1design Cad Cam a4

บทท 3

กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM(Design Process & CAD/CAM)

3.1 วตถประสงคหลงจากจบบทเรยนนกศกษาตองสามารถ

• อธบายไดวากระบวนการออกแบบคออะไร มองคประกอบและขนตอนอยางไร

• อธบายความหมายและองคประกอบและบทบาทของ CAD/CAM ตองานวศวกรรมได

3.2 บทนำการออกแบบคอกระบวนการของการเปลยนแปลงทถกวางแผนอยางเปนระบบ แทนทจะปลอย

ใหของหรองานบางสงบางอยางเกดการเปลยนแปลงโดยบงเอญการออกแบบตองการใหผออกแบบวางแผนใหเกดการเปลยนแปลง จนเสรจสนงานใหไดผลการเปลยนแปลงตามทผออกแบบตองการในกระบวนการออกแบบเปาหมายคอการควบคมความเสยงและลดผลกระทบทไมตองการใหนอยทสดการออกแบบบางครงหมายถงกระบวนการทใชสำหรบการสรางสงใหม หรอกระบวนการแกปญหาในบทเรยนนเราจะสนใจกระบวนการออกแบบในรปแบบของกจกรรมทใชสำหรบการแกปญหาทางเทคนคอปกรณอยางหนงทมบทบาทในการชวยใหการออกแบบเปนไปไดอยางรวดเรวและแมนยำคอคอมพวเตอรนอกจากนคอมพวเตอรเองยงมบทบาทเปนอยางสงในการชวยใหกระบวนการผลตเปนไปไดอยางรวดเรวและแมนยำการมความรพนฐานดานการใชคอมพวเตอรชวยในการออกแบบและกระบวนการผลต(CAD/CAM) ควบคไปกบกระบวนการออกแบบจงเปนสงสำคญสำหรบผทตองทำงานเกยวกบการออกแบบ

3.3 กระบวนการออกแบบGeorge Polya นกคณตศาสตรผซงถกรจกดในนกแกปญหาทางคณตศาสตรไดสรปขนตอนของ

กระบวนการแกปญหา (Problem solving) ไว 4 ขนตอนดงน

1. เขาใจปญหา

2. วางแผน

3. ดำเนนการตามแผน

4. ทบทวนแผนและปรบปรงแผนใหดขน

3-1

3- 2กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

รปท 3.1: แสดงผงขนตอนของกระบวนการออกแบบ

สวนของการออกแบบในงานวศวกรรมนนจะมรายละเอยดและขนตอนทมากกวากระบวนการแกปญหาทวไปโดยแบงการออกแบบเปนสองประเภทใหญ ๆ ดงน

1. การออกแบบผลตภณฑ (Product design) ซงเปนการสราง ทดสอบและผลตชนงานทจะตองถกผลตเปนจำนวนมากตอไปรายละเอยดมมากกวาวธการแกปญหา กระบวนการออกแบบ 12ขนตอน ซงแสดงไดดงรปท

2. การออกแบบระบบ (Systems design) เปนการออกแบบผลตภณฑรวมกบองคประกอบอนๆใหทำงานรวมกนอยางเปนระบบ และจดเตรยมวธการสำหรบการทำงานของระบบหรอวธการดำเนนการ

กระบวนการออกแบบในงานวศวกรรมมรปแบบทประกอบดวยขนตอนซงมจำนวนทแตกตางกนบางรปแบบม 5 ขนตอน บางรปแบบอาจมถง 12 ขนตอน ขนอยกบวาตองการแสดงรายละเอยดมากนอยเพยงใดในบทเรยนนจะเปนการนำเสนอรปแบบการออกแบบทประกอบดวย 6 ขนตอนดงแสดงในรปท 3.1

1. การชชดปญหา (Problem Identification)

2. การนำเสนอแนวคดขนตน (Preliminary Ideas)

3. การคดกรอง (Refinement)

4. การวเคราะห (Analysis)

5. การตดสนใจ (Decision)

6. การจดทำแบบสงงานและบทสรปลกษณะ (Implementation)

3.3.1 การชชดปญหา (Problem Identification)

ขนตอนแรกของกระบวนการออกแบบคอการตงโจทย หรอการชชดปญหา คอการตงคำถามวาปญหาคออะไรนนเองหากมองอยางผวเผนอาจดเหมอนวาเปนสงทงาย อยางไรกตามมหลายโครงการทประสบปญหาตลอดโครงการเนองมาจากขาดการตงโจทยหรอการนยามปญหาทชดเจน ตวอยางเชนปญหาการเกดมลภาวะในอากาศ เรามความจำเปนตองการระบถงสาเหตการเกดมลภาวะกอนวามลภาวะ

