ออกแบบเครื่องจักรกล (Machine Design): บทเรียนที่ 1 เริ่มต้นสู่การเป็นนักออกแบบมืออาชีพ (Machine Design)

อาชีพวิศวกรออกแบบเครื่องจักรกลนั้น เป็นอาชีพที่ต้องใช้ทักษะความรู้และความอดทนเป็นอย่างมากเพราะ วิศวกรออกแบบนั้นถือได้ว่าเป็นผู้สร้างที่สามารถนำเหล็กหรือนำวัสดุต่างๆมาประกอบกันให้เกิดการเคลื่อนที่ เคลื่อนไหวตามวัตถุประสงค์ที่ผู้ออกแบบได้กำหนดไว้ ซึ่งคุณลักษณะพื้นฐานของนักออกแบบที่ดีนัั้น จะต้องเป็นผู้ที่ความรู้ในเรื่องดังต่อนี้เป็นอย่างดี
1.Process การผลิตชิ้นส่วน (ข้อนี้สำคัญมาก ควรรู้ทั้งทฤษฏีและปฎิบัติ)

โดยนักออกแบบที่ดีจะต้องมีความรู้พื้นฐานในเรื่องของกระบวนการผลิตไม่ว่าจะเป็น กลึง ไส ปาด เจาะ งานเชื่อม Wire Cut EDM งานหล่อขึ้นรูป งานพับ ความยากง่ายในการผลิต ซึ่งจากการทำงานในสายอาชีพนี้มากว่า 10 ปีนั้น พบว่า นักออกแบบมือใหม่นั้นส่วนใหญ่จะละเลยในส่วนนี้ไป เวลาให้ออกแบบจะเขียน 3D Model ใน Computer โดยการเขียนไม่คำนึงถึง Process ในการผลิตว่าสามารถสร้างได้ในโลกของความเป็นจริงหรือไม่ ซึ่งในการเขียน Model ที่ดีมีเทคนิคง่ายๆคือ เขียนตาม Process การผลิต เสมือนเรานำก้อนเหล็กที่อยู่ใน Computer มาทำการ กลึง ปาด กัด เจาะ เพื่อให้ได้ชิ้นงานตามที่เราต้องการ ยกตัวอย่าง การเจาะรูร้อยผ่าน Screw ซึ่งไม่ได้คุมค่าหรือต้องการ Position ผู้ที่ไม่รู้ Process จะใส่ค่า H7 มา ซึ่งในทางปฏิบัติทำได้ยากและเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มโดยใช่เหตุเป็นต้น

VDO ตัวอย่างของกระบวนการผลิตชิ้นส่วนนะครับลองค่อยๆศึกษาทำความเข้าใจ

2.กลศาสตร์วิศวกรรม (Static &Dynamics)
ในการออกแบบเครื่องจักรนั้นเราจะต้องออกแบบคำนวนให้ชิ้นส่วนมีความแข็งแรงทนทาน สามารถทำงานได้ตามวัตถุประสงค์ ซึ่งวิชา กลศาสตร์ นั้น เป็นวิชาพื้นฐานที่สำคัญมาก (อะแห้มไหนใครบอกเรียนไปก็ไม่ได้ใช้😅 หากน้องๆคนไหนผ่านมาเจอบทความนี้ พี่ขอให้น้องตั้งใจเรียนวิชานี้ให้มากๆ โดยในการเรียนไม่จำเป็นต้องรู้หมด แต่ควรรู้ให้ลึกในเรื่องที่จะใช้งาน ซึ่งสิ่งที่ต้องรู้และเน้นนั้น คือเรื่องของการเขียน FBD การแตกแรง การเขียนเวกเตอร์ การคำนวน Moment ถามว่านำไปใช้อะไร คำตอบคือใช้แทบทุกอย่างที่มีแรงมากระทำกับวัตถุ หรือในวิชา Dynamic เป็นการคำนวนความสัมพันธ์เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ ในทางปฎิบัติจริงๆพี่ใช้ Solidwork ช่วยในการออกแบบ แต่ก็ต้องคำนวนมือเป็นด้วยเพราะ Program เป็นแค่เครื่องมือ เราป้อนอะไรไปมันก็ทำตามนั้น ซึ่งถ้าเราป้อนค่าผิดหรือไม่มีความรู้ program ก็จะทำงานให้เราผิดพลาด ดังนั้นต้องตั้งใจเรียนให้มาก ลองดู VDO ด้านล่างเป็นเครื่องจักรการผลิตของญี่ปุ่น น้องๆลองจินตนาการดูว่าจะใช้วิชา กลศาสตร์คำนวนสว่นไหนได้บ้าง จะช่วยกระตุ้นให้อยากเรียนมากขึ้น )

