คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบงานอุตสาหกรรม
CAD
ประวัติความเป็นมาคอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ
เริ่มต้นขึ้นเมื่อประมาณปี ค.ศ. 1950 ซึ่งได้มีการประยุคต์ใช้คอมพิวเตอร์ในงานวิศวกรรมและช่วยงานอุตสาหกรรม
โดยเริ่มจาการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการคำนวณเป็นส่วนใหญ่
ต่อมาเมื่อมีการพัฒนาเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ให้มีขนาดเล็กลงและมีความสามารถสูงขึ้น
จึงมีการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ในงานต่าง ๆ กว้างขวางขึ้น
ซึ่งก่อให้เกิดการพัฒนาทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เพื่อประยุกต์ใช้งานต่าง ๆ เช่น
คอมพิวเตอร์กราฟิก (COMPUTER GRAPHIC) ซึ่งเป็นการนำคอมพิวเตอร์มาช่วยในการสร้างภาพ
สำหรับงานวิศวกรรมก็ได้คอมพิวเตอร์กราฟิกมาช่วยในการสร้างแบบซึ่ง
เรียกว่า คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ (COMPUTER AIDED DESIGN) และพัฒนามาใช้คอมพิวเตอร์ช่วยผลิตด้วย
โดยใช้ควบคุมอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ผลิตสินค้าหรือผลิตชิ้นงานในโรงงานอุตสาหกรรมซึ่งเราเรียกว่า
“คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต (COMPUTER AIDED
MANUFACRING)
คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ
(COMPUTER AIDED DDSIGN)
ในกระบวนการของ CAD นอกจากจะเป็นการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบแล้วยังรวมไปถึงการใช้คอมพิวเตอร์ในการดัดแปลง
การวิเคราะห์และหาหนทางที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบ โดยระบบ CAD จะต้องมีทั้งส่วนที่เป็นฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ โดยฮาร์ดแวร์ ของ CAD
นอกจากจะประกอบด้วยระบบคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงแล้ว
ยังต้องมีจอกราฟิกและอุปกรณ์รับข้อมูล เช่น เมาส์ ดิจิไทเซอร์ ฯลฯ
ส่วนซอฟต์แวร์ของ CAD นั้นจะเป็นโปรแกรมสำหรับสร้างกราฟิกและโปรแกรมช่วยต่าง
ๆ เช่น โปรแกรมวิเคราะห์ โครงสร้าง เช่น FINITE ELEMENT ANALYSIS ซึ่งเราอาจเรียกส่วนนี้ว่า คอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม (COMPUTER
AIDED ENGINEERING) การติดตั้งเป็นกระบวนการในการตั้งค่าต่างเพื่อให้โปรแกรมสามารถทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์,
เครื่องพิมพ์ และอุปกรณ์อื่นๆ ได้
การติดตั้งโปรแกรมเริ่มจากการใส่แผ่นโปรแกรม แล้วคัดลอกทุกส่วนของโปรแกรมจากแผ่นโปรแกรมลงในฮาร์ดดิสก์ของคอมพิวเตอร์
ในระหว่างการติดตั้ง โปรแกรมอาจถามคุณเกี่ยวกับการติดตั้งค่า
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ เมื่อคุณติดตั้งเรียบร้อยแล้ว
คุณจึงจะสามารถใช้งานโปรแกรมได้
ส่วนประกอบสำคัญ
การนำระบบคอมพิวเตอร์มาช่วยออกแบบนั้นมีส่วนประกอบที่สำคัญ 4
ส่วนคือ (ดูภาพที่ 1.14)
1.1 ผู้ออกแบบ (Operator)
1.2 การป้อนข้อมูลเข้าระบบ (Input Device)
1.3 การประมวลผล และการจัดเก็บข้อมูล (Processing and
Display)
1.4 การแสดงผล (Output)
ชนิดของระบบคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ
(Typical CAD System)
1 เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (Mainframe Computer Base CAD System เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีลักษณะเป็นแผงควบคุม และมีอุปกรณ์อื่น ๆ สนับสนุน
เช่น เทปแม่เหล็ก จานแม่เหล็ก จานแม่เหล็ก และมีสายเคเบิล ต่อถึงกัน เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ใช้กับระบบคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบที่ต้องการความละเอียดและความ
