สำหรับผู้ประกอบการ และวิศวกรคำนวณ/ออกแบบ การที่สามารถทำนาย หรือคาดการณ์อายุของชิ้นส่วนได้อย่างแม่นยำนั้น ถือว่าเป็นสิ่งที่จำเป็นในยุคปัจุบัน ซึ่งจะทำตรงนี้ได้นั้นต้องมีความเข้าใจใน Failure Analysis ซึ่งสำหรับผู้บริหารแค่ต้องรู้ว่ามีสิ่งเหล่านี้มีอยู่ สามารถทำได้ และจำเป็นต้องทำ ส่วนวิศวกรคำนวณ/ออกแบบต้องรู้อย่างท่องแท้ จะรู้ผิวเผินคงไม่ได้ ไม่อย่างนั้น คุณไม่สามารถ pre-processing และ post-processing ได้อย่างถูกต้อง …ถ้าเอาเฉพาะงานด้าน Structural Dynamics /Mechanism ในสายงาน รถยนต์ จักรยานยนต์ (ไม่รวมเครื่องยนต์) และจักรยาน และชิ้นส่วนอากาศยาน และโดรน เป็นต้น 90%++ ของความเสียหายมาจาก Fatigue อีก 5% มาจาก Shock Load หรือ Impact Load ที่เหลือมาจาก Corrosion Failures
เรื่องที่ต้องระวัง
ข้อ1.solution ต้องถูก
ต้องเข้าใจ Failure Analysis ของงานที่คุณจะทำก่อน เช่น ทำชิ้นส่วนรถยนต์(ช่วงล่าง) เป็นต้น ความเสียหายที่อาจเกิด คือ Fatigue 90% ที่เหลือมาจาก Shock Load หรือ Impact Load ..ดังนั้นใครจะเล่นง่าย คำนวณด้วย Stress Analysis แบบ static load (safety factor) คือจบ …อย่าทำ..
..และถ้าเป็นงาน Dynamic ก็จะมี solution เยอะหน่อย เข่น Transient Response และ Frequency Response เป็นต้น ซึ่งคุณก็ต้องแยกให้ได้ว่าใช้ solution ไหน …ส่วนคำตอบว่าจะใช้ solution อะไรนั้น ก็มาจากพฤติกรรมของระบบ ความต้องการของผู้ว่าจ้างว่าเขาอยากได้อะไร และมีงบประมาณเท่าไร เป็นต้น
-เช่น จากตัวอย่างเดิม ทำชิ้นส่วนรถยนต์(ช่วงล่าง) สิ่งที่ต้องสนใจคือความเสียหายจากพฤติกรรม Dynamic (Fatigue และ Shock Load / Impact Load ) เป็นหลัก ส่วนเรื่อง precision (ผลจากการสั่น) หรือ beat ไม่แคร์ ถ้าแบบนี้ ตัด Frequency Response ออกไป คำนวณแค่ Transient Response
แต่จะต้องเพิ่ม Direct Transient หรือ Modal Transient หรือเปล่านั้น อันนี้แล้วแต่ความจำเป็น และ งบประมาณ ซึ่งถ้าคุณเลือก solution ถูก ผลของการคำนวณก็จะถูก แต่ถ้าไม่มั่นใจ อย่าทำ…เปลืองไฟ…
“ผู้ผลิตชิ้นส่วนฯ/ระบบ และผู้ผลิตตามแบบ/ตามต้องการ ในประเทศหลายราย ที่ใช้ solution ในการคำนวณผิด นั้นเขารู้ตัวไหม? ซึ่งเคยถามวิศวกรที่ดีลงานในกิจการที่เข้าข่าย..ว่าเขารู้ไหม …คำตอบ คือเขารู้ เขาเข้าใจ..แต่ XXX ……..งงซิ…คนถาม… ”
ข้อ2.pre processing คือทุกอย่าง
ทำไมถึงคิดว่า pre processing สำคัญที่สุด ให้ลองคิด “pre processing ก็เหมือนการกลัดกระดุม ถ้าเม็ดแรกผิด ต่อไปก็ผิดหมด”
สิ่งที่ทำให้ pre processing ถูกต้องแม่นยำคือ
2.1.ต้องแม่นทฤษฎี ถ้าให้บอกว่ามีทฤษฎี อะไรบ้างที่ต้องใช้ ต้องบอกว่าเยอะมาก เอาที่นึกออก
-กลุ่มทฤษฎี ที่เกี่บวข้องกับพฤติกรรม หรือหา load เช่น Engineering Mechanics Static /Dynamic ,design of machinery หรือ ทฤษฎีแบบก้าวหน้า ก็ Basic Dynamic /Advanced Dynamic ประกอบด้วย Real Eigenvalue, Frequency Response, Direct Transient Response,Modal Transient Response,Transient response,Enforced Motion,Complex Eigenvalue และ Random Vibration เป็นต้น
