตออกมา ว่าทำงานหรือใช้งานได้หรือไม่ ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ ทำโดยการทดสอบจริง หรือคำนวณด้วยซอฟแวร์ประเภท CAE ทำให้คำนวณได้เร็วและแม่นยำมาก จะเห็นได้ว่า CAD, CAM, CAE เป็นเทคโนโลยีที่เข้ามาช่วยทำให้ผลิตชิ้นงานได้มีประสิทธิภาพ เพิ่มศักยภาพในการแข่งขันในธุรกิจอุตสาหกรรมปัจจุบัน สร้างความเชื่อมั่นแก่ผู้บริโภคได้เป็นอย่างดี จึงทำให้ CAD, CAM, CAE เป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญมาก ๆ ต่องานวิศกรรม
2. CAD / CAM / CAE มีความเกี่ยวข้องกันอย่างไร
การใช้ CAD/CAM/CAE ร่วมกันในการผลิต
การผลิตโดยทั่วไปจะเริ่มต้นจากการใช้ CAD ในออกแบบชิ้นส่วนหรือแก้ไขข้อมูลเชิงตัวเลขที่ได้
จากการสแกนชิ้นงาน หลังจากนั้นจะใช้ CAE ในการวิเคราะห์ชิ้นส่วนที่ออกแบบว่าสามารถรับภาระหรือมี
สมบัติต่าง ๆ ตามที่ต้องการหรือไม่ถ้ามีปัญหาก็ใช้ CAD แก้ไขจุดบกพร่องแล้วใช้ CAE วิเคราะห์อีก
จนกว่าจะได้ชิ้นส่วนที่มีสมบัติตามที่ต้องการ จากนั้นจะส่งข้อมูล CAD ไปยัง CAM software เพื่อ
จําลองเส้นทางเดินของเครื่องมือกัดขึ้นรูป หรือแก้ไขแบบเพื่อให้เครื่องซีเอ็นซีสามารถกัดขึ้นรูปได้ ในขั้นนี้
สําหรับงานบางอย่างเราสามารถใช้ CAE วิเคราะห์ได้ด้วย เช่น งานทําแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก เราใช้ CAE
ทบทวนชิ้นส่วนที่ออกแบบก่อนที่จะใช้เครื่องจักรซีเอ็นซีทําการกัดขึ้นรูป เพื่อยืนยันว่าแม่พิมพ์เมื่อนําไป
ฉีดแล้วพลาสติกจะไหลเข้าไปเต็มแม่พิมพ์อย่างถูกต้องแน่นอน ซึ่งการวิเคราะห์นี้จะทําให้เราเห็นว่าพื้นที่
ส่วนไหนที่พลาสติกไม่สามารถไหลเข้าไปได้เต็ม หรือทําให้เกิดโพรงอากาศ หรือเส้นรอยเชื่อมต่อ การ
เปลี่ยนแปลงแบบเพื่อปรับปรุงให้สามารถฉีดพลาสติกได้เต็มแบบสามารถทําได้ในจุดนี้ซึ่งแบบยังไม่ได้ทํา
จริง สิ่งนี้จะช่วยประหยัดเงินทุนจํานวนมากซึ่งเกี่ยวเนื่องกับการเปลี่ยนเครื่องมือกัดชิ้นงาน
หลังจากการใช้ CAE วิเคราะห์และใช้ CAM แก้ไขเส้นทางเดินของเครื่องมือกัดขึ้นรูปแล้ว
จากนั้นก็ใช้ CAM สร้างรหัสจีเพื่อส่งไปให้เครื่องจักรซีเอ็นซี ทําการกัดขึ้นรูปชิ้นงานหรือกัดแม่พิมพ์ เมื่อ
CNC กัดชิ้นงานเสร็จแล้ว เรายังสามารถใช้ CAE ในการตรวจสอบชิ้นงานที่สร้างขึ้นมาว่ามีขนาดตรง
ตามแบบหรือไม่ในกรณีที่งานต้องการความเที่ยงตรงสูง
การผลิตโดยทั่วไปจะเริ่มต้นจากการใช้ CAD ในออกแบบชิ้นส่วนหรือแก้ไขข้อมูลเชิงตัวเลขที่ได้
จากการสแกนชิ้นงาน หลังจากนั้นจะใช้ CAE ในการวิเคราะห์ชิ้นส่วนที่ออกแบบว่าสามารถรับภาระหรือมี
สมบัติต่าง ๆ ตามที่ต้องการหรือไม่ถ้ามีปัญหาก็ใช้ CAD แก้ไขจุดบกพร่องแล้วใช้ CAE วิเคราะห์อีก
จนกว่าจะได้ชิ้นส่วนที่มีสมบัติตามที่ต้องการ จากนั้นจะส่งข้อมูล CAD ไปยัง CAM software เพื่อ
จําลองเส้นทางเดินของเครื่องมือกัดขึ้นรูป หรือแก้ไขแบบเพื่อให้เครื่องซีเอ็นซีสามารถกัดขึ้นรูปได้ ในขั้นนี้
สําหรับงานบางอย่างเราสามารถใช้ CAE วิเคราะห์ได้ด้วย เช่น งานทําแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก เราใช้ CAE
ทบทวนชิ้นส่วนที่ออกแบบก่อนที่จะใช้เครื่องจักรซีเอ็นซีทําการกัดขึ้นรูป เพื่อยืนยันว่าแม่พิมพ์เมื่อนําไป
ฉีดแล้วพลาสติกจะไหลเข้าไปเต็มแม่พิมพ์อย่างถูกต้องแน่นอน ซึ่งการวิเคราะห์นี้จะทําให้เราเห็นว่าพื้นที่
