ถาม – ตอบ การวิเคราะห์เชิงวิศวกรรมโดยใช้คอมพิวเตอร์

1. Computer Aided Engineering (CAE) คืออะไร

ตอบ  คอมพิวเตอร์ช่วยงานวิศวกรรมเป็นการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรม ด้วยการปรับปรุงการแสดงผลทางกราฟิก พื้นที่การทำงาน และมาตรฐานของกราฟิก ทำให้ Computer Aided Engineering (CAE) มีความหมายเป็นการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมด้วยคอมพิวเตอร์ด้วยการสื่อสารระหว่างผู้ใช้กับกราฟิกของคอมพิวเตอร์

2. จงอธิบายการใช้โปรแกรม CAE กับคอมพิวเตอร์

ตอบ   โปรแกรม CAE สามารถใช้ได้กับคอมพิวเตอร์เกือบทุกประเภท ขึ้นอยู่กับความต้องการในสมรรถนะที่จะนำมาใช้งานหรือความรวดเร็วในการสื่อสารระหว่างผู้ใช้กับกราฟิกคอมพิวเตอร์ วิศวกรออกแบบ ใช้เครื่องมือ CAE ที่มีวัตถุประสงค์ทั่วไปเพื่อการค้า และเครื่องมือเฉพาะสำหรับบางอุตสาหกรรม วิธีในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรม 1 ปัญหา บ่อยครั้งต้องการเครื่องมือ CAE หลายเครื่องมือ การสื่อสารของข้อมูลระหว่างเครื่องมือในโปรแกรมเหล่านี้เป็นการท้าทายของการประยุกต์ใช้โดยส่วนใหญ่ ปกติข้อมูลจะถูกส่งในลักษณะที่เป็นมาตรฐานของการแลกเปลี่ยนข้อมูลหรือการเก็บในฐานข้อมูล

3. จงอธิบายลักษณะการใช้งาน CAE

ตอบ   ลักษณะการใช้งาน CAE  ได้แก่

• วิเคราะห์ความเครียด (Stress) บนส่วนประกอบ โดยใช้การวิเคราะห์ทางไฟไนต์อิลิเมนต์ (Finite Element Analysis,FEA)
• วิเคระห์การไหลของความร้อนและของเหลวโดยคำนวณทางพลศาสตร์ของของไหล (Computational fluid dynamics,CFD)
• ใช้งานเด้านจลศาสตร์ (Kinematics)
• การจำลองเหตุการทางกล (Mechanical event simulation,MES)
• วิเคราะห์การจำลองกระบวนการต่างๆ เช่น การหล่อ การฉีด และการปั้มของแม่พิมพ์
• หาวิธีที่เหมาะสมของผลิตภัณฑ์และกระบวนการ

4. ขั้นตอนในงาน CAE มีกี่ขั้นตอน  อะไรบ้าง

ตอบ   3  ขั้นตอน   ได้แก่

1. เตรียมประมวลผล (Pre-processing) – การกำหนดแบบจำลองและปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมเข้าไปในแบบจำลอง
2. ขั้นตอนการวิเคราะห์แก้ปัญหา (ใช้คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง)
3. หลังประมวลผล (Post-processing)– แสดงผลลัพธ์ของการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องมือทางการมองเห็นแสดงผลออกมา
4. ( Computer Aided Design )  CAD  คืออะไร

ตอบ  คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบงานอุตสาหกรรม

6. จงอธิบายคุณสมบัติของซอฟท์แวร์ CAD ที่มีการทำงานในระบบ 3 มิติ

ตอบ   ซอฟท์แวร์ CAD ที่มีการทำงานในระบบ 3 มิติ มีคุณสมบัติพื้นฐาน ดังนี้  คือ 1.ออกแบบหรือสร้างแบบจำลอง ลักษณะ 3 มิติคือ มีขนาด ทั้งความกว้าง ความยาว และ ความสูง(หรือความหนา) 2.หมุนดูได้ทุกมุมมองที่อยากดู 3.สร้างแบบ (drawing) 2 มิติหลังจากการเสร็จสิ้นออกแบบ เพื่อนำไปผลิต 4.แก้ไขได้ทันทีที่ต้องการ

