CAD / CAM / CAE

CAD ย่อมาจาก Computer Aided Design ซึ่งแปลตามศัพท์ได้ว่า การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ แต่อาจมีหลายท่านอาจเคยได้ยินคำว่า CADD ซึ่งย่อมาจาก Computer Aided Design and Drafting การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบและเขียนแบบ CAD เกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรมคือ

 - พัฒนาแบบจำลองชิ้นส่วนจากแบบที่ได้รับ

 - ประเมินการแก้ไขข้อมูล CAD ของชิ้นส่วนที่ออกแบบบนระบบ CAD เพื่อให้ยอมรับได้ในการผลิต

 - เปลี่ยนแปลงชิ้นส่วนที่ออกแบบเพื่อให้สามารถผลิตได้ สิ่งนี้อาจรวมถึงการเพิ่มมุมสอบ (Draft angle)หรือพัฒนาแบบจำลองของชิ้นส่วนที่แตกต่างกันออกไป สำหรับขั้นตอนที่แตกต่างกันในกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน

 - ออกแบบอุปกรณ์จับยึด โพรงแบบ (Model cavity) ฐานแม่พิมพ์ (Model base) หรือ เครื่องมืออื่นๆ

ซอฟท์แวร์ CAD ได้ถูกพัฒนาให้มีความสามารถมากยิ่งขึ้น ควบคู่ไปกับ ระบบคอมพิวเตอร์ ที่มีความเร็วมากขึ้นเรื่อย ๆ จึงทำให้ผู้ใช้ซอฟท์แวร์ CAD ในปัจจุบัน ทำงานเขียนแบบและออกแบบ ได้ง่าย และรวดเร็วซอฟแวร์ CAD มีให้ผู้ใช้ได้เลือกใช้ไม่ว่าจะอยู่วงการใดๆ เช่น

· วงการสถาปัตยกรรม; AutoDesk Architectural Desktop, Micro station J , Arris ฯลฯ

· วงการโยธา; AutoDesk Land Survey , MX ฯลฯ

· วงการก่อสร้างโรงงาน; AutoPlant Piping , Xsteel , CADWork ฯลฯ

· วงการเครื่องจักรกล;CATIA, I-Deas, Inventor, Pro/Engineer , SolidEdge , SolidWorks , Unigraphics ฯลฯ

· วงการอัญมณี; JewelCAD ฯลฯ

· วงการแผนที่; ESRI , AutoCAD MAP ฯลฯ

CAM ย่อมาจาก Computer Aided Manufacturing คือการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต ซึ่งจะใช้ซอร์ฟแวร์เพื่อควบคุมเครื่องจักร ให้สามารถสร้างชิ้นงานหรือชิ้นส่วนได้ตามที่ได้ออกแบบไว้แล้ว มีองค์ประกอบหลักๆ คือ เครื่องจักร CNC และ ซอร์ฟแวร์สำหรับงาน CAM  ระบบการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตนี้ มีองค์ประกอบหลัก ๆ คือ

  เครื่องจักรซีเอ็นซี (CNC: Computer Numerical Controlled)  คือ เครื่องจักรที่ใช้สำหรับกัดวัตถุดิบ(โลหะ, ไม้, พลาสติกสังเคราะห์) ให้ได้รูปร่าง ตามแบบชิ้นงานที่ได้ออกแบบไว้แล้ว

  ซอฟท์แวร์สำหรับงาน CAM ซึ่งมีมากมายหลายยี่ห้อให้เลือกใช้ ซึ่งควรมีคุณสมบัติ  ดังนี้

- รับข้อมูล 3 มิติจากซอฟท์แวร์ CAD ได้ในรูปแบบมาตรฐาน (IGES, STEP, STL)

- เลือก Tool หรือ หัวกัดชิ้นงาน ตามขนาดที่ต้องการ กำหนด การกัดงานด้วยรูปแบบต่างๆได้แก่ การกัดหยาบ, กัดละเอียด

- ทดสอบการกัดชิ้นงาน บนจอภาพเพื่อตรวจสอบก่อนการกัดงานจริ (ส่วนนี้ซอฟท์แวร์บางตัวอาจยังไม่มีให้ใช้งาน)

- สร้าง G code ซึ่งเป็นรหัสเพื่อบอกให้เครื่องจักรทำงานตามขั้นตอนที่ กำหนดไว้ได้ถูกต้อง

 ซึ่งซอฟท์แวร์ CAM นั้นจะต้องสร้าง G code ให้มีรูปแบบตรงกับ รูปแบบที่เครื่องจักรรุ่นนั้น ๆ รู้จัก ตัวอย่างรายชื่อซอฟท์แวร์ CAM; MasterCAM, DelCAM, Esprit, EdgeCAM, GibbsCAM, SolidCAM

