212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 1

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

บทที่ 1 บทนํา (Introduction)

1.1 ความสําคัญของการเขียนแบบ กอนที่วิศวกรหรือนักออกแบบจะสามารถสรางผลิตภัณฑได จะตองคิดหรือจิตนาการจนเห็น “ภาพ” ของผลิตภัณฑหรือชิ้นงานนั้นเสียกอน หลังจากนั้นจึงจะถายทอดความคิดนั้นออกมาในกระดาษเขียนแบบ อยางคราวๆ ดวยการสเก็ต (sketch) ตามหลักการเขียนแบบหรือภาษาการเขียนแบบ (graphic language) จากแบบสเก็ตก็จะพัฒนาไปสูแบบที่มีรายละเอียดมากขึ้น อาจจะดวยวิศวกรหรือนักออกแบบเอง หรืออาจใหชางเขียนแบบ (draftsman) ชวยเขียนให เมื่อความคิดนั้นถูกพัฒนาจนเต็มรูปแบบ และตกผลึกทางความคิด ในปจจุบัน วิศวกรหรือชางเขียนจําเปนตองมีความสามารถในการอานแบบ และการเขียนแบบ เพราะงานวิศวกรรมในยุคนี้สวนใหญจะทํากันเปนทีมงาน ซึ่งทุกคนในทีมงานตองสามารถสื่อสารความคิดของตน และเขาใจความคิดของคนอื่นไดอยางถูกตองและรวดเร็ว ผานตัวกลางคือ ภาษาการเขียนแบบ ซึ่งจะตองเปนมาตรฐาน คําวามาตรฐาน อาจจะแปลงายๆ วาเปนขอตกลง (protocol) ในโลกนี้อาจจะมีมาตรฐานการเขียนแบบหลากหลาย แตถาเราถูกกําหนดใหเขียนแบบตามมาตรฐานอันหนึ่งอันใดแลว ก็จะเขาใจตรงกันและมีแนวทางการเขียนแบบ-อานแบบตรงกัน 1.2 การใชคอมพิวเตอรชวยในการเขียนแบบ

เกือบทุกบริษัททางวิศวกรรมในขณะนี้ไดนําโปรแกรมชวยเขียนแบบ/ออกแบบ หรือที่เรียกวา CAD (Computer Aided Drafting/Design) มาใชแทนการเขียนแบบดวยมือ (manual drafting) แตหลักการพื้นฐานในการเขียนแบบก็ยังคงเดิมไมเปลี่ยนแปลง ฉะนั้นนิสิตสายวิศวกรรมที่ผานการศึกษาการเขียนแบบพื้นฐาน (วิชา Engineering Drawing I) มาแลว ก็จะสามารถฝกฝนและพัฒนาตนเองใหมีความสามารถในการเขียนแบบ-ออกแบบที่มีความซับซอนได ความสามารถในการเขียนแบบเปนคุณสมบัติของวิศวกรจบใหม คุณสมบัติหน่ึงที่ตลาดงานมีความตองการสูง ในชวงตนของการนําโปรแกรม CAD มาใชงาน สวนใหญจะนํามาทดแทนการเขียนแบบดวยมือใน แบบ 2 มิติ (คําวา 2 มิติ คือ ขนาดใน 2 แกน หรือ X-Y ซึ่งก็คือความกวาง และความยาว) เพราะสะดวกรวดเร็วในการแกไข และสามารถผลิตแบบ (drawing, print-out, hardcopy) ที่มีคุณภาพสูง มีความถูกตองสูง ตัวอยางโปรแกรมที่นิยม ไดแก AutoDesk AutoCAD แตขอดอยของการเขียนแบบ 2 มิติ ก็คือ ทั้งผูเขียนแบบ และ คนอานแบบ จะตองมีความรูในศาสตรการเขียนแบบทางวิศวกรรม จึงสามารถที่จะแปลความหมายของแบบไดอยางถูกตอง อีกประการหนึ่ง ธรรมชาติของมนุษยจะมองและจินตนาการถึงวัตถุ เปน 3 มิติ ฉะนั้นแบบที่เปน 2 มิติในกระดาษจึงตองมีการแปรผลเปน 3 มิติ อีกคร้ังหนึ่ง