7. รูปแบบการแสดงข้อมูล 3 มิติที่มีใน ซอฟท์แวร์ CAD 3 มิติ มีกี่แบบ

ตอบ   4  แบบ  ได้แก่

1. ข้อมูลแบบ Wire frame การแสดงผลแบบนี้มักจะพบในซอฟท์แวร์รุ่นเก่า ๆ ซึ่งจะเก็บข้อมูลของแบบจำลองเฉพาะ เส้นขอบ (ทั้งเส้นตรงและเส้นโค้ง) และพิกัดของจุด การแสดงผลแบบนี้ทำได้รวดเร็ว แต่ภาพที่ได้จะดูค่อนข้างยาก ว่าแสดงผลอยู่ในมุมมองใด
2. ข้อมูลแบบ Surface การแสดงผลแบบนี้จะคล้ายกับการนำผืนผ้าสี่เหลี่ยมซึ่งถือเป็น 1 ผิวหน้า (face) มาเย็บต่อ ๆ กัน จะได้เป็นพื้นผิว (surface) บาง คล้ายเปลือกนอก การเก็บข้อมูลแบบนี้จะเก็บข้อมูล เส้นขอบ และพิกัดของจุด และข้อมูลของขอบผิวที่ติดกัน
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 รูปทรงที่ใช้วิธีนี้สร้างจะมีความถูกต้องสูง เนื่องจากใช้วิธีการทำ Boolean Operation เท่านั้นซึ่งเป็นวิธีที่ธรรมดา และโครงสร้างของข้อมูลก็ไม่ซับซ้อน

4.Boundary representation (B-Rep) ข้อมูลแบบจำลอง 3 มิติแบบนี้ จะเก็บข้อมูลของพื้นผิวรอบนอกของทรงตัน ที่เชื่อมติดต่อกัน ซึ่งมีข้อมูลของ พื้นผิว (face), ขอบ (edge), จุดมุมของพื้นผิว (vertex) และความสัมพันธ์ของข้อมูลทั้งสาม

8. ข้อมูลแบบจำลอง 3 มิติแบบ B-rep แบ่งได้เป็นกี่ระดับ อะไรบ้าง

ตอบ  3 ระดับ   ได้แก่

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) รับข้อมูล 3 มิติจากซอฟต์แวร์ CAD ได้ในรูปแบบมาตรฐาน (IGES, STEP, STL) เลือก Tool หรือ หัวกัดชิ้นงาน ตามขนาดที่ต้องการ กำหนด การกัดงานด้วยรูปแบบต่างๆ ได้แก่ การกัดหยาบ, กัดละเอียดทดสอบการกัดชิ้นงาน บนจอภาพเพื่อตรวจสอบก่อนการกัดงานจริง (ส่วนนี้ซอฟต์แวร์บางตัวอาจยังไม่มีให้ใช้งาน) สร้าง G-code ซึ่งเป็นรหัสเพื่อบอกให้เครื่องจักรทำงานตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ได้ถูกต้อง ซึ่งซอฟต์แวร์ CAM นั้นจะต้องสร้าง G-code ให้มีรูปแบบตรงกับ รูปแบบที่เครื่องจักรรุ่นนั้น ๆ รู้จัก
4. การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบมีข้อดีอย่างไร

ตอบ   ข้อดีของการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบ  ได้แก่

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

10. คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ เริ่มต้นขึ้นในปีใด  จงอธิบาย

ตอบ   ค.ศ. 1950     ซึ่งได้มีการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ในงานวิศวกรรมและช่วยงานอุตสาหกรรม โดยเริ่มจาการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการคำนวณเป็นส่วนใหญ่ ต่อมาเมื่อมีการพัฒนาเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ให้มีขนาดเล็กลงและมีความสามารถสูงขึ้น จึงมีการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ในงานต่าง ๆ กว้างขวางขึ้น ซึ่งก่อให้เกิดการพัฒนาทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เพื่อประยุกต์ใช้งานต่าง ๆ เช่น คอมพิวเตอร์กราฟิก (COMPUTER GRAPHIC) ซึ่งเป็นการนำคอมพิวเตอร์มาช่วยในการสร้างภาพ

11. ในกระบวนการของ CAD นอกจากจะเป็นการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบแล้วยังรวมไปถึงอะไรบ้าง

ตอบ   การใช้คอมพิวเตอร์ในการดัดแปลง การวิเคราะห์และหาหนทางที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบ โดยระบบ CAD จะต้องมีทั้งส่วนที่เป็นฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ โดยฮาร์ดแวร์ ของ CAD นอกจากจะประกอบด้วยระบบคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงแล้ว ยังต้องมีจอกราฟิกและอุปกรณ์รับข้อมูล เช่น เมาส์ ดิจิไทเซอร์ ฯลฯ

12. จงยกตัวอย่างซอฟต์แวร์ของ CAD ที่โปรแกรมสำหรับสร้างกราฟิกและโปรแกรมช่วยต่าง ๆ

ตอบ   โปรแกรมวิเคราะห์ โครงสร้าง เช่น FINITE ELEMENT ANALYSIS ซึ่งเราอาจเรียกส่วนนี้ว่า คอมพิวเตอร์ช่วยในงานวิศวกรรม (COMPUTER AIDED ENGINEERING)