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 3

รปท 3.2: แสดงขนตอนของการชชดปญหา

เกดจากอะไร การจราจร โรงงานอตสาหกรรม สภาวะอากาศทไมดหรอลกษณะทางกายภาพของทตงตวอยางอนเชน ปญหาการจราจรตดขดเราจะตองระบถงสาเหตกอน เชน มจำนวนรถมากเกนไปสญญานไฟไมชดเจนหรอทำงานไมสอดคลองกนทศนวสยบนทองถนนไมด หรอเหตอน ในตวอยางของปญหามลภาวะในอากาศการชชดปญหาตองเปนสงทชดเจนมากกวาการระบวา “เราตองการลดปญหามลภาวะทางอากาศ” ในกรณนเพอชชดปญหา จงอาจตองมการศกษาและรวบรวมขอมลเพมเตมเชน การเกบขอมลความคดเหน บนทกสภาวะอากาศ การสงเกต การเกบขอมลและศกษาตวอยางอากาศในพนท

ขนตอนของการชชดปญหาแสดงดงในรปท 3.2 ประกอบดวยขนตอน

1. แถลงปญหา (Problem Statement)

2. จดทำรายการความตองการ (Requirements)

3. การจดทำขอบเขตและขอจำกด (Limitations)

4. การสเกต (Sketches)

5. การรวบรวมขอมล (Data Collection)

3.3.2 การนำเสนอแนวความคดเบองตน

หลงจากขนตอนของการชชดปญหา กจะมาถงขนตอนการรวมตวกนของทมออกแบบซงเปนขนตอนของการระดมสมอง ในขนตอนนสมาชกทกคนจะนำเสนอแนวทางแกปญหาโดยใหอสระในการนำเสนอแนวคดในการแกปญหาอยางเตมท โดยไมทำการวเคราะหหรอตดสนวาแนวทางแกปญหาใดดหรอไมด ใชไดหรอไมได สงสำคญในขนตอนนคอหาแนวทางแกปญหาใหไดมากทสดการใชการสเกตการบนทก แนวความคดในขนตอนนจะเปนประโยชนอยางยงในการลดเวลาของขนตอนถดๆ ไปขนตอนของการนำเสนอแนวความคดเบองตนแสดงไดดงในรปท 3.3 และมขนตอนดงน

1. ระดมสมอง (Brainstroming)

2. พฒนาแนวความคด (Ideation)

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 4กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

รปท 3.3: แสดงขนตอนการนำเสนอแนวความคดเบองตน

3. การคนควา (Research)

4. การสำรวจ (Surveys)

3.3.3 การคดกรอง

ขนตอนนแนวคดทมศกยภาพจะถกคดเลอกออกมาเพอทำการกลนกรองหาจดเดนการสเกตเบองตนในขนตอนทผานมาจะถกจดทำเปนการสเกตอยางมสดสวนทใกลเคยงของจรงเพอทจะไดนำไปวเคราะหเชงเรขาคณต การหาขนาด หาพนท หาปรมาตรทจะสงผลตอการออกแบบ การใชความรเรขาคณตบรรยาย (Descriptive geometry) สามารถชวยผออกแบบไดเปนอยางด ในการหาความสมพนธทางเรขาคณตของชนสวนประกอบไมวาจะเปนมมระหวางระนาบ ความยาวของสวนประกอบ การตดกนของพนผวและระนาบเปนตน

3.3.4 การวเคราะห

ในขนตอนนเปนการใชความรทางวศวกรรมศาสตรและหลกการทางวทยาศาสตรเพอประเมนหาการออกแบบทดทสด และเปรยบเทยบจดเดน โดยการวเคราะหจะประกอบไปดวยการประเมนในหลายดานดงน

1. การทำงานตามหนาท (Function)

2. ปจจยการใชงานโดยมนษย (Human factor)

3. การตลาดของผลตภณฑ (Product Market)

4. ขอจำกดหรอลกษณะทางกายภาพ (Physical Specifications)

5. ความแขงแรง (Strength)

6. ปจจยทางดานเศรษฐศาสตร (Economic Factors)

7. ตนแบบ (Models)