-กลุ่มทฤษฎี ออกแบบ เช่น stress analysis,mechanical engineering design,Fatigue Analysis,Failure Analysis,Stress singularity,Stress concentration,buckling,finite element analysis และ nonlinear analysis เป็นต้น
“ทฤษฎีบางอย่างก็ซักจะลืมๆ เหมือนกันเพราะแทบไม่ได้ใช้ เช่น Complex Eigenvalue เนื่องจากไม่มีใครจ้างทำ Rotordynamic Analyses (Gyroscope,เพลาขับอากาศยาน) หรืองานกลุ่มอากาศยาน แต่ถ้าใครจะจ้างก็พอรื้อฟื้นได้”
2.2.Load,constraint,simulation object
-load มี 2 ปัญหาที่เจอคือ หา load ไม่ได้ คือคำนวณไม่ได้หรือคำนวณไม่ถูกโดยเฉพาะ load ที่กระทำกับชิ้นส่วนใน Assembly ยิ่งเป็นงาน Dynamic หลายคนหาไม่ได้เลย และการไม่เข้าใจ load เช่นการใช้ load แบบผิด เช่นที่เจอ ที่ใช้ Enforced Motion แบบไม่ถูกต้อง เป็นต้น ถ้ามีปัญหาเกี่ยวกับ load ควรต้องศึกษา หรือขอรับคำปรึกษาจากผู้รู้ อย่าฝืนทำ..
-constraint หรือจุดหยึด(เรียกง่ายๆ) constraint ใน FEA มีเยอะมาก แต่เวลาใช้ให้เป็นไปตาม Sulution และ sub-Sulution ซึ่งต้องสอดคล้องกับพฤติกรรมจริง
-simulation object หรือรูปแบบของการประกอบใน Assembly ซึ่งแนวเดียวกับ constraint เลย แต่สิ่งที่เพิ่มมาคือ ถ้าในการคำนวณแบบ Assembly FEM ควรลดการใช้ simulation object ลงให้มากที่สุด เรื่องนี้เดี๋ยวอธิบายอีกครั้งในหัวข้อ Assembly FEM
2.3.sub-Sulution ต้องถูก
sub-Sulution ก็คือกรณีย่อย หรือเคสย่อยของ Sulution ที่ใช้ เช่น จากตัวอย่างเดิม ใช้ Transient Response เพียงอย่างเดียว sub-Sulution ก็คือกรณีย่อย ที่อาจจะเกิดขึ้นจริง เช่น sub-Sulution1 มี load แบบ impulse load กับ constraint แบบ pinned constraint และ simulation object เป็น S-S gluing
sub-Sulution2 มี load แบบ harmonic load กับ constraint แบบ pinned constraint และ simulation object เป็น S-S contact เป็นต้น ซึงใน 1 Sulution อาจมี sub-Sulution ได้มาก เกิน 5 sub-Sulution เลยก็ได้ ส่วนนี้ขึ้นอยู่กับ พฤติกรรมจริงของระบบ และความรู้-ประสบการณ์ของวิศวกรฯ ยิ่งคุณสามารถทำให้ sub-Sulution ได้ตรงกับพฤติกรรมจริงของระบบมากเท่าไหร่ ผลการคำนวณก็ถูกต้องมากเท่านั้น แต่กลับกัน ถ้า sub-Sulution นั้นไม่ได้สัมพันธ์กับพฤติกรรมจริงของระบบ คือผิด…อย่าทำ…เปลืองไฟ…
2.4.Assembly FEM ไตร่ตรองให้ดีก่อนทำ
หรือการคำนวณ FEM ทั้ง Assembly เป็นสิ่งที่เห็นบ่อยในวิศวกรที่ไม่เข้าใจ FEM อย่างดีพอ รวมถึงทฤษฎี และมีประบการณ์น้อย
แล้วทำไม FEM ทั้ง Assembly ไม่ได้??
..ที่จริงการ FEM กับ Assembly เป็นเรื่องจำเป็นในการดูพฤติกรรมของระบบ โดยเฉพาะระบบ dynamics แต่ Assembly นั้นต้องมีชิ้นส่วนเฉพาะที่สำคัญเท่านั้น ทำไมถึงเป็นเช่นนี้??