แม่นยำสูง ผู้ใช้จะนั่งทำงานอยู่ในเครื่องทีเรียกว่าเทอร์มินอล (Terminal) ข้อมูลทั้งหมดจะเก็บไว้เป็นศูนย์กลางที่เมนเฟรมคอมพิวเตอร์
ระบบแบบนี้มักจะมีใช้ในระบบอุตสาหกรรมขนาดใหญ่มากๆ เช่นอุตสาหกรรมการออกแบบรถยนต์
เป็นต้น
2. ไมโครคอมพิวเตอร์ (Microcomputer Base CAD System) หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (personal computer : PC) เป็นระบบคอมพิวเตอร์ที่มีหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) อยู่แผงวงจรร่วม
(integrated circuit : IC) เพียงตัวเดียว ซึ่งเราเรียกว่า ไมโครโปรเซสเซอร์
( microprocessor) สำหรับเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ที่นำมาใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ
อาจแบ่งเป็นขนาด 32 บิต สำหรับการสร้างภาพ 2 มิติ และขนาด 64 บิต สำหรับการสร้างภาพ 2 และ 3 มิติ
หรือสำหรับการวิเคราะห์การออกแบบที่ต้องการ การประมวลผลข้อมูลจำนวนมาก
ระบบคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบที่ใช้เครื่องระดับไมโครคอมพิวเตอร์
มักเป็นระบบอุตสาหกรรมที่มีขนาดเล็ก
เนื่องจากเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์มีขนาดไม่ใหญ่มาก ระบบไม่ซับซ้อน ราคาไม่แพง
3. มินิคอมพิวเตอร์ (Minicomputer Base CAD System) เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดรองลงจากเมนเฟรมคอมพิวเตอร์
และสูงกว่าไมโครคอมพิวเตอร์ สามารถเก็บข้อมูลได้มากว่าเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์
มีความเร็วในการประมวลผลสูง มักใช้กับระบบคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบที่ต้องการ
การคำนวน และการประมวลผลด้วยความเร็วสูง เช่นการวิเคราะห์โครงสร้างของผลิตภัณฑ์ การจำลองสถานการในการผลิติ
เป็นต้น
4. ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputer Base CAD System) เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง
มีราคาแพงมาก การทำงานซับซ้อน ต้องการการดูแลระบบอย่างดี
ระบบนี้จึงเหมาะกับการใช้งานระบบคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบงานเกี่ยวกับแผนที่ดาวเทียม GPS
ที่ต้องทำการประมวลผลอย่างรวดเร็วเพื่อให้สามารถแจ้งผลได้ทันเวลา
5. ระบบสถานีงานของคอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ (Workstation Base
CAD System) สถานีงาน
คือระบบการเชื่อมต่อเครื่องให้เป็นระบบเครือข่าย เพื่อใช้ทรัพยากรณ์ในระบบร่วมกัน
ซึ่งผู้ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ในระบบเครือข่ายนี้จะติดต่อกับเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้สำหรับทำหน้าที่บริการต่าง
ๆ เพื่อขอใช้ข้อมูลหรือ เครื่องพิมพ์ หรือเครื่องฟล็อตเตอร์เขียนแบบอัตโนมัติ
ที่ติดตั้งไว้เป็นศูนย์กลาง ให้สถานีงานในระบบเครือข่ายเข้ามาร่วมใช้งานได้ ระบบเครือข่ายที่นิยมใช้มักเป็นระบบเครือข่ายแบบแลน
(Local Area Networking System)
เทคโนโลยีการออกแบบ
เพื่อเสริมสร้างผลิตภัณฑ์ให้มีความสมบูรณ์ เป็นที่พอใจของผู้ใช้
นอกเหนือจากคุณสมบัติ พื้นฐานของผลิตภัณฑ์แล้ว จะต้องมีความสวยงามของรูปทรง
สีสันถูกใจตามกลุ่มหรือวัยต่างๆ ของผู้บริโภค การออกแบบให้สมบูรณ์มิใช่เรื่องง่าย
ถือว่าในเรื่องทางด้านจิตใจและค่านิยมของผู้ใช้ ตามยุค ตามสมัย
ศาสตร์ด้านศิลปะจึงเป็นสิ่งสำคัญ
โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการออกแบบ เช่น
1. โปรแกรม Photoshop เป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย
โดยเฉพาะนักออกแบบมือใหม่ โปรแกรม Photoshop เป็นโปรแกรมสำหรับออกแบบรูปภาพและ
ตกแต่งภาพ รวมทั้งการออกแบบรูปทรงต่างๆ
