บทที่ 2 เข้าสู่การออกแบบเมคาทรอนิกส์

2.1 ความเป็นมา การพัฒนา และความหมายของระบบแมคาทรอนิกส์

      ในหลายภาคส่วนทางอุตสาหกรรม และเทคโนโลยี ได้มีการทำงานประสานรวมกันของ ผลิตภัณฑ์ และกระบวนการ สามารถสังเกตได้จากอิเล็กทรอนิกส์ที่เข้ามามีบทบาท เหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระบบทางกลได้มีการพัฒนามาตั้งแต่ ประมาณปี พ.ศ. 2520

      ระบบเหล่านี้เปลี่ยนจากระบบไฟฟ้ากลที่มีชิ้นส่วนทางไฟฟ้า และทางกล ที่บูรณาการ ระบบกลไฟฟ้ากับตัวตรวจจับ, อุปกรณ์ทำงาน และดิจิตอล ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ มารวมกันเป็นระบบ, เครื่องกล หรือกระบวนการ ที่เรียกรวมกันว่า ระบบแมคาทรอนิกส์ (Mechatronic systems)

      แมคาทรอนิกส์ คือ การผสมรวมกันของศาสตร์ทางวิศวกรรมเครื่องกล, วิศวกรรมไฟฟ้า, วิศวกรรมไฟฟ้า / อิเล็กทรอนิกส์ และวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีสารสนเทศ 

      ที่ร่วมกัน ผสมผสานกันจนเป็นหนึ่งเดียว จนเกิดเป็นผลผลิตที่เป็นเครื่องจักรกล, กระบวนการ หรือระบบ ซึ่งจะเริ่มต้นตั้งแต่การออกแบบ ไปจนถึงการผลิตออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ หรือกระบวนการเพื่อนำมาใช้งาน

      แมคาทรอนิกส์ เป็นสาขาที่รวมเอาสาขาต่าง  ๆ ในทางวิศวกรรมศาสตร์ มารวมเข้าด้วยกันจนเป็นศาสตร์ทางแมคาทรอนิกส์ สาขาทางวิศวกรรมหลัก ๆ ที่ได้นำมาใช้ ได้แก่

·       วิศวกรรมเครื่องกล (Mechanical engineering) สิ่งที่เอามาใช้ก็คือ ระบบกลไก, ชิ้นส่วนเครื่องกล, การเคลื่อนที่ทางกล ฯลฯ

รูปงานทางด้านเครื่องกล

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

·       วิศวกรรมไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์ (Electrical & Electronics engineering) สิ่งที่เอามาใช้ก็คือ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์, อิเล็กทรอนิกส์กำลัง, ตัวตรวจจับ, วงจร และอุปกรณ์ทางไฟฟ้า ฯลฯ

รูปงานทางด้านไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์

·       วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีสารสนเทศ (Computer engineering & Information Technology) สิ่งที่นำมาใช้ก็คือ ทฤษฏีระบบ, การอัตโนมัติ, ซอฟแวร์, ระบบปัญญาประดิษฐ์ ฯลฯ

รูปงานด้านคอมพิวเตอร์ และสารสนเทศ

      กระบวนการทางเครื่องกลสมัยใหม่ที่ถูกสร้างขึ้น จะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เครื่องกลที่ใช้กำลังงาน และเครื่องกลผลิตกำลังงาน

      ในขั้นต้นของเครื่องกล จะมีการจ่ายกำลังงานให้ไหลไปสู่เครื่องก่อน เพื่อที่จะเป็นตัวตั้งต้นในการที่จะให้เครื่องกลได้ใช้พลังงานตอนเริ่มต้นนั้น ทำการเปลี่ยนแปลงพลังงาน จากพลังงานรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกพลังงานอีกรูปแบบหนึ่ง รูปแบบของพลังงานที่ออกมานั้น อาจจะเป็นพลังงานไฟฟ้า, พลังงานกล, พลังงานทางเคมี หรือพลังงานความร้อน

รูปตัวอย่างอุปกรณ์ทางกล ไฟฟ้าที่เปลี่ยนจากพัดลมหมุน (ทางกล) ส่งไปให้อีกตัวเกิดเป็นพลังงานไฟฟ้า

