โปรแกรม CAD โปรแกรมเพื่อการออกแบบชิ้นงาน ในวงการอุตสาหกรรม

ความสะดวกและความเรียบง่ายล้วนเป็นสิ่งที่ทุกคนต้องการ ในวงการอุตสาหกรรมจึงได้มีการผลิตสินค้า เพื่อออกมาตอบสนองความต้องการของผู้คน ในเรื่องของความง่าย สะดวกสบาย และช่วยประหยัดเวลา ซึ่งสามารถให้การตอบสนองต่อความต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับหนึ่งในสินค้าที่นิยมใช้งานกันเป็นอย่างมากก็คือ คอมพิวเตอร์ เพราะนับว่าเป็นปัจจัยในการดำรงชีวิตที่ขาดไม่ได้เลยสำหรับคนในยุคใหม่นี้

เนื่องจากคอมพิวเตอร์มีส่วนช่วยส่งเสริมการทำงานเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพและถูกต้อง ดังนั้น สิ่งสำคัญที่ขาดไม่ได้เลยก็คือ โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่มักจะมีเทคโนโลยีใหม่ ๆ เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา และยังมีข้อดีที่ช่วยในการลดต้นทุน อีกทั้งยังสามารถเก็บข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพและเที่ยงตรง ในปัจจุบันเทคโนโลยีหนึ่งถือว่ามีบทบาทอย่างยิ่งต่อวงการอุตสาหกรรมคือ CAD/CAM/CAE และ CNC วันนี้ลองมาทำความรู้จักกับโปรแกรมที่เรียกว่า CAD ว่ามีความสามารถอย่างไรกันบ้าง

CAD คืออะไร?

CAD ย่อมาจากคำว่า Computer Aided Design ซึ่งก็คือ คอมพิวเตอร์ โดยมีความสามารถในการช่วยออกแบบ ถือเป็นเทคโนโลยีของการนำคอมพิวเตอร์มาช่วยออกแบบในการสร้างชิ้นส่วนหรือ Part ด้วยแบบจำลองทางเลขาคณิตได้อย่างสร้างสรรค์ (Geometry) ชิ้นส่วนที่ถูกสร้างขึ้นนี้จะเรียกว่าแบบจำลองหรือ  Model และแบบจำลองที่สร้างขึ้นนี้ ก็สามารถแสดงเป็นแบบ Drawing หรือไฟล์ข้อมูล CAD

การใช้ประโยชน์ของ CAD software

• ใช้สร้างแบบจำลองหรือ model ขึ้นตามแบบที่ต้องการ
• วิเคราะห์ ประเมินและแก้ไขข้อมูล CAD ของ Part ที่ได้ออกแบบไว้ เพื่อให้สามารถผลิตได้จริงในการผลิตและมี function การทำงานตามจุดประสงค์ของ Part นั้น ๆ
• ใช้เป็นข้อมูลในการผลิต jig, fixture และเครื่องมือผลิตอื่น ๆ สำหรับใช้ในขั้นตอนการผลิต

การใช้ CAD ของรูปร่าง Part ต่าง ๆ สามารถทำได้ 3 แบบ คือ ปริมาณตัน (Solid modeling) พื้นผิว (Surface modeling) และโครงลวด (Wire frame modeling) ซึ่งแต่ละแบบนั้นก็เหมาะสมกับงานที่แตกต่างกันไป

Surface modeling

การแสดงผลในรูปแบบนี้ เหมือนกับการนำผืนผ้าสี่เหลี่ยมซึ่งถือว่าเป็น 1 ผิวหน้า (face) มาเย็บต่อกัน จะได้ออกมาเป็นพื้นผิว (surface) บาง คล้ายกับเปลือกนอก การเก็บข้อมูลในลักษณะนี้จะเก็บข้อมูล เส้นขอบ พิกัดของจุด และข้อมูลขอบผิวที่ติดกัน

Solid modeling

เป็นการจำลองข้อมูล 3 มิติ โดยจะถูกเก็บข้อมูลในลักษณะของ ลำดับการนำรูปทรงตันพื้นฐาน (Solid Primitives) เช่น ก้อนลูกบาศก์, ลูกลม, ทรงกระบอก, ลิ่ม และปิรามิด มาสร้างสัมพันธ์กันด้วย Boolean Operator เช่น union (รวมกัน) , subtract (ลบออก) , intersection (เฉพาะส่วนที่ซ้อนทับกัน) และ difference (เฉพาะส่วนที่ไม่ทับซ้อนกัน) ทั้งนี้ก็เพื่อให้ได้รูปทรงตามแบบที่ต้องการ ซึ่งรูปทรงที่ใช้การสร้างโดยวิธีนี้จะมีความถูกต้องสูง เพราะการใช้วิธีทำ Boolean Operation เท่านั้น เป็นวิธีที่ธรรมดาและมีโครงสร้างของข้อมูลที่ไม่ซับซ้อน