              

  

CAE ย่อมาจาก Computer Aided Engineering คือการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม หมายถึงการบอกถึงความสามารถของสิ่งที่ออกแบบว่าสามารถทำงานได้ตามที่อยากให้เป็นหรือไม่ ซึ่งสิ่งที่เป็นตัวบ่งชี้ คือ ผลลัพธ์จากการทดสอบจริง ได้แก่ การนำต้นแบบมาทดสอบจริง เช่น การทดสอบการชนของรถ หรือ การทดสอบความแข็งด้วยการอัดแรง ฯลฯผลลัพธ์จากการคำนวณด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ สามารถหาผลลัพธ์จากสถานการณ์ที่สมมุติขึ้น ซึ่งการคำนวณแบบนี้ จะใช้เวลามาก กว่าจะได้ผลลัพธ์ ทำให้วิศวกรนำคอมพิวเตอร์และซอร์ฟแวร์ประเภท CAE มาช่วยคำนวณหาผลลัพธ์ ซึ่งจะทำให้คำนวณได้เร็วกว่ามาก และมีความถูกต้องสูง

ความสัมพันธ์และการใช้งานร่วมกันของ CAD/CAM และ CAE

การผลิตโดยทั่วไปจะเริ่มต้นจากการใช้ CAD ในการออกแบบชิ้นส่วนหรือแก้ไขข้อมูลเชิงตัวเลขที่ได้จากการสแกนชิ้นงาน หลังจากนั้นจะใช้ CAE ในการวิเคราะห์ชิ้นส่วนต่าง ๆ ว่ามีคุณสมบัติตามที่ต้องการหรือไม่ และถ้าพบมีปัญหาก็จะใช้ CAD แก้ไขจุดบกพร่องต่างๆ  แล้วใช้ CAE วิเคราะห์จนกว่าจะได้ชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ หลังจากการใช้ CAE วิเคราะห์ชิ้นงานจนได้ตามที่ต้องการแล้วก็จะใช้ CAM แก้ไขเส้นทางเดินทางของเครื่องมือกัดขึ้นรูปแล้วจากนั้นก็ใช้ CAM สร้างรหัสจีเพื่อส่งไปให้เครื่องจักรซีเอ็นซี ทำการกัดขึ้นรูปชิ้นงานหรือกัดแม่พิมพ์ เมื่อซีเอ็นซี กัดชิ้นงานเสร็จแล้ว เรายังสามารถใช้ CAE ในการตรวจสอบชิ้นงานที่สร้างขึ้นมาว่ามีขนาดตรงตามแบบหรือไม่ ในกรณีที่งานต้องการความเที่ยงตรงสูง ดังรูปที่ 1 Product Life Cycle Management Concept แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของ CAD/CAM และ CAE ที่ใช้ในการผลิต

 Product Life Cycle Management Concept

      ระบบ CAD/CAM/CAE ไม่จำเป็นที่ดีที่สุดที่ขายในท้องตลาด สิ่งที่สำคัญคือการเลือกใช้งานตามความเหมาะสมกับความต้องการกับการใช้งานของโรงงานหรือบริษัทนั้น ๆ ถึงแม้ว่าโรงงานที่ใช้ระบบงานนี้ได้ดี สิ่งที่สำคัญที่จะทำให้การใช้งานระบบประสิทธิภาพคือบุคลากรที่ปฏิบัติงาน ต้องมีความรู้ความเข้าใจในระบบดีพอสมควร เช่น งานทำแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก เราใช้ CAE ทบทวนชิ้นส่วนที่ออกแบบก่อนที่จะใช้เครื่องจักรซีเอ็นซีทำการกัดขึ้นรูป เพื่อยืนยันว่าแม่พิมพ์เมื่อนำไปฉีดแล้วพลาสติกจะไหลเข้าไปเต็มแม่พิมพ์อย่างถูกต้องแน่นอน ซึ่งการวิเคราะห์นี้จะทำให้เราเห็นว่าพื้นที่ส่วนไหนที่พลาสติกไม่สามารถไหลเข้าไปได้เต็ม หรือทำให้เกิดโพรงอากาศ หรือเส้นรอยเชื่อมต่อ การเปลี่ยนแปลงแบบเพื่อปรับปรุงให้สามารถฉีดพลาสติกได้เต็มแบบสามารถทำได้ในจุดนี้ซึ่งแบบยังไม่ได้ทำจริง สิ่งนี้จะช่วยประหยัดเงินทุนจำนวนมากซึ่งเกี่ยวเนื่องกันการเปลี่ยนเครื่องมือกัดชิ้นงาน