2. โปรแกรม AutoCAD เป็นโปรแกรมสำหรับออกแบบและเขียนแบบ
ที่ได้รับ ความนิยมกว่า 150 ประเทศทั่วโลก
เป็นโปรแกรมอเนกประสงค์ในด้านการออกแบบ ตั้งแต่การออกแบบ ผลิตภัณฑ์ขนาดเล็ก
ไปจนถึงการออกแบบโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่ รวมถึงการเขียนรายละเอียด ที่ออกแบบได้
และสามารถที่จะวางรูปแบบการใช้วัสดุในการก่อสร้างอาคาร
3. โปรแกรม CAD / CAM คำว่า CAD ย่อมาจากคำว่า Computer Aided Design หมายถึง
คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบและช่วยงานผลิตไปในตัว โดยเราจะใช้โปรแกรม CAD ออกแบบ ข้อมูลในลักษณะของรูปภาพ กราฟฟิก แล้วส่งต่อให้โปรแกรม CAM ผลิตชิ้นงานออกมา ซึ่งมีขนาด รูปร่างเหมือนกับที่ออกแบบไว้ทุกประการ
ซอฟท์แวร์ CAD ได้ถูกพัฒนาให้มีความสามารถมากยิ่งขึ้น
ควบคู่ไปกับ ระบบคอมพิวเตอร์ ที่มีความเร็ว มากขึ้นเรื่อย ๆ
จึงทำให้ผู้ใช้ซอฟท์แวร์ CAD ในปัจจุบัน
ทำงานเขียนแบบและออกแบบ ได้ง่าย และรวดเร็ว ซอฟท์แวร์ CAD มีให้ผู้ใช้ได้เลือกใช้ไม่ว่าจะทำงานอยู่ในวงการใด
ๆ
คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต
(COMPUTER AIDED MANUFACTURING)
การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยจัดการกับกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม
โดยอาจคอบคุมตั้งแต่การวางแผนจนกระทั่งการจัดการหลังการผลิต ซึ่งกระบวนการของ CAM
อาจแบ่งออกเป็น 2 ส่วน หลัก ๆ คือ
1 การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตโดยตรง
เป็นลักษณะการใช้คอมพิวเตอร์ในงานตรวจสอบ โดยระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้เชื่อมโยงกับกระ-
บวนการผลิตนี้จะทำหน้าที่ตรวจสอบกระบวนการผลิตหรือเก็บข้อมูลจากกระบวนการผลิตหรือเก็บข้อมูลจากกระบวนการผลิต
การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อทำการผลิตสินค้าโดยตรง โดยการนำข้อมูลจากระบบ
CAD มาช่วยในการควบคุมอุปกรณ์การผลิต เช่น เครื่องกัดที่ทำงานโดยอาศัยคำสั่งเชิงตัวเลข
NUMERICAL CONTROL MACHINE หรือ NC MACHINE TOOL
2 การใช้คอมพิวเตอร์ในการผลิตทางอ้อม
งานลักษณะนี้เป็นงานที่สนับสนุนการผลิต
ซึ่งไม่ต่อเชื่อมระบบคอมพิวเตอร์โดยตรงแต่อาจจะเป็น
การนำข้อมูลมาประมวลผล สรุป วางแผน เช่น งานที่เกี่ยวกับการวางแผน
การจัดการเกี่ยวกับการจัดซื้อ วัตถุดิบ การจัดการในโรงงาน เป็นต้น
คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบและผลิตชิ้นงาน
เป็นระบบการทำงานที่ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ร่วมกับเครื่องจักรกล
ระบบการทำงานเริ่มจากการออกแบบและการกำหนดค่าหรือขนาดต่าง ๆ ของชิ้นงาน
เรียกรูปแบบการทำงานลักษณะนี้ว่าระบบ CAD (Computer Aided Design) ภายหลังจากออกแบบและคำนวณ
ขั้นตอนต่อมาคือการผลิตหรือการสร้างชิ้นงานให้ได้ตามแบบและขนาดที่ต้องการ
การทำงานจะใช้ระบบการผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยที่เรียกว่า ระบบ CAM
(Computer Aided Manufacturing)
อุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบินเป็นอุตสาหกรรมที่ริเริ่ม
เขียนโปรแกรมของระบบต่าง ๆ
ภายหลังได้มีการพัฒนาโปรแกรมเพื่อใช้กับอุตสาหกรรมการผลิตอื่น ๆ
ขณะเดียวกันเครื่องคอมพิวเตอร์ได้มีการพัฒนาให้มีความสามารถในการทำงานสูงขึ้น
แต่มีราคาลดลงทำให้เกิดการพัฒนาโปรแกรมที่ใช้ในการพัฒนาโปรแกรมที่ใช้ในงานทางด้านการผลิตในปัจจุบันได้มีการนำเอาคอมพิวเตอร์มาใช้เป็นตัวควบคุมการทำงาน
ส่งผลให้มีผลที่ได้มีคุณภาพสูง แต่ใช้เวลาในการผลิตสั้นลง
ทำให้สามารถลดค่าใช้จ่ายในการผลิตได้ในระยะยาว จากปัจจัยดังกล่าวขั้นต้น