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 2

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

ตอมามีการพัฒนาโปรแกรมชวยเขียนแบบที่เปน 3 มิติ ขึ้นมา (คําวา 3 มิติ คือ ขนาดใน 3 แกน หรือ X-Y-Z ซึ่งก็คือความกวาง, ความยาว และความสูงหรือความลึก) โปรแกรมลักษณะนี้ตองการเครื่องคอมพิวเตอรที่มีความสามารถสูง (high performance) คือ ประมวลผลไดรวดเร็ว (fast calculation) และมีการแสดงผลบนจอภาพที่มีความละเอียดสูง (high resolution) ซึ่งคอมพิวเตอรที่ใชงานลักษณะนี้ ในยุคแรกๆ จะเปนคอมพิวเตอรแบบ Workstations ซึ่งใชระบบปฏิบัติการ Unix เชน เคร่ือง Silicon Graphic, เคร่ือง Sun Microsystem ตัวอยางโปรแกรม 3 มิติในยุคแรก เชน โปรแกรม CATIA, โปรแกรม Unigraphic หรือเรียกสั้นๆ วา UG ขอดอยของการใชงานโปรแกรม 3 มิติในยุคตนๆ คือ ทั้ง hardware และ software มีราคาสูงมาก จึงมีการใชงานอยูในบริษัทยักษใหญเทานั้น เชน บริษัทผลิตเคร่ืองบิน บริษัทผลิตรถยนต

รูปที่ 1.1 โปรแกรมชวยออกแบบ 3 มิติ บนเคร่ือง Workstation ยี่หอ Sun Microsystem

เมื่อเคร่ืองคอมพิวเตอรสวนบุคคล (Personal Computer หรือ PC) ถูกพัฒนาจนมีความสามารถสูง เกือบเทียบเทาเคร่ือง Workstations ทําใหโปรแกรมชวยเขียนแบบ 3 มิติ เร่ิมมีใชในเครื่อง PC และมีการใชงานแพรหลายมากขึ้น ตัวอยางโปรแกรม 3 มิติในยุคนี้ ไดแก โปรแกรม SolidWorks, โปรแกรม AutoDesk Inventor นอกจากนี้โปรแกรมที่เคยอยูบนเครื่อง Workstation อยาง โปรแกรม UG ก็มีการออกเวอรชั่นที่ใชกับเคร่ือง PC บนระบบปฏิบัติการ Windows ได จะขอสรุปความสามารถและขอดีของโปรแกรมชวยเขียนแบบ 3 มิติ โดยรวม ไดดังตอไปนี้

- ชวยลดระยะเวลาและขั้นตอนในการออกแบบ - ชวยใหสามารถมอง (visualize) ชิ้นงานที่มีความสลับซับซอน ไดงายขึ้น - สามารถนําแบบเกาๆ มาใช หรือมาแกไขกอนใช ไดอยางรวดเร็ว

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 3

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

- ในโปรแกรม CAD ที่มีความสามารถในการวิเคราะห (Analysis Capability) เชน ไฟไนตเอลิเมนต ทําใหสามารถปรับปรุงเปลี่ยนแปลงการออกแบบในทางวิศวกรรม กอนที่จะมีการผลิตชิ้นงานตนแบบจริง

- สามารถสงขอมูล CAD ไปผลิตชิ้นงานไดโดยตรง เชน ใชกับเคร่ือง CNC 1.3 แนะนําโปรแกรมชวยเขียนแบบ 3 มิติ : โปรแกรม SolidWorks ในชั้นเรียน Food Machinery Drawing ซึ่งเปนวิชาเขียนแบบทางวิศวกรรมตัวที่สอง ซึ่งเนนการศึกษาการเขียนแบบใน 3 มิติ ไดเลือกใชโปรแกรม SolidWorks ประกอบการเรียนการสอน ดวยเหตุผลหลัก 2 ประการ คือ (1) SolidWorks มีการใชอยางแพรหลายในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวของกับการออกแบบ ทางกลในประเทศไทย ในปจจุบัน และ (2) ทางคณะวิศวกรรมศาสตร กําแพงแสน ไดจัดหาโปรแกรม SolidWorks ที่มีลิขสิทธิ์ถูกตอง ไวที่หองปฏิบัติการคอมพิวเตอรสวนกลาง ใหนิสิตไดฝกฝนเรียนรู