3.Pneumatic
วิชานี้ก็สำคัญไม่แพ้กัน เพราะเป็นแหล่งต้นกำลังที่โรงงานส่วนใหญ่ใช้กันเพราะสะอาดและราคาถูกกว่าระบบ Hydraulic ในการออกแบบวงจรนั้นไม่ซับซ้อนมากเหมือนสมัยก่อนเพราะ ใช้ PLC มาใช้ในการควบคุม Solenoid Valve ให้ทำงานตาม Sequence โดยที่เราไม่ต้องต่อระบบอะไรให้ยุ่งยากเลย แต่สิ่งที่เป็นหัวใจของระบบ Pneumatic คือ ต้องคำนวนเลือกอุปกรณ์ให้ได้ โดยสมการพื้นฐานที่ผู้เขียนใช้ทำมาหากิน 10 กว่าปีมีด้วยกัน 2 สมการคือ 1.P=F/A 2.Q=VA เพียงเท่านี้ก็เพียงพอต่อการเลือกอุปกรณ์ต่างๆในระบบ Pneumatic ได้แล้ว ( ไม่ยากเลย แต่กว่าจะเข้าใจ ก็เจ็บมาเยอะ 😀 )

4.Hydraulic
Hydraulic มักใช้กับเครื่อง Press เพราะสรา้งกำลังได้สูง โดยข้อดีของ Hydraulic ที่ได้เปรียบระบบ Pneumatic คือ ระบบ Hydraulic มีความแม่นยำและให้กำลังงานมากกว่าระบบ Pneumatic โดยระบบ Pneumatic ใช้ลมซึ่งยุบตัวได้จึงไม่เหมาะกับงานที่ต้องการ Precision มากๆ

5.Mechanic of material

วิชานี้ก็สำคัญนะครับ โดยวัสดุที่ใช้งานกับเครื่องจักรนั้นได้แก่ SS400, S45C, SCM435 ,Aluminium ,Plastic วิศวกรรม เช่น POM ,MC Nylon เป็นต้น โดยในการใช้งานเราจะต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับประเภทของงานนั้นๆ สมการพื้นฐานที่ใช้ในการออกแบบได้แก่ ความเค้น ความเครียด ความเค้นเฉือน โมเมนต์ดัด การโก่งงอของเสา คาน เป็นต้น ( ใช้ Finite Element ช่วยคำนวนได้ )

6.Computer Aide Design (CAD)

นี่เป็นเครื่องมือทำมาหากินและใช้ในการสมัครงานด้านวิศวกรรม บริษัทสว่นใหญ่จะใส่ Skill ส่วนนี้ไว้ในใบสมัครด้วย ซึ่งถ้าเรามีความรู้ในส่วนนี้จะทำให้ได้เปรียบคู่แข่งเป็นอย่างมาก โดย Software ออกแบบที่นิยมใช้ได้แก่ Solidwork ,Catia,UG NX,AutoCad เป็นต้น ซึ่งผู้เขียนถนัดและใช้ Solidwork ในการออกแบบ ซึ่งในส่วนของ Program ใช้งานไม่ยาก แต่ที่ยากคือ Concept เครื่องที่จะออกแบบ ถ้าเราคิด Concept ไม่ได้ เราก็ไม่มีอะไรให้เขียนใน Program ซึ่งนักออกแบบขั้นเทพที่ผู้เขียนเคยพบเจอมา สามารถสรา้งเครื่องหลักล้านโดยการ Sketch ลงในกระดาษและแตก Detail ลงแบบสั่งผลิตโดยไม่จับเมาส์เลย ซึ่งผู้เขียนอึ้งมากว่าทำได้อย่างไร จนเมื่อออกแบบมานานๆจึงค้นพบสัจธรรมว่า เมื่อใดที่เรามองเห็นเครื่องจักรที่เรากำลังจะทำในหัวได้หมดนั้น ไม่ว่าจะ program อะไรเราก็ใช้งานได้ หรือจะเขียนมือแบบรุ่นพี่ก็ได้ แค่ program cad ช่วยอำนวยความสะดวกเฉยๆ นักออกแบบมือใหม่ๆนั้นเมื่อได้โจทย์มาให้ออกแบบ สิ่งแรกที่จะทำกันคือ เขียน Model ก่อนเลย ซึ่งเป็นวิธีที่ผิด ( แรกๆผู้เขียนก็ทำ หมุน model จนตาลาย ก็มันคิดไม่ออกนี่ 😀) วิธีที่ถูกต้องคือ Sketch มือ ทำความเข้าใจ Concept ถึงค่อยลงมือเขียน Model