จึงทำให้เกิดเป็นระบบการออกแบบและผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย CAD-CAM ขึ้นมา
การที่จะนำระบบดังกล่าวมาใช้งานนั้น
ผู้ประกอบการอุตสาหกรรมควรทำความเข้าใจกับระบบเหล่านี้ก่อนที่จะเลือกใช้
เพราะระบบต่าง ๆ นั้นมีราคาค่อนข้างสูง
ต้องใช้บุคคลที่มีความรู้และเข้าใจในการทำงานของระบบเป็นอย่างดีเพื่อที่จะทำให้ใช้ประโยชน์จากระบบคอมพิวเตอร์ช่วยได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การทำงานในระบบ CAD จะใช้ในการสร้างรูปภาพ
ออกแบบชิ้นส่วนต่าง ๆ
โดยการสร้างรูปภาพทางจอภาพของเครื่องคอมพิวเตอร์ด้วยคำสั่งต่าง ๆ
ที่มีอยู่ภายในโปรแกรม CAD ข้อมูลเกี่ยวกับรูปภาพจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำของเครื่องคอมพิวเตอร์
และพร้อมที่จะนำข้อมูลที่ได้เหล่านี้ไปใช้งานได้ต่อไป
โดยทั่วไปแล้วสามารถแบ่งระบบการทำงานของระบบ CAD ออกได้เป็น 3
ระบบ (1) ระบบเส้นรอบรูป (Wire Frame
Modeler) (2) ระบบผิวสัมผัส (Surface Modeler) (3) ระบบรูปทางตัน (Solid Modeler
งานออกแบบ
คอมพิวเตอร์ได้ถูกนำไปใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพในการสร้างภาพกราฟิกเพื่อออกแบบทางวิศวกรรมและสถาปัตยกรรม
การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (Computer Aided Design : CAD) นั้นได้ถูกใช้งานอย่างมากในการออกแบบสิ่งก่อสร้าง
รถยนต์ เครื่องบิน ยานอวกาศ รวมทั้งการออกแบบคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่
ซึ่งมักจะถูกออกแบบในคอมพิวเตอร์ก่อนแล้วจึงนำมาสร้างจริงในภายหลัง
หน้าจอของโปรแกรมในลักษณะนี้มักจะประกอบด้วยรายการเลือก หน้าต่าง
และภาพอุปกรณ์ที่กำลังออกแบบดังตัวอย่างในรูปที่ 2 โปรแกรมที่นิยมใช้กันแพร่หลาย
เช่น AutoCAD
งานสร้างภาพนามธรรม
คอมพิวเตอร์ใช้ข้อมูล วิธีการทางคณิตศาสตร์ และวิธีการสร้างภาพกราฟิก
สร้างภาพนามธรรมซึ่งเป็นภาพกราฟิกที่ไม่มีจริงในธรรมชาติหรือภาพที่โดยปกติมีความยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะมองเห็นหรือเฝ้าสังเกตได้
เช่น ภาพในภาพยนตร์ที่นักแสดงในปัจจุบันปรากฏตัวร่วมกับบรรดาบุคคลสำคัญของโลกในอดีตหรือตัวการ์ตูน
ภาพห้วงอวกาศ ภาพการเต้นของหัวใจจากมุมมองต่าง ๆ ภาพการเคลื่อนไหวของข้อต่อกระดูก
ภาพนามธรรมมีประโยชน์อย่างมากต่องานบันเทิง การแพทย์ วิทยาศาสตร์ และงานอื่น ๆ
ในชีวิตประจำวัน
การตรวจรักษาโรคของแพทย์ใช้ภาพนามธรรมที่คอมพิวเตอร์สร้างขึ้นเพื่อซ่อมแซมอวัยวะที่ผิดปกติหรือชำรุด
โดยการสร้างภาพนามธรรมของอวัยวะที่ตรวจและอาจสร้างภาพนามธรรมของอวัยวะปกติซ้อนทับไว้
แพทย์จะสามารถตรวจค้นพบความผิดปกติของอวัยวะโดยการหมุนดูภาพนามธรรมนี้ในมุมต่าง ๆ
และเมื่อจำเป็นต้องผ่าตัดเพื่อให้การรักษา
ในขณะผ่าตัดแพทย์สามารถมองเห็นภาพนามธรรมของอวัยวะที่กำลังผ่าตัดได้ทุกแง่ทุกมุมช่วยให้การผ่าตัดสะดวกและถูกต้อง
ในการผ่าตัดตบแต่งใบหน้าของผู้ประสบอุบัติเหตุ
ศัลยแพทย์สามารถสร้างภาพนามธรรมใบหน้าของผู้ป่วยขึ้นก่อน แล้วดำเนินการผ่าตัดไปตามที่กำหนด
งานด้านศิลปะ
การสร้างงานด้านศิลปะนับเป็นสิ่งสำคัญสำหรับมนุษยชาติ ศิลปินสามารถใช้สื่อต่าง ๆ
ในการถ่ายทอดจินตนาการ อารมณ์ ความรู้สึกสู่ผู้ชมงานศิลปะนั้น
คอมพิวเตอร์นับว่าเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพในการสร้างภาพกราฟิกเพื่อสื่อความหมาย
เนื่องจากมีความยืดหยุ่นในการนำเสนอได้มาก
การสร้างงานศิลปะอาจทำได้ตั้งแต่การวาดภาพโดยใช้โปรแกรมวาดภาพ
ที่มีเครื่องมือให้สามารถใช้เมาส์แทนการใช้พู่กันและสี เช่น โปรแกรม Paint ในบางโปรแกรมสามารถปรับความหนักเบาของเส้นมาช่วยทำให้การวาดภาพเป็นธรรมชาติขึ้น
บางโปรแกรมสามารถปรับแต่งภาพถ่าย มาเป็นภาพวาดสีน้ำ สีไม้ สีน้ำมัน หรือแบบอื่น ๆ