โปรแกรม SolidWorks เปนโปรแกรมชวยเขียนแบบที่เนนการเขียนแบบใน 3 มิติ หรือ แบบParametric Solid Models คําวา Solid Model หมายถึง แบบที่มีทรงตัน ซึ่งหมายถึง แบบใน 3 มิติที่มีเนื้อใน ซึ่งแตกตางจากแบบ 3 มิติ ชนิด Wireframe ซึ่งสามารถใชโปรแกรม CAD 2 มิติ บวกกับจิตนาการของคน-เขียนแบบก็สามารถเขียนออกมาได Wireframe 3-D Model จึงเปนแบบ 3 มิติที่ประกอบดวยลายเสน หรือ line มาตอๆ กัน สวนคําวา Parametric Solid Model หมายถึง แบบ 3 มิติที่ถูกสรางขึ้นดวยความสัมพันธทางคณิตศาสตร ซึ่งเปนการคาํนวณภายในตัวโปรแกรม การเขียนแบบ 3 มิติลักษณะนี้จะมีความสะดวกกับ ผูเขียนแบบมากกวา รูป 1.2 แสดงแบบ 3 มิติ ชนิด Wireframe Model และ Solid Model

(ก) (ข)

รูปที่ 1.2 แบบจําลอง 3 มิติ (ก) แบบ Wireframe และ (ข) แบบ Solid Modeling หนาตาของโปรแกรม SolidWorks เวอรชั่น 2005 มีลักษณะดังรูปที่ 1.3 จะเห็นไดวา สวนตางๆ ที่สําคัญของตัวโปรแกรมไดแก (1) menu bar, (2) toolbar, (3) drawing area และ (4) feature manager เราจะเขียนแบบ model ชิ้นงานลงบน drawing area องคประกอบของ model ไมวาจะเปน 2 มิติ (เรียก Sketches) หรือ 3 มิติ (เรียก Features) จะเปนรายการรวมอยูที่ feature manager ซึ่งจะสะดวกในการอางถึง หรือแกไข

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 4

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

รูปที่ 1.3 หนาตาของโปรแกรม SolidWorks เวอรชั่น 20005

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 5

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

ตารางที่ 1.1 สรุปคําสั่ง Feature สําหรับสรางชิ้นงาน 3 มิติ ที่สําคัญ ของโปรแกรม SolidWorks คําสั่ง Features ตัวอยางการใชงาน

1. (Solid) Extrude

สัญลักษณ:

2. Cut Extrude

สัญลักษณ:

3. Revolve

สัญลักษณ:

4. Revolve Cut

สัญลักษณ:

Cut

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 6

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

ตารางที่ 1.1 (ตอ) คําสั่ง Features ตัวอยางการใชงาน

5. Loft

สัญลักษณ:

6. Sweep หรือ Swept

สัญลักษณ:

7. Shell

สัญลักษณ:

ขั้นตอนการสรางชิ้นงาน 3 มิติและแบบสั่งงานในโปรแกรม SolidWorks กระบวนการสรางชิ้นงานใน SolidWorks ประกอบดวย 3 ขั้นตอนหลัก ไดแก

1. การสราง Sketch หรือลายเสนใน 2 มิติ บนระนาบ (plane, flat surface) ใดๆ ลายเสนทีส่รางขึ้นสวนใหญจะเปนรูปปด

2. ใชคําสั่งใดๆ ใน Features ทําให Sketch กลายเปนชิ้นงาน 3 มิติ ในการสรางชิ้นงาน 3 มิติที่ไมซับซอน Feature จะถูกสรางซอนทับตอๆ กันไป โดย feature แรกสุด โดยทั่วไปจะใช feature ที่มีขนาดใหญ เปนหลัก เรียกวา Base สวน feature ที่สรางตอๆ มาจะเรียกวา Boss ใหดูรูปที่ 1.4

