การ ทำงานในส่วนของงานอุตสาหกรรม ในยุคที่ต้องแข่งขันกันด้วย เวลา คุณภาพ และราคา ของสินค้าในปัจจุบัน ซึ่งอุตสาหกรรมในประเทศไทยนั้น ก็มีหลาย ๆ อุตสาหกรรมที่ต้องแข่งขันกันอย่างหนักเพื่อจะได้มาซึ่งผลประกอบการและผลกำไร ที่ดีมาสู่ธุรกิจของตน และแน่นอนครับว่า ผลประกอบการและกำไรที่ดี ย่อมมาจากคนในองค์กรและสิ่งอื่น ๆ ควบคู่กันไป และสิ่งที่ลืมไม่ได้นอกเหนือจากสิ่งอื่นก็คือเครื่องมือ หรืออุปกรณ์ที่ดี ที่จะสามารถนำองค์กรก้าวไปสู่ชัยชนะในธุรกิจได้มั่นคงเช่นเดียวกัน
ในการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรที่จะนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมนั้น ไม่ว่าจะเป็นชิ้นงานที่มีขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ ล้วนแต่ต้องการความแข็งแรง คงทน และยังสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัย แล้วยังต้องคำนึงถึงปัจจัยในการผลิตด้วยว่า ต้นทุนของการผลิตไม่ควรสูงจนเกินไป ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้ล้วนแต่ต้องใช้ทั้งประสบการณ์ในการออกแบบของวิศกรล้วน ๆ และประสบการณ์ในการออกแบบย่อมเกิดจากการทำงานมานานของตัววิศกรเองด้วยเช่น เดียวกัน ที่ต้องผ่านการ คิด วิเคราะห์ คำนวณ เพื่อให้การออกแบบนั้นออกมาดีที่สุด ซึ่งคงต้องใช้ระยะเวลานานในการออกแบบชิ้นงานในแต่ละตัว
บทความนี้ผมก็ขอเสนอเครื่องมือที่จะมาช่วยตัดสินใจในการออกแบบชิ้นงาน เพื่อให้ชิ้นงานที่ออกแบบมานั้น ออกมาดีที่สุด เร็วที่สุด และลดต้นทุนมากที่สุด โดยใช้เครื่องมือที่ซอฟแวร์ SolidWorks มีให้
เรียกว่า SolidWorks Simulation Professional
การออกแบบชิ้นงานต่าง ๆ เมื่อเราได้ Design ชิ้นงานขึ้นมาแล้ว เราย่อมอยากทราบว่า ชิ้นงานที่ Design ขึ้นมานั้น สามารถนำใช้งานจริงได้หรือเปล่า คือ สามารถใช้งานได้โดยไม่พังหรือเกิดการเสียหายนั่นเอง ถ้ากล่าวเป็นภาษาวิศรกรก็คือ สามารถรับแรงได้เท่าไหร่ ซึ่งถ้าคำนวณเองคงต้องต้องใช้เวลานานแน่นนอนครับ
ในซอฟต์แวร์ SolidWorks มีเครื่องที่จะมาช่วยเราคำนวณหาความแข็งของชิ้นงานที่เราได้ออกแบบขึ้นมา ซึ่งค่อนข้างที่จะมีวิธีการที่ง่าย ไม่ซับซ้อนอย่างที่เราคิดครับ และสามารถวิเคราะห์ได้อย่างรวดเร็วเช่นเดียวกัน
เพียงแค่เรามีโมเดล 3 มิติ รู้วัสดุของชิ้นงาน, รู้แรงที่มากระทำต่อชิ้นงานของเรา, รู้ว่าชิ้นงานของเรามีการจับยึดที่จุดไหน เราก็สามารถวิเคราะห์ชิ้นงานของเราได้แล้วครับ
ดังชิ้นงานตัวอย่างของผมที่ได้ออกแบบไว้
ชิ้นงานตัวนี้เป็นลักษณะของตะขอเกี่ยว หรือที่เรียกว่า Hook ครับ