ได้ และยังรวมความสามารถในการเลือกพื้นผิวสำหรับวาดภาพด้วย
โปรแกรมที่นิยมใช้ในการตกแต่งภาพ คือ Adobe Photoshop ในงานศิลปะการละคร
ฟิล์มภาพยนต์หรือวีดิทัศน์สามารถบันทึกภาพการแสดงได้
แต่ไม่สามารถเก็บรายละเอียดท่าทางของตัวละครแต่ละตัว
การใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกจะทำให้ผู้กำกับการแสดงสามารถวิเคราะห์ออกแบบท่าทางของนักแสดง
กำกับบทบาทของตัวละครแต่ละคนบันทึกเป็นข้อมูล กำหนดฉาก แสง
แล้วแสดงเป็นภาพการแสดงรวม ซึ่งสามารถตรวจสอบแก้ไขรายละเอียดทุกส่วน
และนำไปสู่บทบาทการแสดงจริงบนเวที
คอมพิวเตอร์กราฟิกสำหรับงานศิลปะการละครจะมีลักษณะการใช้งานคล้ายกับคอมพิวเตอร์กราฟิกช่วยในการออกแบบ
งานสำรวจอวกาศในการสำรวจอวกาศจากนอกโลก คอมพิวเตอร์ในยานสำรวจจะบันทึกภาพต่าง ๆ
เช่น ดาวอังคาร ดวงจันทร์ ดาววีนัส กาแลคซี่ต่าง ๆ
เป็นข้อมูลทางดิจิทัลแล้วส่งกลับมายังฐานบนโลกซึ่งจะเปลี่ยนข้อมูลดิจิทัลมาเป็นภาพกราฟิก
ผู้เชี่ยวชาญทางกราฟิกจะวิเคราะห์ภาพโดยใช้เทคนิคเพิ่มคุณภาพของภาพ
ซึ่งจะทำการปรับภาพตามเงื่อนไขของตัวบ่งชี้พื้นผิว
เทคนิคการเพิ่มคุณภาพของภาพสามารถเติมข้อมูลภาพที่ผิดพลาดโดยการตรวจสอบจุดภาพข้างเคียงส่วนที่ผิดพลาดแล้วคาดการว่า
ข้อมูลภาพที่หายไปหรือไม่ทราบว่าเป็นอย่างไร
ความเข้มแสงบนภาพได้รับการปรับให้ดีขึ้น โดยใช้ข้อมูลที่มาจากข้อกำหนดของอุณหภูมิ
ความหนาแน่นของอากาศ และชั้นบรรยากาศต่าง ๆ เทคนิคการเพิ่มคุณภาพของภาพสามารถปรับภาพสีเทาเป็นภาพสีได้
งานพยากรณ์อากาศ
ภาพแผนที่อากาศและคำพยากรณ์อากาศที่ปรากฏในข่าวทางทีวีในแต่ละวันเป็นงานที่เกิดจากรวบรวมข้อมูลความกดอากาศ
อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วลม และทิศทางลม
ของกรมอุตุนิยมวิทยาจากหลายพื้นที่ โดยใช้ข้อมูลจากการมองเห็น
ภาพสำรวจผ่านดาวเทียม สัญญาณจากเรดาร์ เครื่องวัดภาคพื้นดิน
เครื่องมือวัดจากบัลลูนอากาศ
แล้วป้อนเข้าสู่ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่แหล่งเก็บข้อมูลนั้น ๆ
จากนั้นข้อมูลจำนวนมากมายนี้จะถูกส่งต่อมาประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์ที่กรมอุตุนิยมวิทยา
กรุงเทพฯ ซึ่งจะทำการคำนวณด้วยความเร็วสูงเพื่อจำลองสภาพของอากาศ
ผลที่ได้จะเป็นภาพกราฟิกที่เป็นภาพแผนที่อากาศและข้อมูลสำหรับพยากรณ์อากาศ งานกีฬา
ในสนามกีฬาหลายแห่งจะมีกระดานอิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์สำหรับให้ข้อมูลและสร้างความสนุกสนานให้กับผู้ชมโดยแสดงภาพกราฟิก
เช่น สถิติและคะแนนการแข่งขัน ย้อนภาพการแข่งขัน แสดงภาพเคลื่อนไหว
แสดงความยินดีและเป็นกำลังใจให้นักกีฬา เสนอเกร็ดกีฬา
ในการวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อเพิ่มขีดความสามารถของนักกีฬา
ผู้ควบคุมการฝึกสอนกีฬาสามารถใช้โปรแกรมทางกราฟิก เช่น
การนำภาพการเคลื่อนไหวร่างกายของนักกีฬาขณะวิ่งเก็บบันทึกไว้ในคอมพิวเตอร์โดยใช้เครื่องกราดตรวจพิเศษหรือดิจิไทเซอร์
แล้วสร้างโครงร่างร่างกายขณะเคลื่อนไหวเป็นภาพกราฟิก
รูปแบบที่สร้างขึ้นนี้สามารถนำไปใช้ในการเปรียบเทียบกับผลการวิ่งของนักกีฬาคนอื่น
ทำให้สามารถพัฒนารูปแบบการวิ่งและวิธีการเพิ่มขีดความสามารถของนักกีฬาได้
CAD (Computer Aided Design)
CAD เป็นคำย่อของคำว่า "Computer Aided Design" ซึ่งแปลตามศัพท์ได้ความว่า การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ
แต่หลายท่านอาจเคยพบคำว่า CADD ซึ่งย่อมาจาก Computer
Aided Design and Drafting นั่นก็คือการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบและ
เขียนแบบ คำย่อดังกล่าวจะเป็นที่คุ้นเคยกับผู้ที่อยู่ในวงการวิศวกรรมทุกสาขา ทั้ง
นิสิต นักศึกษา ช่างเทคนิค วิศวกร ตลอดจน