ส่วนไหนที่พลาสติกไม่สามารถไหลเข้าไปได้เต็ม หรือทําให้เกิดโพรงอากาศ หรือเส้นรอยเชื่อมต่อ การ
เปลี่ยนแปลงแบบเพื่อปรับปรุงให้สามารถฉีดพลาสติกได้เต็มแบบสามารถทําได้ในจุดนี้ซึ่งแบบยังไม่ได้ทํา
จริง สิ่งนี้จะช่วยประหยัดเงินทุนจํานวนมากซึ่งเกี่ยวเนื่องกับการเปลี่ยนเครื่องมือกัดชิ้นงาน
หลังจากการใช้ CAE วิเคราะห์และใช้ CAM แก้ไขเส้นทางเดินของเครื่องมือกัดขึ้นรูปแล้ว
จากนั้นก็ใช้ CAM สร้างรหัสจีเพื่อส่งไปให้เครื่องจักรซีเอ็นซี ทําการกัดขึ้นรูปชิ้นงานหรือกัดแม่พิมพ์ เมื่อ
CNC กัดชิ้นงานเสร็จแล้ว เรายังสามารถใช้ CAE ในการตรวจสอบชิ้นงานที่สร้างขึ้นมาว่ามีขนาดตรง
ตามแบบหรือไม่ในกรณีที่งานต้องการความเที่ยงตรงสูง
3. จงยกตัวอย่างงาน หรือระบบงาน เครื่องมือ เครื่องจักรที่มี CAD CAM CAE เป็นองค์ประกอบ โดยค้นคว้าจากแหล่งข้อมูลต่าง ๆ
CNC & CAD/CAM/CAE กับงานผลิตชิ้นส่วนและแม่พิมพ์
CNC & CAD/CAM/CAE กับงานผลิตชิ้นส่วนและแม่พิมพ์
กระบวนการผลิตชิ้นส่วนหรือแม่พิมพ์ด้วย CNC และ CAD/CAM โดยเริ่มต้นด้วยการสร้างแบบจำลอง หรือ โมเดล 3 มิติจากแบบ(Part
Drawing) หรือ แบบร่าง โดยใช้ซอฟต์แวร์ประเภท CAD จากนั้นนำแบ
จำลองไปสร้างข้อมูลสำหรับกัดงานด้วยซอฟต์แวร์ CAM หรือนำไป
วิเคราะห์ข้อมูลทางวิศวกรรมด้วย CAE เมื่อได้ข้อมูล G-Code (NC
Data หรือ Part Program) แล้ว เราสามารถนำ G-Code ส่งเข้าเครื่อง
จักรด้วยวิธีการ DNC (Direct Numerical Control) ซอฟต์แวร์
CAD/CAM ที่นำมาช่วยในการผลิตนั้น ประกอบด้วยองค์ประกอบ 2 ส่วน
ใหญ่ๆ คือ ในส่วนของ CAD (Computer Aided Design) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ช่วยในสร้างแบบจำลองของชิ้นงานบนคอมพิวเตอร์(Computer Model) และ CAM (Computer Aided Manufacturing) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ช่วยในการสร้างโปรแกรมที่จะนำไปใช้สั่งงานเครื่องจักร มีผู้นิยามคำจำกัดความของ CAD/CAM แตกต่างกันออกไปตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ในความเป็นจริงแล้วซอฟต์แวร์ CAD/CAM ที่เราใช้งานในปัจจุบัน อาจกล่าวว่า CAM จะเป็นเพียงใช้ช่วยในงานขึ้นรูปเท่านั้น (Computer Aided Machining)
มีข้อควรระลึกไว้เสมอว่า CAD/CAM เป็นเพียงแค่เครื่องมือประเภทหนึ่งที่ใช้ช่วยในการออกแบบและสร้างโปรแกรมสำหรับเครื่องจักร CNC เท่านั้น ดังนั้นการที่จะทำให้ CAD/CAM ใช้งานได้ดี จะขึ้นอยู่กับความสามารถของบุคลากรด้วย
CNC
มีข้อควรระลึกไว้เสมอว่า CAD/CAM เป็นเพียงแค่เครื่องมือประเภทหนึ่งที่ใช้ช่วยในการออกแบบและสร้างโปรแกรมสำหรับเครื่องจักร CNC เท่านั้น ดังนั้นการที่จะทำให้ CAD/CAM ใช้งานได้ดี จะขึ้นอยู่กับความสามารถของบุคลากรด้วย
CNC
ในกระบวนการผลิตแบบยืดหยุ่น(FA) เครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนรูปแบบการผลิตได้ง่าย เพื่อรับมือกับรูปแบบของสินค้าที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว โดยผลิตจำนวนน้อยๆเครื่องจักรที่เหมาะสมกับการผลิตแบบนี้ ในปัจจุบันคือ เครื่องจักรประเภท CNC (Computerized Numerical Control) เครื่องจักร CNC เป็นเครื่องจักรที่มีหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ฝังตัวอยู่กับเครื่องจักร เพื่อทำหน้าที่ควบคุมการทำงาน(Controller) ของเครื่อง โดยสามารถควบคุมและปรับเปลี่ยนการทำงานได้ง่ายโดยผ่านโปรแกรมควบคุม