3. นํา Parts หลายๆ ชิ้นมาประกอบกันเปน Assembly ขอเรียกเปนภาษาไทยวา “ชิ้นงานประกอบ” ในกรณีที่ชิ้นงานประกอบไมซับซอน ก็อาจเรียกวา Subassembly เราสามารถนํา part และ subassembly หลายๆ ชิ้น มาประกอบเปนชิ้นงานประกอบขั้นสุดทาย เรียกวา Full Assembly (ดูรูปที่ 1.5)

4. เมื่อไดชิ้นงาน 3 มิติ (3D Model) เรียบรอยแลว เราก็สามารถใชใหโปรแกรม SolidWorks สรางแบบDrawing ซึ่งนิยมทําในรูปแบบภาพฉาย orthographic และสามารถพิมพออกเปนกระดาษได

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 7

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

รูปที่ 1.4 ชิ้นงานหรือชิ้นสวนแบบ Part ประกอบดวยหลายๆ Features

รูปที่ 1.5 ชิ้นงานประกอบแบบ Assembly ประกอบดวย Parts และ Sub-assembly

1.4 ทบทวนหลักการเขียนแบบพื้นฐานที่ควรรู แบบทางวิศวกรรม (Engineering Drawing) เปนแบบจําลอง (Model) ที่สรางขึ้นบนระนาบ (e.g. กระดาษเขียนแบบ, จอภาพ) เพื่อเปนตัวแทนของชิ้นสวนทางกล (Mechanical Part) แบงออกเปน 2 ประเภทใหญๆ คือ (1) แบบ 3 มิติ และ (2) แบบ 2 มิติ ในบางครั้งจะใชคําวา “มุมมอง” หรือ View เพื่อขยายความวา แบบในแตละประเภท เกิดจากการมองวัตถุในลักษณะใด เพื่อใหไดแบบที่มี ความยาว ใน 2 หรือ 3 มิติ

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 8

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

สําหรับแบบ 2 มิติ จะเกิดจากการมองตั้งฉาก กับดานใดดานหนึ่งของวัตถุ เพื่อใหเห็นขนาดที่แทจริง (true length) แบบ 2 มิติ เรานิยมเรียกวา ภาพฉาย (Projection) 1.4.1 มุมมอง 3 มิติ (3-D View) ที่นิยมใชในการเขียนแบบเครื่องจักรกล คือ แบบ Axonometric หมายถึง การมองวัตถุใหเยื้องออกจากแกนหลักทั้ง 3 แกน (ไมมองขนานกับแกนใดๆ เลย) ผลที่ไดก็คือ ภาพวัตถุที่มีมิติในทั้ง 3 แกน ซึ่งจะแบงออกไดเปน 3 ประเภท คือ

- Isometric View คือ ภาพที่มีสามแกนหลักทํามุมเทากันทั้งหมด ทุกมุมมีขนาด 120 องศา - Dimetric View คือ มีมุมระหวางแกนหลักในภาพ เทากัน 2 มุม - Trimetric View คือ ทั้งสามมุมระหวางแกนหลัก ไมเทากันเลย

รูปที่ 1.6 มุมมอง 3 มิติที่นิยมในการเขียนแบบ

Note: จะสังเกตไดวามุมมองแบบ Perspective View มีความเหมาะกับแบบทางสถาปตยกรรม แตไมเหมาะสําหรับงานทางวิศวกรรมเครื่องกล

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 9

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

1.4.2 ภาพฉาย 2 มิติ (2-D Projection) เนื่องจากเปนการมองตั้งฉากกับดานใดดานหนึ่งของวัตถุ จึงนิยม เรียกวา ภาพฉายแบบ orthographic (Orthographic Projection) แบงออกเปน 2 ประเภท คือ

- แบบมุมท่ีหนึ่ง (First Angle Projection)

รูปที่ 1.7 การเขียนภาพฉาย orthographic แบบมุมที่หน่ึง และสัญลักษณ

- แบบมุมท่ีสาม (Third Angle Projection)