ผู้ประกอบการที่ต้องใช้เทคโนโลยีในการผลิต
A Design Drawing for Engine
เทคโนโลยีของซอฟท์แวร์ CAD ได้ถูกพัฒนาเริ่มจาก
การเป็นซอฟท์แวร์ช่วยเขียนแบบ 2 มิติ(Drawing) เสมือนเป็นกระดานเขียนแบบอิเลคโทรนิค
ซึ่งจะมีคำสั่งในการใช้งานซึ่งผู้ใช้สามารถ เรียกใช้คำสั่ง
โดยการใช้เมาส์เลือกที่เมนูบนจอภาพ หรือการป้อนคำสั่งจากแป้นพิมพ์ ซอฟท์แวร์ CAD
มีหลายกลุ่มคำสั่ง ได้แก่คำสั่งในการวาดองค์ประกอบต่าง ๆ ได้แก่
เส้นตรง(Line) ,ส่วนโค้ง(Arc) ,วงกลม(Circle)
,วงรี(Ellipse) ,รูปเหลี่ยม(Polygon) เช่น สามเหลี่ยม, สี่เหลี่ยม และยังมีคำสั่งในการช่วย
วาดองค์ประกอบเพิ่มเติม เช่น การสะท้อนให้เกิดภาพ (Mirror) ,การสำเนาองค์ประกอบที่มีอยู่
(Copy) นอกจากนี้ยังมีคำสั่งในการแก้ไข
สิ่งที่ได้วาดลงไปแล้ว ได้แก่ คำสั่งลบออก (Erase) , ตัดบางส่วน
(Trim) , เคลื่อนย้าย (Move) ,หมุนภาพ
(Rotate), การจัดองค์ประกอบต่าง ๆ จำแนกอยู่ในชั้นต่าง ๆ (Layer)
เพื่อความสะดวกในการทำงานเสมือน มี แบบหลาย ๆ แผ่นมาซ้อนทับกันอยู่
เช่น ในอาคารหนึ่งหลัง จะมีทั้งแบบโครงสร้าง แบบไฟฟ้า, แบบผนัง
ฯลฯ ซึ่งเป็นกระดาษไข เมื่อต้องการใช้ก็จะนำมาทาบกัน คำสั่งดังกล่าวที่ซอฟท์แวร์ CAD
2 มิติ มีให้นั้น
จะทำให้ผู้ใช้สะดวกและประหยัดทั้งเวลาและค่าใช้จ่าย
คือเขียนแบบให้เสร็จในคอมพิวเตอร์ จากนั้นค่อยพลอตออกทางเครื่องพลอต(Plotter)
ทำให้ประหยัดกระดาษ ,ประหยัดเวลาที่จะต้องเขียนแบบใหม่หมดหากเกิดข้อผิดพลาด
,ไม่ต้องใช้ใบมีดขูดแบบเพื่อลบเส้นที่ผิด แต่ด้วยการใช้ซอฟท์แวร์
CAD ที่เป็น 2 มิติ นี้
ผู้ใช้ยังคงต้องใช้จินตนาการ และประสบการณ์เพื่อ วาดให้ได้แบบที่ถูกต้อง เช่น
การวาดรูปด้านข้าง ของอาคาร หรือของชิ้นส่วนที่มีความโค้งมน
เหล่านี้อาจทำให้แบบที่ออกมามีความผิดพลาดไป ซอฟท์แวร์ CAD อีกประเภทหนึ่งซึ่งเป็นซอฟท์แวร์ที่ใช้เทคโนโลยีในการพัฒนาสูงขึ้นคือ
ซอฟท์แวร์ CAD ที่มีการทำงานในระบบ 3 มิติ
ซึ่งจะมีคุณสมบัติพื้นฐาน คือ 1.ออกแบบหรือสร้างแบบจำลอง
ลักษณะ 3 มิติคือ มีขนาด ทั้งความกว้าง ความยาว และ
ความสูง(หรือความหนา) 2.หมุนดูได้ทุกมุมมองที่อยากดู 3.สร้างแบบ (drawing) 2 มิติหลังจากการเสร็จสิ้นออกแบบ
เพื่อนำไปผลิต 4.แก้ไขได้ทันทีที่ต้องการ
รูปแบบการแสดงข้อมูล 3 มิติที่มีใน ซอฟท์แวร์ CAD
3 มิติ มี 4
แบบ 1. ข้อมูลแบบ Wire frame การแสดงผลแบบนี้มักจะพบในซอฟท์แวร์รุ่นเก่า ๆ
ซึ่งจะเก็บข้อมูลของแบบจำลองเฉพาะ เส้นขอบ (ทั้งเส้นตรงและเส้นโค้ง)
และพิกัดของจุด การแสดงผลแบบนี้ทำได้รวดเร็ว แต่ภาพที่ได้จะดูค่อนข้างยาก
ว่าแสดงผลอยู่ในมุมมองใด ดังรูป
รูปแบบการนำเสนอลักษณะ Wire frame
2. ข้อมูลแบบ Surface การแสดงผลแบบนี้จะคล้ายกับการนำผืนผ้าสี่เหลี่ยมซึ่งถือเป็น
1 ผิวหน้า (face) มาเย็บต่อ ๆ กัน
จะได้เป็นพื้นผิว (surface) บาง คล้ายเปลือกนอก
การเก็บข้อมูลแบบนี้จะเก็บข้อมูล เส้นขอบ และพิกัดของจุด
และข้อมูลของขอบผิวที่ติดกัน
รูปแบบการนำเสนอลักษณะ Surface
3. Constructive solid geometry(CSG) ข้อมูลแบบจำลอง 3 มิติแบบนี้ จะถูกเก็บในลักษณะของ ลำดับของการนำรูปทรงตันพื้นฐาน(Solid
Primitives) เช่น ก้อนลูกบาศก์ ,ลูกกลม ,ทรงกระบอก ,ลิ่ม ,ปีรามิด ฯลฯ
มาสร้างความสัมพันธ์กันด้วย Boolean Operator เช่น union(รวมกัน),subtract(ลบออก),intersection(เฉพาะส่วนที่ซ้อนทับกัน) และ difference(เฉพาะส่วนที่ไม่ทับกัน)
เพื่อให้ได้รูปทรงที่ต้องการ
รูปแบบการนำเสนอลักษณะ Constructive solid geometry (CSG)
รูปทรงที่ใช้วิธีนี้สร้างจะมีความถูกต้องสูง เนื่องจากใช้วิธีการทำ Boolean
Operation เท่านั้นซึ่งเป็นวิธีที่ธรรมดา
และโครงสร้างของข้อมูลก็ไม่ซับซ้อน 4.Boundary representation (B-Rep) ข้อมูลแบบจำลอง 3 มิติแบบนี้