Wire flame modeling

การแสดงผลของข้อมูลแบบนี้มักจะพบในซอฟแวร์รุ่นเก่า ซึ่งจะมีการเก็บข้อมูลของแบบจำลองเฉพาะเส้นขอบ (ทั้งเส้นตรงและเส้นโค้ง) และพิกัดของจุด การแสดงผลแบบนี้มีข้อดีคือ แสดงผลได้อย่างรวดเร็ว แต่ภาพที่ได้จะดูค่อนข้างยาก ว่าแสดงผลอยู่ในมุมมองใด

ตัวอย่างการประมวลข้อมูลของ CAD

1. คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ (Computer Aided Design, CAD)

เป็นวิธีการนำคอมพิวเตอร์มาประยุกต์ใช้กับโปรแกรมเขียนแบบที่อ้างอิงกับรูปเลขาคณิตพื้นฐาน เพื่อประกอบกันขึ้นเป็นแบบจำลองและผลิตภัณฑ์ ซึ่งจะแสดงผลในรูปเส้นต่าง ๆ (Curve) และพื้นผิว (Surface) ในรูปแบบ 2 มิติหรือ 3 มิติ โดยสามารถปรับแบบจำลองของผลิตภัณฑ์ให้เสมือนจริง โดยการกำหนดสี ลักษณะพื้นผิว (Texture) สามารถคำนวนหาพื้นที่ ปริมาตร หรือน้ำหนัก ได้ก่อนการผลิต สามารถใช้ทดสอบการวางตำแหน่ง การประกอบ แถมจำลองการเคลื่อนไหว และการรวมข้อมูลต่าง ๆ ที่ได้ ไปใช้ในการคำนวณ เพื่อกำหนดขั้นตอนหรือวางแผนการผลิตล่วงหน้า

2. คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต (Computer Aided Manufacturing, CAM)

เป็นวิธีในการนำคอมพิวเตอร์มาประยุกต์ใช้ร่วมกับโปรแกรม เพื่อใช้ในการจำลองการทำงานขั้นตอนการผลิต ซึ่งได้แก่ การจำลองการกัดแม่พิมพ์ การจำลองสกัดชิ้นงานโดยเครื่องจักรกลอัตโนมัติซีเอนซี หรือแม้แต่การสร้างหุ่นต้นแบบโดยเครื่องขึ้นรูปต้นแบบ (Rapid Prototype) ส่วนในขั้นตอนสุดท้ายในการใช้ CAM เข้ามาช่วยในการผลิตเรียกว่า Postprocessing เพื่อแปลงเส้นทางเดินของมีดให้เป็นโปรแกรม ซีเอนซี CNC

3. คอมพิวเตอร์ช่วยวิเคราะห์การผลิต (Computer Aided Engineering ,CAE)

เป็นการนำคอมพิวเตอร์มาประยุกต์ใช้ร่วมกับโปรแกรมในการวิเคราะห์ การคำนวนทางด้านวิศวกรรมที่อ้างอิงกับข้อมูลของ CAD เพื่อจำลองสภาวะการทำงาน และการคำนวณหาค่าตัวแปรที่ส่งผลกระทบกับการทำงานของผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาวะการทำงานที่กำหนด นอกจากนี้ยังมีการใช้ CAD ในการสร้าง Part แล้วในปัจจุบันซึ่ง CAD software บางตัวก็ยังสามารถในการใช้ในงานวิศวกรรมย้อนกลับ (Reverse engineer) ซึ่งคุณภาพที่สร้างขึ้นของพื้นผิว ที่ถูกสร้างขึ้นจากซอฟแวร์วิศวกรรมย้อนกลับนั้น ส่วนมากจะขึ้นอยู่กับ 2 ส่วนคือ คุณภาพของ Modeling หรือ Part ที่ใช้ในการแสกน และคุณภาพของข้อมูลทางตัวเลข ที่ได้มากอาจจะไม่ดีที่ควร ซึ่งปัจจุบัน Software บางตัวนั้น มีคุณสมบัติที่จะช่วยแก้ไข ปัญหาพื้นผิวของแบบจำลองในบริเวณที่ชำรุดได้ หรืออาจมีการตกแต่งดัดแปลงเพิ่มเติม ให้ดีกว่าแบบเดิมที่ถูกแสกนมาก็สามารถทำได้ง่าย

การใช้โปรแกรม Software นั้นช่วยทำให้การทำงานได้ดีขึ้น โดยเฉพาะการใช้โปรแกรม CAD ซึ่งเป็นการใช้คอมพิวเตอร์มาประยุกต์ใช้ในการออกแบบ ในวงการวิศวกรรมศาสตร์ เพื่อช่วยทำให้การคำนวณค่าต่าง ๆ ทำได้ง่ายขึ้น รวมถึงช่วยทำให้การวางแผน ก่อนการผลิตนั้นทำได้ง่าย ทำให้ทราบถึงองค์ประกอบต่าง ๆ อย่างถูกต้อง จึงช่วยทำให้การวิเคราะห์ข้อมูลทำได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ซึ่งนับว่าเป็นข้อดีของการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วย