2.4.1.Assembly ที่มีชิ้นส่วนมาก โดยเฉพาะที่ไม่จำเป็น จะทำให้ Strain Energy Error สูง พิจาณาง่ายๆ คำนวณชิ้นส่วนเดี่ยว ใช้ mesh แบบธรรมดา บ้านๆ คุณก็สามารถทำ Strain Energy ได้ 90%++ (Strain Energy Error กับ Strain Energy คนล่ะตัวกัน) แต่กลับกัน ถ้าใช้ Assembly ที่มีชิ้นส่วนจำนวนมาก Strain Energy ระดับ 90% นี่ยาก นอกเสียจากไปปรับปรุงคุณภาพ mesh หรืออาจต้องไปแก้ไขปรับปรุง finite element model เป็นต้น แล้วอะไรทำให้ Strain Energy ต่ำ คำตอบคือ คุณภาพ mesh,คุณภาพ finite element model และจำนวน/ชนิดของ simulation object
2.4.2.ความไม่แม่นยำของ post processing เมื่อมีชิ้นส่วนประกอบเข้าด้วยกันจำนวนมาก และมีวัสดุแตกต่างกัน รูปร่างแตกต่างกัน แน่นอน Stiffness และ Damping ต้องแตกต่างกัน เมื่อวัสดุประกอบเข้าด้วยกัน การส่งผ่าน load โดยการการสัมผัสกัน ยิ่งมีจำนวนมาก ความแม่นยำของพฤติกรรมจริงก็ต่ำลง ซึ่งทำให้ post processing ลำบากมากในการหาความผิดพลาด และความถูกต้อง..คือดูไม่ออก ….
….แก้อย่างไร ลดจำนวนชิ้นส่วน เอาเฉพาะชิ้นส่วนที่สำคัญเท่านั้น และ ใช้ 1-d element หรือ merge 3-D element เป็นต้น
“แล้วทำไมวิศวกรหลายคนต้อง FEM ทั้ง Assembly? จากที่คุยพอจับใจความว่า เพราะไม่สามารถหาแรงที่กระทำกับชิ้นส่วนใน Assembly ได้อย่างถูกต้อง ยิ่งมีชิ้นส่วนเยอะ ยิ่งงง โดยเฉพาะงาน dynmics หายาก ก็เลยคำนวณทั้ง Assembly นั้นเอง ง่ายดี”
“Assembly FEM เป็นสิ่งจำเป็นโดยเฉพาะระบบ dynamics แต่เวลาส่งงาน คุณไม่สามารถส่งแต่ Assembly FEM เพียงอย่างเดียวได้ ต้องมี FEM ของชิ้นส่วนด้วย นอกเสียจากงาน Structural Dynamics”
“บางคนตั้งข้อสังเกตว่า ถ้าหาแรงที่กระทำกับชิ้นส่วนใน Assembly แล้วผิด สู้ทำ FEM ทั้ง Assembly เลยดีกว่าไหม?….ตอบ…ก็ไม่ได้อยู่ดี ยิ่ง Assembly นั้นมีชิ้นส่วนเยอะ และเป็นชิ้นส่วนที่ไม่สำคัญ ผลของ post processing ก็แทบไม่มีค่า …เปลืองไฟ….”
นอกจาก 2 ข้อที่กล่าวมาแล้ว ยังมีอีก 3 ข้อที่จำเป็นคือ Processing, Post-processing และ ประสบการณ์ ซึ่งถ้าเทียบกันแล้ว 2 ข้อแรกสำคัญที่สุด และเป็นส่วนที่หลายคนผิดพลาดมากที่สุด ก็อย่างที่บอกเริ่มต้นผิด ทุกอย่างก็ผิดหมด ซึ่งหวังว่าบทความนี้มีประโยชน์ ไม่มากก็น้อย ….
“สำหรับผู้บริหาร ความสำคัญจริงๆ ไม่ใช่วิธีการทำ แต่แค่ต้องรู้ว่าต้องทำอย่างไร และใช้ทฤษฎีอะไรบ้าง”
นักวิชาการด้านเศรษฐกิจ ชอบบอกว่าอุตสหกรรมของประเทศแข่งขันไม่ได้!! ซึ่งก็จริง…เขาพูดถูก อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำ OEM / รับจ้างผลิต หรือ ก๊อปปี้เครื่องเดิม หรือทำอะไรง่ายๆ ทุกคนก็รู้ แต่ที่เห็นยังมีผู้ประกอบการบางส่วนพยายามทำสินค้าที่มีนวัตกรรมชั้นสูง แต่ก็พบปัญหาความคงทน ใช้งานได้ไม่นาน พังง่าย จนท้อ ก็เลิกทำไป..ก็น่าเสียดาย..เราเจอกันช้าไป
“เอาเป็นว่าถ้าคุณอยากทำอะไรที่มีนวัตกรรม อยากเป็น ODM อยากมีแบรนด์ ก็ติดต่อ ahr robotics ได้”