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 5

รปท 3.4: แสดงผลและการดำเนนการของการตดสนใจ

3.3.5 การตดสนใจ

หลงจากการวเคราะหแบบเพยงแบบเดยวทจะถกคดเลอกออกมา ซงอาจจะเปนแบบทเกดจากการประกอบกนจากหลายๆ แบบ ทมออกแบบจะเปนผตดสนใจ ลกษณะทดเยยมของแตละแบบจะถกนำมาเปรยบเทยบกนในประเดนของราคาในการผลต นำหนก ลกษณะของการใชงาน รวมถงขอมลทสำคญอนๆ ผลจากการตดสนใจเปนไปไดใน 3 กรณตอไปน

1. ไดขอสรปและยอมรบแบบทดทสด (Acceptance) ดำเนนงานในขนตอนตอไป

2. แบบทดทสดไมไดรบการยอมรบ (Rejection) ทำการออกแบบใหม

3. ทำการคดเลอกขอดของแตละรปแบบและนำมาทำการปรบปรงเพอจดทำแบบใหม(Compro-mise) ทำการออกแบบตอไป

จากทงสามกรณสามารถสรปไดดงผงแสดงในรปท 3.4

3.3.6 การจดทำแบบสงงานและแบบสรปลกษณะ

เปนขนตอนสดทายของการออกแบบ แบบทไดจากการตดสนใจจะถกนำมาจดทำรายละเอยดลงในแบบสงงาน(Working drawing) และแบบสรปลกษณะ (Specifications) ซงจะถกใชสำหรบการจดทำชนงาน

3.4 การประยกตใชงานกระบวนการออกแบบ

เนอหาในสวนนจะเปนการแสดงใหเหนการนำกระบวนการออกแบบไปประยกตใชงานโดยใชตวอยางของการออกแบบสมอยดชงชา (Swing Set Anchor) ซงนำเสนอในรปแบบของworksheet ของแตละขนตอนแสดงดงในรปท 3.5 - 3.10

3.5 คอมพวเตอรชวยในการเขยนแบบและออกแบบคอมพวเตอรเปนเครองมออยางหนงทเขามามบทบาทอยางสงในงานวศวกรรมในการชวยใหการ

ดำเนนงานเปนไปอยางถกตองและรวดเรว เพอทจะทำงานในแขนงวชาเหลานไดอยางมประสทธภาพ

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 6กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

(a) (b)

รปท 3.5: แสดงตวอยาง worksheet ขนตอนการชชดปญหาในการออกแบบสมอเสาชงชา

นกศกษาในสาขาวศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยมความจำเปนตองเขาการทำงานและใชงานคอมพวเตอรใหได

3.5.1 คอมพวเตอรชวยในงานแบบเขยนและออกแบบ (Computer Aided Drafting andDesign, CADD)

เปนการใชงานคอมพวเตอรชวยในงานแบบเขยน (Computer Aided Drafting, CAD) เปนไปไดดวยความสะดวกและรวดเรว เชนการจดทำแบบเขยน การแกไขแบบเขยนการจดเกบแบบเขยน การนำเสนอแบบเขยนในลกษณะของรปภาพบนจอภาพ หรอการพมพรปภาพดงกลาวเพอแสดงออกมาบนกระดาษโดยใชเครองพมพเมอการพฒนาทางดานวทยาการคอมพวเตอรเปนไปอยางรวดเรว ทำใหคอมพวเตอรมความสามารถสงขนและขอจำกดนอยลงจงมการนำคอมพวเตอรเขามาชวยทงในงานแบบเขยนและการออกแบบ (Computer Aided Drafting and Design, CADD) เชนการสรางแบบจำลองทสามารถถกแสดงลกษณะออกมาแบบสามมตการคำนวณหาสมบตทางกายภาพ เชน ขนาดมวล ปรมาตร จดศนยกลางมวล จดศนยกลางนำหนกโมเมนตความเฉอย นอกจากนนยงสามารถจำลองลกษณะการเคลอนทของแบบจำลองตรวจสอบการแทรกซอนทบกนของชนงานทนำมาประกอบศกษาหาวธการการประกอบชนงานหลายๆ ชน เปนตน ซงชวยใหการออกแบบเปนไปไดดวยความรวดเรวและแมนยำขอไดเปรยบของระบบ CADD เมอเปรยบเทยบกบการทำงานดานการออกแบบแบบเดมสรปไดดงน

1. สรางและเกบแบบเขยนไดงายและรวดเรวขน

2. การนำเสนอแบบเขยนไดงายและดกวา

3. สามารถจดการดานฐานขอมลของแบบทมประสทธภาพมากกวา

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 7

(a) (b)

(c)

รปท 3.6: แสดงตวอยาง worksheet ขนตอนการเสนอแนวความคดเบองตนในการออกแบบสมอชงชา

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 8กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