      เครื่องกลโดยส่วนใหญ่ จะมีลักษณะการทำงานอย่างต่อเนื่อง หรือเป็นช่วง ๆ (ทำงานซ้ำ ๆ) ตามการไหลของพลังงานที่ป้อนให้แก่เครื่อง สำหรับกระบวนการทางกลอื่น ๆ การทำงานอาจจะเป็นช่วง ๆ หรือต่อเนื่องก็ได้ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับชนิด และหน้าที่ของมัน

      การไหลของพลังงานที่ไหลเข้าสู่เครื่องจักรกลจนมันสามารถทำงานได้นั้น สามารถวัดค่าได้หลายทาง เช่น วัดค่าหาได้จากความเร็ว, ปริมาตร หรือการไหลของมวล

      ไฟฟ้าสถิต หรือไฟฟ้ากระแสที่ใช้ในเครื่องกล จะใช้เป็นตัวแปรอ้างอิงในการวัด ค่าที่เป็นปัจจัยต่าง ๆ เช่น หาแรง, หาความดัน, หาอุณหภูมิ หรือแรงดันไฟฟ้า โดยเครื่องสมัยใหม่จะมีการแสดงผลผ่านหน้าจอดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ หรือจอแอลอีดี ในการแสดงผลเหล่านี้ก็เพื่อบอกให้ทราบว่า เครื่องทำงานด้วยความปกติหรือไม่

      นอกจากนี้ ยังมีการรวบรวมการตรวจสอบเพื่อตอบสนองต่อการไหลของข้อมูลในการป้อนพลังงานใช้งานให้กับเครื่องกล ซึ่งเป็นหนึ่งในอีกหลายลักษณะของระบบระบบแมคาทรอนิกส์ ซึ่งการพัฒนาในปัจจุบันนั้น จะมีอิทธิพลต่อการออกแบบระบบทางกล    

แมคาทรอนิกส์สามารถแบ่งงานออกได้ดังนี้

·       ระบบแมคาทรอนิกส์ (Mechatroic systems)

รูประบบแมคาทรอนิกส์

·       เครื่องกลแมคาทรอนิกส์ (Mechatroic machines)

รูปตัวอย่างเครื่องกลแมคาทรอนิกส์

·       ยานยนต์แมคาทรอนิกส์ (Mechatroics vehicles)

รูปตัวอย่างยานยนต์แมคาทรอนิกส์

·       แมคาทรอนิกส์แม่นยำ (Precision mechatronics)

รูปตัวอย่างงานแมคาทรอนิกส์แม่นยำ

·       ไมโครแมคาทรอนิกส์ (Micro mechatronics)

รูปตัวอย่างงานไมโครแมคาทรอนิกส์

จากการที่แบ่งประเภทออกหลายประเภทเหล่านี้ แต่มีสิ่งหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่า มันมีการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์ทางไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ และอุปกรณ์ทางกล ที่จะทำให้เกิดผลจากการใช้งานสิ่งเหล่านี้ เช่น ไฟฟ้า, ความร้อน, อุณหพลศาสตร์, เคมี หรือส่วนของการประมวลผลข้อมูล ที่เกิดจากการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปลี่ยนแปลงรูปแบบพลังงานของเครื่องกล

      นอกเหนือไปจากพลังงานกลแล้ว ก็ยังมีพลังงานชนิดอื่น ๆ ที่ปรากฏขึ้นมา และก็อาจพบปรากฏการณ์ต่าง ๆ ขึ้นได้  เพราะฉะนั้น ระบบแมคาทรอนิกส์ในความคิดที่สามารถคิดได้กว้างขึ้นจะประกอบไปด้วย กระบวนการทางกล และกระบวนการที่ไม่ใช้ทางกล แต่ถึงอย่างไร ชิ้นส่วนทางกลมักจะถูกใช้งานเป็นหลักของระบบ

      ส่วนพลังงานด้านอื่นจะเป็นตัวช่วยเสริมการทำงาน หรืออาจเกิดขึ้นมาจากกระบวนการทำงาน เพื่อให้แมคาทรอนิกส์สามารถทำงานได้ พลังงานจะช่วยเสริมความต้องการใช้งาน เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติที่กำหนดไว้ของระบบเครื่องกลที่แฝงเข้ามา โดยการป้อนสั่งใช้งาน และมีการควบคุมการทำงานแบบสนองตอบ ระบบเหล่านี้บางครั้งเราเรียกว่า ระบบเครื่องกลใช้งาน (Active mechanical systems)

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ยิ่งมีใจศรัทธา ยิ่งต้องมีสายตาที่เยือกเย็น”