7.Engineering Drawing

สำคัญมากๆ และยากมากๆสำหรับคนที่มองภาพไม่ออก สมัยเรียนมหาลัย เนื่องจากผู้เขียนเรียนสาย มัธยมมา เมื่อเจอวิชานี้ถึงกับไปไม่เป็นเนื่องจากมองภาพฉายไม่ออก ไม่เข้าใจ แม้จะพยายามแล้วก็ตาม ถึงขนาดเพื่อนบอกให้ดื่มเหล้ากรึ่มๆเดี๋ยวจินตนาการมาเอง ผลสุดท้ายมึนตึบหนักกว่าเก่าอีก 😂 จากการทำงานมาหลายปี ตอนนี้ข้าพเจ้ามองย้อนกลับไปและถามตัวเองว่าจริงๆมันไม่ยากเลยทำไมวันนั้นทำไม่ได้ พยายามหาคำตอบมานานจนในที่สุดก็รู้ว่า เราเรียนผิดวิธี เราพยายามสอนให้คนมองจาก 2D เป็น 3D มันยากสำหรับคนที่ไม่คุ้นเคย ( คนญี่่ปุ่นส่วนใหญ่เขียน 3D ไม่เป็น เขียนเป็นแต่ 2D ) ในการสอนที่ดีคือให้มอง 3D ก่อนและค่อยฉายภาพ และนำ 2D มาเขียนเป็น 3D ย้อนกลับอีกครั้ง เพื่อให้สมองเชื่อมโยงคุ้นเคยระหว่างการแปลง 2D เป็น 3D ในสมอง ซึ่ง Solidwork สามารถช่วยในเรื่องนี้ได้อย่างง่ายดาย ( น้องๆที่รู้ตัวว่าไม่ไหว อย่าเพิ่งท้อ และอย่าดื่มเหล้ามันไม่ช่วยอะไรเลย พี่เคยลองแล้ว😂 ทางที่ดีคือ การเห็นภาพ 3D ให้มากๆก่อน เช่น Bearing ,Shaft ,Pulley ,Screw ,Nut ,O-Ring เป็นต้น และดูว่าเมื่อเขียนเป็น 2D เขียนอย่างไร การฉายภาพเขาทำอย่างไร )

สุดท้ายนี้ ผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่า จะมอบแนวทางศึกษาให้แก่ผู้ที่รักและสนใจในงานออกแบบเครื่องจักร หากบทความนี้ขาดตกบกพร่องประการใด ผู้เขียนก็ขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วยนะครับ จะพยายามปรับปรุงเนื้อหาและข้อความให้ดีๆยิ่งขึ้นไป เพื่อทำตามความตั้งใจของผู้เขียนที่จะ "สร้างประเทศไทยให้ยิ่งใหญ่ ด้วยการสรา้งนักประดิษฐ์ เหมือนที่เยอรมันและญี่ปุ่นทำ " ด้วยแนวทางของผู้เขียนที่จะติดอาวุธทางปัญญาให้แก่ พี่น้องคนไทย โดย Knowledge ต่างๆที่ข้าพเจ้าสั่งสมมาก็มาจากความรู้ของวิศวกรชาว ญี่ปุ่น ซึ่งผู้เขียนทำงานรับใช้สรา้งความเจริญให้แก่ต่างชาติมานานถึงเวลาแล้วที่จะสรา้งนักประดิษฐ์รุ่นใหม่ มาช่วยกันพัฒนาชาติบ้านเมืองของเราเอง

ขอขอบคุณ รูปภาพจาก Google และ VDO จาก Youtube ด้วยนะครับ ไว้เวลาว่างๆ เดี๋ยวผู้เขียน จะมาลงรายละเอียดความรู้ในแต่ละส่วนให้นะครับ

แถมๆรายการนี้ดีมากๆ ได้ Idea การออกแบบเยอะเลย