(a) (b)

รปท 3.7: แสดงตวอยาง worksheet ของขนตอนคดกรองในการออกแบบสมอเสาชงชา

4. การวเคราะหในขนตอนของการออกแบบสะดวกและรวดเรวกวา

5. สามารถจำลองการเคลอนทและคำนวณความแขงไดโดยไมตองจดทำอปกรณตนแบบ

3.5.2 องคประกอบของระบบ CADD

ระบบ CADD ประกอบดวยองคประกอบ 3 สวนดงตอไปน

1. ผออกแบบ (Designer)

2. ฮารดแวร (Hardware)

3. ซอฟแวร (Software)

ฮารดแวร

ประกอบดวยสวนประกอบทางกายภาพทจบตองไดของระบบคอมพวเตอร (Computer System) มรายการดงตอไปน คอมพวเตอร เทอรมนอล (Terminal) เครองมอสวนอนพต(Input Devices) เครองมอสวนเอาทพต (Output Devices) ตวอยางของฮารดแวรแสดงดงในรปท

คอมพวเตอร คอมพวเตอรทำหนาทรบขอมลจากผใชมาประมวลผลโดยชดคำสง แลวสงขอมลจากการประมวลผลไปยงเครองมอสวนเอาทพตลำดบขนตอนของการประมวลผลจะถกเรยกวาโปรแกรมและโปรแกรมจะทำหนาทควบคมการทำงานคอมพวเตอรสวนประกอบของคอมพวเตอรททำหนาทในการประมวลผลคอ หนวยประมวลผลกลาง(Central Processing Unit, CPU) คอมพวเตอรขนาดใหญมชอเรยกวาเมนเฟรม(Mainframe Computer) ใชสำหรบงานทตองการการประมวลผลทรวดเรว

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 9

(a) (b)

(c) (d)

รปท 3.8: แสดงตวอยาง worksheet ของขนตอนการวเคราะหในการออกแบบสมอเสาชงชา

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 10กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

(a) (b)

รปท 3.9: แสดงตวอยาง worksheet ของขนตอนตดสนใจในการออกแบบสมอเสาชงชา

รปท 3.10: แสดงตวอยาง worksheet ของขนตอนจดทำแบบสงงานในการออกแบบสมอเสาชงชา

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 11

รปท 3.11: แสดงลกษณะคอมพวเตอรและเทอรมนอลในระบบCADD

สวนคอมพวเตอรขนาดเลกลงมาทมใชงานกนทวไปในบรษทคอมนคอมพวเตอร (Minicomputer)และคอมพวเตอรทมขนาดเลกใชงานทวไปในระดบบคคลคอคอมพวเตอรสวนบคคล (Personal Com-puter) แสดงดงในรปท 3.11

เทอรมนอล เทอรมนอลเปนสวนประกอบพนฐานทเออใหผใชสามารถสอสารกบคอมพวเตอรไดโดยทวไปประกอบดวยคยบอรด จอภาพ และอปกรณททำหนาทเชอมโยงระหวางอปกรณเหลานกบคอมพวเตอรแสดงดงในรปท 3.11

สวนเกบขอมล เปนสวนททำหนาทเกบขอมล ซงมทงทเกบขอมลไดเปนจำนวนมากและนอยแตกตางกนไปตามความตองการของผใชงานตวอยางของอปกรณเหลานแสดงดงในรปท 3.12

• RAM เปนหนวยความจำททำงานเฉพาะขณะทมกระแสไฟฟาเลยง ทำหนาทเกบขอมลระหวางทโปรแกรมกำลงทำงาน

• ฮารดดส (Hardisk)

• Flash Memory

• Floppy Disks

• Magnetic Tape

• CD และ DVD

สวนอนพต สวนประกอบนทำหนาทในการอำนวยความสะดวกเพมเตมจากเทอรมนอลในการสงขอมลเขาประมวลผลตวอยางของอปกรณเหลานแสดงดงในรปท 3.13

• ดจไทเซอร (Digitizer) อำนวยความสะดวกในการนำขอมลรปภาพเขาสการประมวลผลโดยผใชทำการวางรปลงบนแผนรอง แลวลากปากกาพเศษทเรยกวา Stylus ไปบนรปภาพทตองการนำขอมลเขา

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 12กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