แน่นอนครับว่า Hook ตัวนี้ที่ออกแบบขึ้นมา การใช้งานจริงก็คือ ต้องนำไปเกี่ยวกับลวดสลิงเพื่อใช้ยกชิ้นงานตัวอื่นครับ คงอยากรู้แล้วซิครับว่า จะสามารถนำไปยกชิ้นงานได้กี่กิโลกรัม
มาดูกันเลยครับว่า SolidWorks Simulation ช่วยเราวิเคราะห์ชิ้นงานได้อย่างไร
เริ่มต้นโดยการ Add-Ins SolidWorks Simulation มาเลยครับ
คลิกเลือกที่ชิ้นงานเพื่อใส่ Material ให้กับชิ้นงานของเราครับ
ใน SolidWorks ก็จะมี Material มากมายให้เราเลือกใช้ได้ครับ ซึ่งค่อนข้างที่จะครอบคลุมเพราะเป็น Material Standard ที่ใช้กันทั่วโลกอยู่แล้วครับ ซึ่งก็จะมีค่า Property ต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อการวิเคราะห์มาให้ด้วยครับ Material ของ Hook ตัวนี้ผมใส่เป็น Malleable Cast Iron ครับ หรือที่เรียกว่า เหล็กหล่อเหนียว นั่นเอง
ต่อด้วยการใส่จุดจับยึดของชิ้นงานครับ ตัว Hook ตัวนี้ผมจับยึดเป็นลักษณะของสลักเกลียวที่ด้านบน ผมเลือกที่บริเวณผิวของสลักเกลียวให้เป็นจุด Fixtures ครับ
หลังจากนั้นก็ใส่แรงที่กระทำต่อชิ้นงานครับ ผมใส่แรงไป 40000 N ครับ ก็จะประมาณ 4 ton. นั่นเอง แรงที่กระทำก็จะอยู่ที่บริเวณผิวของส่วนที่เป็นตะขอเกี่ยวด้านล่าง อันนี้ผมแบ่งผิวเพื่อให้ใส่แรงเฉพาะจุดที่ใช้งานจริงเท่านั้น
เสร็จแล้วไปเลือกที่ Run ได้เลยครับ ให้ SolidWorks คำนวณหาผลของการวิเคราะห์ให้เราครับ ในระหว่างรอผล อาจจะจิบกาแฟ หรือชาดำเย็นรอไปพรางๆ ก่อนก็ได้ครับ แต่อาจจิบไม่หมดแก้วนะ เพราะว่าโปรแกรมคำนวณให้เราค่อนข้างจะรวดเร็วและแม่นยำกว่าเราคำนวณเองแน่ นอนครับ
เสร็จแล้วเราสามารถดู Stress , Displacement , Strain , Factor of Safety ที่เกิดขึ้นกับชิ้นงานของเราได้แล้วครับ
ดังรูปนี้แสดงถึง Stress ที่เกิดขึ้นกับชิ้นงาน สามารถดูค่าได้จากแถบสีด้านข้างเทียบกับสีที่โชว์อยู่ที่ชิ้นงานครับ สีแดงจะเป็นจุดที่เกิด Stress มากที่สุดนั่นเอง เมื่อดูเทียบกับชิ้นงานแล้ว จะเป็นจุดที่อยู่บริเวณตะขอเหนือจุดที่มีแรงมากระทำ ซึ่งจุดนี้จะเกิดความเสียหายก่อนจุดอื่นของชิ้นงานครับ ในส่วนด้านล่างของแถบสีก็จะมีค่า Yield strength ของวัสดุแสดงไว้ด้วยครับ เอาไว้เทียบดูค่ากับ Stress ที่เกิดขึ้นนั่นเอง
รูปนี้แสดงถึงค่า Factor of Safety ที่เกิดขึ้นกับชิ้นงานครับ ชิ้นงานตัวนี้ค่า Factor of Safety ที่เกิดขึ้นน้อยที่สุดเท่ากับ 0.93 ครับ ซึ่งถ้านำ Hook ตัวนี้ไปใช้งานจริง ๆ ก็สามารถทำได้ แต่เราก็ไม่สามารถทราบได้ว่าถ้าใช้ Hook ตัวนี้ไปนานๆ แล้วจะเกิดความเสียทั้งต่อชิ้นงานเอง หรือถ้ายกของแล้วตัว Hook เกิดหักขึ้นมาในระหว่างยก ก็อาจจะเกิดความเสียหายต่อชิ้นงานอื่นๆ หรือมากไปกว่านั้นก็ถึงกับการเสียชีวิตทั้งต่อผู้ใช้งานเองหรือผู้ที่ไม่ได้ ใช้แต่ดันอยู่แถวนั้นด้วยก็ได้ครับ