รูปที่ 1.8 การเขียนภาพฉาย orthographic แบบมุมที่สาม และสัญลักษณ

1.4.3 หนวยในการวัดความยาวของการเขียนแบบทางกล แบงออกเปน 2 มาตรฐาน คือ

- หนวยเมตทริค (Metric Unit) โดยความยาวจะนิยมใชเปน มิลลิเมตร ตัวยอคือ มม. (mm) ขอสังเกต ปกติความยาวในทางวิศวกรรมจะใชเปน เมตร (ม. หรือ m) การที่ใชเปนมิลลิเมตร เพราะในงานสรางชิ้นงานทางกล ซึ่งมีขนาดคอนขางเล็ก เราตองการความความละเอียดในการวัด เพื่อใหไดขนาดที่ถูกตองแมนยํา หนวย metric น้ีอยูในกลุมเดียวกับ หนวย S.I. ซึ่งเปนที่นิยมใชแพรหลายมากที่สุด

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 10

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

- หนวยแบบอังกฤษ (English Unit) หรือ หนวยแบบ Old English ความยาวจะเปน น้ิว (inch) จะใชสัญลักษณะ double quote (”) ตามหลังตัวเลขความยาวเปนนิ้ว เชน 1” คือ ยาว 1 น้ิว และ 3 ½ คือ ยาวสามน้ิวคร่ึง ประเทศที่ยังใชความยาวเปนนิ้ว ที่สําคัญ คือ สหรัฐอเมริกา ความยาวใน หนวยน้ิวยังสามารถแบงยอยใหเล็กลงไดอีก หนวยยอยของนิ้วในภาษาไทย คือ “หุน” กาํหนดให 1 น้ิว = 8 หุน ฉะนั้น ½ น้ิว จะเทากับ 4 หุน จะพบการใชงานหนวยน้ิวและหุน ในการบอกความยาว ของนอตและสกรู และขนาดของดอกสวาน เปนตน ตารางที่ 1.1 แสดงการเทียบความยาว ระหวางหนวย น้ิว กับ มิลลิเมตร กําหนดให 1 น้ิว = 25.4 มม. ตารางที่ 1.2 การเทียบความยาวระหวางหนวย น้ิว (inch) กับ มิลลิเมตร (millimeter)

212211 : การเขียนแบบเครื่องจักรกลอาหาร บทนํา หนา 11

ภาควิชาวิศวกรรมการอาหาร ม.เกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน โสฬส จิวานุวงศ

รูปที่ 1.9 ตัวอยางภาพฉาย orthographic แบบมุมที่สาม ที่นิยมใชสําหรับการเรียนการสอน

ขนาดกระดาษเขียนแบบมาตรฐาน (Standard Sheet) ขนาดกระดาษเขียนแบบที่ใชมีอยู 2 มาตรฐาน คือ มาตรฐาน ANSI ซึ่งใชในประเทศสหรัฐอเมริกา และมาตรฐาน ISO ซึ่งปจจุบันนิยมใชทั่วโลก รวมทั้งประเทศไทยดวย กระดาษเขียนแบบใหญที่สุดที่ใช คือ กระดาษขนาด A0 ซึ่งมีพื้นทีค่ิดเปน 1 ตารางเมตร ในตารางขางลางจะแสดงขนาดกระดาษที่ใกลเคียงกันของทั้งสองมาตรฐาน ในตารางจะประกอบดวยชื่อเรียกขนาดกระดาษ รวมถึงขนาดกวาง x ยาว ISO Standard

(millimeter) ANSI Standard

(inch)

A4 210 x 297 A 8.5 x 11.0 A3 297 x 420 B 11.0 x 17.0 A2 420 x 594 C 17.0 x 22.0 A1 594 x 841 D 22.0 x 34.0 A0 841 x 1189 E 34.0 x 44.0 เอกสารอางอิง

Giesecke, F.E., A. Mitchell, H.C. Spencer, I.L. Hill, J.T. Dygdon and J.E. Novak. 2003. Technical Drawing, 12th Ed. Pearson Education, Inc., New Jersey, U.S.A.