จะเก็บข้อมูลของพื้นผิวรอบนอกของทรงตัน ที่เชื่อมติดต่อกัน ซึ่งมีข้อมูลของ
พื้นผิว (face), ขอบ (edge), จุดมุมของพื้นผิว
(vertex) และความสัมพันธ์ของข้อมูลทั้งสาม
ข้อมูลแบบ B-rep แบ่งได้เป็น 3 ระดับ
1. Facetted เป็น Solid ที่
ถูกปิดล้อมด้วย planar surface 2. Elementary เป็น Solid
ที่ ถูกปิดล้อมด้วย planar, quadric, หรือ toroidal
surface 3. Advanced เป็น Solid ที่
ถูกปิดล้อมด้วย planar, quadric, toroidal surface รวมถึง spline
surface (สร้างจาก B-Spline, Bezier, NURBS)
รูปแบบการนำเสนอลักษณะ Boundary representation (B-Rep)
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
ข้อดีของการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบคือ
1) การออกแบบทำได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากการป้อนข้อมูลทำได้ง่ายด้วยความช่วยเหลือของส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้
(graphical user interface : GUI)
2) ผู้ใช้สามารถมองเห็นงานที่ออกแบบได้โดยไม่ต้องสร้างต้นแบบจริงทำให้ประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย
3) ลดจำนวนการสร้างต้นแบบเพื่อการทดสอบลง
เนื่องจากผู้ใช้สามารถจำลองสภาวะการทำงานต่าง ๆ เพื่อการทดสอบชิ้นงานได้ เช่น
ทดลองบินเครื่องบินในอุโมงค์ลมจำลองเพื่อดูพฤติกรรมของเครื่องบิน
4) ช่วยให้สามารถออกแบบงานที่มีความซับซ้อนสูงมากซึ่งมนุษย์จะไม่สามารถทำได้โดยปราศจากคอมพิวเตอร์
เช่น การสร้างชิ้นส่วนอุปกรณ์ การออกแบบทางสถาปัตยกรรม การออกแบบวงจรรวม (Integrated
Circuit : IC) ในเรื่องการออกแบบทางสถาปัตยกรรมนั้น
นอกจากจะใช้การวาดแผนผังธรรมดาแล้วคอมพิวเตอร์ยังสามารถสร้างภาพกราฟิกที่เหมือนจริงและอนุญาตให้เปลี่ยนมุมมองอาคารที่ออกแบบไว้ด้วยการใช้เครื่องมือพิเศษ
การใช้ CAMในงานอุตสาหกรรม
1.ศึกษาการนำคอมพิวเตอร์มาใช้ในงานอุตสาหกรรม
คอมพิวเตอร์มีบทบาทเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันและการทำงานต่างๆ ของมนุษย์มากขึ้นทุกวัน สาเหตุเนื่องมาจากคอมพิวเตอร์มีประโยชน์ อำนวยความสดวก และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานต่างๆให้กับมนุษย์ ประโยชน์จากคอมพิวเตอร์มีหลายด้าน ทั้งในด้านการศึกษา อุตสาหกรรม การวิจัย การส่งสารและการสื่อสาร การบัญชี การธนาคาร และด้านการออกแบบในงานวิศวกรรม สาเหตุสำคัญอีกประการหนึ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์มีบทบาทเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันมากขึ้นทุกวันก็คือ การแข่งขันทางธุรกิจ ซึ่งนอกจากต้องการความรวดเร็ว แล้วยังเป็นการแข่งขันกันในระดับโลกาภิวัฒอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมการผลิต นอกจากจะต้องผลิตงานที่มีคุณภาพ แล้วยังต้องผลิตอย่างรวดเร็วให้ทันกับการแข่งขันอีกด้วย คอมพิวเตอร์จึงมีบทบาทสำคัญในงานอุตสาหกรรม จนอาจกล่าวได้ว่าอุตสาหกรรมบางประเภทจำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ ไม่สามารถดำเนินการอุตสาหกรรมโดยไม่มีคอมพิวเตอร์ได้ ตัวอย่างเช่นอุตสาหกรรมยานยนต์ ซึ่งมีการแข่งขันกันสูงที่สุด จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ในแทบทุกขั้นตอนการผลิต เริ่มตั้งแต่การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อออกแบบรถยนต์ วิเคราะห์โครงสร้างของชิ้นส่วนต่าง จนถึงการใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมหุ่นยนต์ในการประกอบ และผลิตรถยนต์ ดังนั้นบุคลากรที่ทำงานเกี่ยวข้องกับงานอุตสาหกรรมจึงจำเป็นต้องศึกษาให้มีความรู้เท่าทันกับเทคโนโลยี ดังที่กล่าวแล้ว