(a) RAM (b) Hardisk Drive (c) Flash Memory

(d) Floppy Disks (e) Magnetic Tape (f) CD and DVD

รปท 3.12: แสดงตวอยางของอปกรณเกบขอมลในระบบCADD

(a) Digitizer (b) Joy Stick (c) Mouse (d) Spaceball

รปท 3.13: แสดงตวอยางเครองมออนพตในระบบCADD

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 13

(a) Rapid Prototyping Machine (b) Plotter (c) Printer

รปท 3.14: แสดงอปกรณเอาทพตทใชในระบบ CADD

• เมาส (Mouse)

• จอยสตกส (Joy Stick)

• สเปซบอล (Spaceball)

สวนเอาทพต สวนประกอบนทำหนาทในการอำนวยความสะดวกเพมเตมจากเทอรมนอล ในการสงขอมลจากการประมวลผลออกมาในรปแบบตางๆ ตวอยางของอปกรณเหลานแสดงดงในรปท 3.14

• พลอตเตอร (Plotter) เปนอปกรณในการเขยนแบบเขยนโดยใชปากกาเขยนลงบนกระดาษหรอฟลมคลายกบทเขยนโดยผเขยนแบบ แตกตางกนทเปนการใชอปกรณททำงานอยางอตโนมตในการเขยนหลงจากทไดรบขอมลจากคอมพวเตอร แสดงดงในรปท

• พรนทเตอร (Printer) ทำหนาทเหมอนกนพลอตเตอร มความแตกตางกนในวธการพมพทพรนเตอรไมไดใชปากกาในการเขยน แตใชการฉดหมก หรอการดดผงหมกลงบนกระดาษแทนแสดงดงในรปท

• อปกรณสรางชนงานตนแบบอยางเรว (Rapid Prototype) ทำหนาทสรางชนงานตนแบบทไดจากการออกแบบ แสดงดงในรปท

ซอฟแวร CADD (CADD Software)

ในชวงเรมตนการนำคอมพวเตอรเขามาชวยในการออกแบบ ซอฟแวร CADD ถกออกแบบมาเพอใชสำหรบเครองระดบMainframe เทานน ตอมาเมอมการใชงานเครองระดบ PC มากขน กไดมการออกแบบซอฟแวร CADD มาใชงานกบเครอง PC ดวย ตวอยางของซอฟแวร CADD ทใชบน PCแสดงดงในรปท 3.15 ซงซอฟแวรเหลานสามารถแบงเปนระดบความสามารถไดดงน

1. ระดบพเศษ

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 14กระบวนการออกแบบและ CAD/CAM

(Design Process & CAD/CAM)

รปท 3.15: แสดงการเชอมโยงกบซอฟแวร CADD

• ACIS

• Parasolid CADD

2. ระดบสง

• Unigraphics

• Parasolid

• SDRC I-DEAS

• CATIA

3. ระดบกลาง

• SolidWorks

• Pro/E

• MasterCAM

4. ระดบผใชงานทวไป

• AutoCAD

• Autodesk Inventor

• CADKEY

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร

3- 15

รปท 3.16: แสดงตวอยางการจำลองการขนรปชนงานดวยเครองมอกลในระบบCAD/CAM

รปท 3.17: แสดงตวอยางเครองกด CNC และตวอยางการกด

3.6 คอมพวเตอรชวยในกระบวนการผลตการใชคอมพวเตอรชวยในกระบวนการผลตนน เปนการตอยอดมาจากการใชคอมพวเตอรชวย

ในการเขยนแบบและออกแบบจงไดใชการเรยกชอรวมกนวา CAD/CAM โดยในระบบ CAD/CAMน ไดใชเพอการออกแบบผลตภณฑจนไดแบบจำลอง3 มต แลวนำขอมลของแบบจำลองมา เพอใชในการออกแบบขนตอนการใชเครองมอเพอขนรปชนงานจรงและใชสำหรบการจำลองการขนรปชนงานดวยเครองมอโดยคอมพวเตอรดงแสดงในรปท 3.16 ขอมลของแบบจำลองจะถกนำมาประกอบการเขยนเปนโปรแกรมเพอควบคมเครองจกรทถกควบคม และทำงานไดอยางอตโนมตดวยคอมพวเตอรผานชดคำสงระบบตวเลขเครองจกรประเภทนมชอเรยกวาเครองจกรซเอนซ (Computerized Nu-merical Control) ตวอยางแสดงดงในรปท 3.17 นอกจากนขอมลของแบบจำลองจาก CADD ยงใชสำหรบ และใชสำหรบการออกแบบกระบวนการผลตชนงานทงระบบ

การเขยนแบบวศวกรรมเครองกล 254205 2/2552 Ver. 0.5 เวชยนต รางศร