ออกแบบหุ่นยนต์ตอนสอง

ออกแบบหุ่นยนต์ (2)

งานออกแบบทางด้านวิศวกรรมนั้นสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท อย่างแรกมีลักษณะเป็นต้นฉบับ (Original) คือคิดใหม่ไม่เหมือนใคร มีลักษณะเปลี่ยนการทำงานแบบเก่า อาทิเช่น การออกแบบใช้ลำน้ำขนาดเล็กกความเร็วสูง (Water Jet) ตัดสายไฟจุดระเบิดแทนการใช้คีมตัดลวด  ปกติเวลาผมออกแบบเครื่องจักรใดๆ ในระยะเริ่มแรกผมจะไม่เปิดดูสิ่งที่ผู้ออกแบบท่านอื่นได้ทำไว้ก่อนหน้านี้  เพื่อเปิดโอกาสให้ตัวผมเองสามารถออกแบบโดยปราศจากอคติหรือไม่นำความคิดผู้อื่นมามีอิทธิพลเหนือความคิดสร้างสรรค์ของตนเอง  การปฎิบัติเช่นนี้ทำให้ผมมีโอกาสออกแบบชิ้นงานที่เป็นต้นฉบับได้บ้าง

บางครั้งเราก็สามารถยืมแนวความคิดจากงานสาขาอื่นมาดัดแปลง (Adaptive) ใช้แก้ปัญหาที่เราประสบอยู่ วิธีนี้พวกเราที่เป็นวิศวกรนั้นใช้อยู่บ่อยๆ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชั่วโมงบินหรือประสบการณ์ที่เรามีอยู่ ขณะที่ผมกำลังเขียนบทความนี้อยู่ ผมได้โหลด

Operating System ของ iPhone version ล่าสุดด้วย ปรากฏว่าแจ๊คพอต: การโหลดมีปัญหา ทำให้ผมต้อง restore software version เดิม กลับเข้าไปใน iPhone ปรากฏว่า error ยังคงอยู่ทำให้iPhone ของผมใช้การได้ จอมืดเลยครับ หลังจากงงอยู่สักพักใหญ่ ผมเดาว่า พารามิเตอร์บางตัวคงค้างบน stack ผมจึงตัดสินใจ reset ทั้ง host computer และ iPhone คราวนี้ขบวนการ restore ดำเนินต่อไปได้ ผมจึงเอาตัวรอดได้อย่างหวุดหวิด หาไม่แล้วผมคงจะไม่มีข้อมูล contacts และ ตารางนัดหมาย ติดตัวผมขณะทำงานเลย

งานออกแบบประเภทที่สามเป็นการเปลี่ยนสัดส่วน (Scaled) ของสิ่งที่เราเคยออกแบบมาแล้ว ทั้งนี้การขยายและย่อส่วนไม่จำเป็นต้องเป็นเชิงเส้นตรงเสมอไป เนื่องจากขบวนการทางธรรมชาติมีลักษณะแปรผันแบบไม่เป็นเส้นตรง วิศวกรออกแบบจำเป็นต้องประยุกต์ใช้ทฏษฎีหาความสัมพันธ์ของพารามิเตอร์ในระบบทางวิศวกรรม  งานออกแบบทั้งสามประเภทนี้จำเป็นต้องอาศัยขั้นตอนการทำงานพื้นฐานดังต่อไปนี้

(1) การตีโจทย์ให้แตก (Task definition) ว่าเราต้องการให้งานออกแบบไปแก้ปัญหาอะไร ในวงการวิศวกรรมมืออาชีพ เราไม่ยอมรับการมั่วตั้งโจทย์ (Falsifying Problem) โจทย์คือเป้าหมายรวม ซึ่งเป็นผลมาจากรายละเอียดที่ปรากฏอยู่ใน Technical Specification นั่นเอง  ตรงนี้วิศวกรออกแบบต้องระวังให้มากครับ หลายครั้งเครื่องจักรสามารถทำงานได้ตามสเปคทุกอย่าง แต่เมื่อนำไปติดตั้งในขบวนการผลิตแล้ว ปรากฎว่าสมรรถนะ(KPI: Key Performance Index)ของขบวนการผลิตไม่ผ่าน เรื่องนี้สำคัญมากสำหรับวิศวกรใหม่ที่ต้องระมัดระวังมากจำเป็นต้องให้ความสำคัญเรื่อง Process KPI สูงกว่าเรื่องของสเปคเครื่องจักร
(2) แนวความคิดในการออกแบบ (Conceptual Design)  แนวความคิดคือต้นทาง หากผิดพลาดเสียแล้ว ปลายทางพลาดเป้าแน่นอนครับ  บางครั้งเราจำเป็นต้องนำข้อคำนึงด้านการใช้งานมาวางแนวความคิดด้วยครับ  ตัวอย่างหนึ่งที่ สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) ได้ไปออกแบบระบบออโตเมชั่นให้กับอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสค์สำหรับการประกอบ Precision Parts ขนาดความคลาดเคลื่อน 50 ไมครอน แน่นอนครับว่าเราต้องพัฒนาระบบควบคุมแบบป้อนกลับสัณญาณภาพแบบเรียลไทม์ นักวิจัยที่ฟีโบ้จะคุ้นเคยกับการใช้โปรแกรม LapView เพราะใช้ง่ายมีความคล่องตัวและสามารถตรวจสอบความผิดพลาดได้ง่าย  แต่ปรากฎว่าอุตสาหกรรมได้ลงทุนใช้โปรแกรม Visual C ในขบวนการผลิตของเขาอย่างต่อเนื่อง การจะมาเปลี่ยน Platform เพื่อเครื่องจักรเครื่องเดียวหรือขบวนการผลิตเดียวดูจะไม่คุ้มกันเลย ท้ายที่สุดฟีโบ้จึงต้องใช้ Visual C เพื่อให้เกิดความต่อเนื่องและเข้ากันได้ (Compatibility) ของขบวนการผลิต

เรื่องสำคัญอีกประการหนึ่งในการออกแบบชิ้นส่วนคือต้องคำนึงถึงความสามารถในการผลิตและประกอบ (Design for Manufacture and Assembly: DFM/DFA) เพื่อลดความยุ่งยากและต้นทุนการผลิตปลายทาง แต่ก็อีกนั่นแหละครับชิ้นส่วนบางชิ้นส่วนบริษัทมิได้ออกแบบและผลิตภายในองค์กร (Inhouse) ขืนไปเปลี่ยนแบบแม้เพียงเล็กน้อยตามเงื่อนไขของ DFA อาจมีต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลหากมีปริมาณเป็นล้านๆชิ้น  ทางออกจึงมุ่งไปที่ Process Technology สร้างเครื่องจักร ด้วยค่าใช้จ่ายที่ลงทุนก้อนใหญ่เพียงครั้งแรกครั้งเดียว

(3) แผนภูมิงานออกแบบแต่ละส่วน (Layout Design) ว่าสัมพันธ์อย่างไรบ้าง?
(4) งานลงรายละเอียดทางเทคนิค (Detail Design) ตรงนี้แหละครับที่ต้องมีการคำนวณอย่างจริงจัง และต้องอยู่บนพื้นฐานทฎษฏีที่ถูกต้อง หากไม่แน่ใจเราจะใส่ Safety Factor ไว้บ้าง
(5) ขบวนการติดตามงานออกแบบ (Design Follow-up) หากทีมงานมีขนาดใหญ่ จำเป็นต้องใช้ศาสตร์และศิลป์ในการบริหารให้สำเร็จลุล่วงไปได้

(โปรดอ่านต่อสัปดาห์หน้าครับ)

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th