2. ระบบการประมวลข้อมูลการนำโปรแกรมมาใช้กับการจัดการอุตสาหกรรม
ระบบคอมพิวเตอร์ แคด-แคม
ด้วยการพัฒนาของระบบคอมพิวเตอร์กราฟฟิก ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถสร้างภาพจำลองของผลิตภัณฑ์ต่างๆขึ้นบนจอภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทางด้านวิศวกรรมก็ได้พัฒนาระบบ แคด ( CAD ) ซึ่งมาจาก Computer AidDesign หมายถึงการนำระบบคอมพิวเตอร์มาช่วยเขียนแบบออกแบบอัตโนมัติ โดยอาศัยพื้นฐานของคอมพิวเตอร์กราฟฟิก และ ต่อมาได้พัฒนาใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมเครื่องจักรกลการผลิต ( CNC ) เรียกระบบนี้ว่า แคม ( CAM )Computer Aid Manufacturing และ เนื่องจากระบบ แคม ต้องอาศัยข้อมูลจากระบบ แคด ดังนั้น แคด และ แคม จึงมักจะใช้งานอยู่ร่วมกัน และเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า เทคโนโลยีแคด/แคม CAD/CAM นี้เอง ที่ถือว่าเป็นพื้นฐานของการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ในงานอุตสาหกรรม
การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยจัดการกับกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมโดยอาจควบคุมตั้งแต่การวางแผนจนกระทั่งการจัดการหลังการผลิตซึ่งกระบวนการของ CAM อาจแบ่งออกเป็น 2 ส่วนหลักๆ คือ
1. การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการผลิตโดยตรง
เป็นลักษณะการใช้คอมพิวเตอร์ในงานตรวจสอบ โดยระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้เชื่อมโยงกับกระบวนการผลิตจะทำหน้าที่ตรวจสอบกระบวนการผลิตหรือเก็บข้อมูลจากกระบวนการผลิต
การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อทำการผลิตสินค้าโดยตรง โดยการนำข้อมูลจากระบบ CAD มาช่วยในการควบคุมอุปกรณ์การผลิต เช่น เครื่องกัดที่ทำงานโดยอาศัยคำสั่งเชิงตัวเลข (numerical control machine) หรือ NC machine tool
2. การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตทางอ้อม
งานลักษณะนี้จะเป็นงานที่สนับสนุนการผลิต ซึ่งไม่ต่อเชื่อมระบบคอมพิวเตอร์โดยตรง แต่อาจจะเป็นการนำข้อมูลมาประมวลผล สรุป วางแผน เช่น งานเกี่ยวกับการวางแผน การจัดการเกี่ยวกับการจัดซื้อวัตถุดิบ การจัดการในโรงงาน เป็นต้น
งานอุตสาหกรรมมีการแข่งขันกันอยู่ตลอดเวลา โดยเฉพาะปัจจุบันที่มีสภาวะวิกฤติทางเศรฐกิจ การแข่งขันก็ยิ่งมีมากขึ้น ระบบงานอุตสาหกรรมใดที่สามารถผลิตสินค้าที่มีคุณภาพสูง รวดเร็วทันกับความต้องการของตลาด แต่ราคาต่ำ ก็จะเป็นระบบอุตสาหกรรมที่มีความมั่นคงและคงอยู่ได้ในระบบปัจจัยสำคัญที่มีผลกับการผลิตงานอุตสาหกรมที่สำคัญอย่างหนึ่ง คือการนำระบบคอมพิวเตอร์มาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในงานอุตสาหกรรม การนำระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยงานอุตสาหกรรม มีจุดประสงค์หลัก คือ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ และ ประสิทธิผล ของระบบอุตสาหกรรม เหตุที่คอมพิวเตอร์เป็นปัจจัยสำคัญก็เนื่องมาจากคอมพิวเตอร์สามารถช่วยงานอุตสาหกรรมได้อย่างดี ตั้งแต่กระบวนการเริ่มวางแผนการผลิต การออกแบบและวิเคราะห์แบบอัตโนมัติ การควบคุมการผลิต การผลิตอัตโนมัติ การตรวจสอบคุณภาพ การบรรจุหีบห่อ ไปจนถึงการทำบัญชีรายการสินค้าและการจัดจำหน่ายในกระบวนการขั้นสุดท้าย ตัวอย่างงานที่คอมพิวเตอร์มีส่วนช่วยได้ เช่น
1. การวางแผนออกแบบ วิเคราะห์แบบ
2. การเขียนแบบเพื่อการผลิต
3. การควบคุมเครื่องจักรกลการผลิต
4. การวางแผนจัดการวัสดุคุรุภัณฑ์ในการผลิต
5. การสร้าง และ การจัดการฐานข้อมูลบุคลากร
6. การสร้าง และ การจัดการฐานข้อมูลการผลิต
7. การทำบัญชี
.jpg)
Comparison between CIM and Mass Production