ซึ่งถ้าผู้ออกแบบชิ้นงานคำนึงถึงความเสียหายต่างๆ นานา ที่พร้อมจะเกิดโดยคาดไม่ถึงแล้ว ก็คงจะออกแบบชิ้นงานให้แข็งแรงเผื่อเอาไว้เช่นเดียวกัน แต่ถ้าเผื่อเยอะมากๆ ชิ้นงานก็จะแข็งแรงมากเกินไป และต้นทุนการผลิตก็จะสูงตามด้วยเช่นกัน ทำให้ขาดทุนได้ในที่สุด แล้วจะทำยังไงล่ะครับทีนี้…………
“ ชิ้นงานแข็งแรงน้อยเกินไป ก็กลัวว่า จะเกิดความเสียหายได้ ”
“ ชิ้นงานแข็งแรงมากเกินไป ก็กลัวว่า จะขาดทุน เพราะต้นทุนการผลิตสูง ”
ทั้ง 2 ปัญหานี้แก้ไขได้แน่นอนครับ………………ถ้าคุณมี SolidWorks Simulation
ด้วยความสามารถในการวิเคราะห์หาความแข็งแรงของชิ้นงานแล้ว SolidWorks ยังสามารถหาอายุการใช้งานของชิ้นงานที่เราได้ออกแบบได้อีกด้วยครับ ด้วยการวิเคราะห์ Fatigue มาดูกันเลยดีกว่าครับ
เพิ่ม Study ขึ้นมาใหม่ครับ แล้วเลือกการวิเคราะห์ Fatigue
ทำการ Add Event เลยครับ
หัวข้อ Load ใส่ค่าจำนวนครั้งที่จะ Test ชิ้นงานของเราเลยครับ
อันนี้ผมใส่ 1,000,000 ครั้งเลยครับ
ลืมบอกไปนิดนึงครับว่า Material ของชิ้นงานที่เราใช้จะต้องมี Fatigue SN Curves ด้วยนะครับ ซึ่ง SolidWorks ก็จะมีให้ส่วนหนึ่งเหมือนกัน หรือสามารถหาได้จากการทดสอบจากวัสดุจริงๆ ตาม Material ที่เราต้องการครับ
เสร็จแล้วเราก็เริ่ม Run กันเลยครับ
หลังจาก Run เสร็จเราสามารถทราบได้แล้วครับว่า เมื่อนำชิ้นงานไปใช้งานจริงๆ แล้วจะเกิดความเสียหายกับชิ้นงานเมื่อใช้ไปแล้วกี่ครั้งครับ ดังรูปนี้ Hook ตัวนี้จากเกิดความเสียหายเมื่อนำไปใช้งานแล้ว 689,697 ครั้งครับ
ตอนนี้เราก็ทราบแล้วใช่มั้ยครับว่า ชิ้นงานที่เราออกแบบนั้นจะเสียหายเมื่อไหร่ เราก็อาจกลับไปแก้ไขชิ้นงานของเรา อาจจะเพิ่มหรือลดเนื้อของชิ้นงานตามที่เราต้องการ แล้วลองวิเคราะห์แข็งแรงดูใหม่ (Static) วิเคราะห์อายุการใช้งาน (Fatigue) อีกครั้ง เพื่อให้ได้ความแข็งแรงและอายุการใช้งานของชิ้นงานตามที่เราต้องการมากที่ สุด
เพียงเท่านี้เราก็สามารถออกแบบชิ้นงานที่สามารถใช้งานได้จริงๆ ด้วยการวิเคราะห์ชิ้นงานแบบ Static และใช้งานได้อย่างปลอดภัย เพราะสามารถทราบถึงค่า Factor of Safety ของชิ้นงานได้ พร้อมกับทราบอายุการใช้งานของชิ้นงานเพื่อสามารถรับประกันชิ้นงานที่ออกแบบ ได้ด้วย Fatigue ครับ เท่านี้เราก็สามารถลดต้นทุนในการผลิตชิ้นงานของเราให้เหมาะสมกับการใช้งาน ของชิ้นงานที่เราออกแบบได้แล้วครับ
บทความโดย
วรยุทธ สิงห์รอด
