CAD, CAM, CAE และ CNC คืออะไร ? 4 คำนี้เกี่ยวข้องกับ สายวิศวะ สถาปนิก หรือสายอาชีวะ อย่างไร ?

CAD, CAM, CAE และ CNC คืออะไร ?
4 คำนี้เกี่ยวข้องกับ สายวิศวะ สถาปนิก หรือสายอาชีวะ อย่างไร ?

การเขียนแบบด้วยมือ
ขอบคุณภาพประกอบจากผู้ใช้งาน mindandi จากเว็บไซต์ freepik.com

สำหรับใครที่เคยร่ำเรียนมาทางสายวิศวะ สถาปนิก หรือสายอาชีวะ คงจะคุ้นเคยกับการออกแบบ วาดแบบ (Drawing) ลงบนกระดาษเขียนแบบกันเป็นอย่างดี เพื่อการนำงานต้นแบบที่วาดไว้ ไปผลิตเป็นชิ้นงานจริงด้วยเครื่องจักร หรือเครื่องมือการผลิตหลากหลายรูปแบบ

การเขียนแบบด้วยโปรแกรม Autocad
ขอบคุณภาพประกอบจากเว็บไซต์ autodesk.com

และในปัจจุบันที่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เข้ามามีบทบาทกับชีวิตเราในแทบจะทุกด้าน ทำให้มีการพัฒนาโปรแกรมสำหรับงานออกแบบ หรือเขียนแบบทางวิศวกรรม (Engineering Drawing) มาให้เลือกใช้งานมากมายหลายตัว ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านจากการเขียนแบบลงบนกระดาษ มาเป็นการเขียนแบบบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ที่มีความยืดหยุ่นในการปรับเปลี่ยนแก้ไขรายละเอียดบนชิ้นงาน สามารถแบ่งปันงานออกแบบในกลุ่มทีมงาน และนำไปสู่ขั้นตอนการผลิตชิ้นงาน หรือการก่อสร้างอาคารตามที่ออกแบบไว้ได้อย่างแม่นยำ

โดยที่การเขียนแบบทางวิศวกรรมด้วยคอมพิวเตอร์ นั้นมีคำศัพท์ที่น่าสนใจอยู่ 4 คำ ได้แก่

1. CAD (Computer-Aided Design)
   การใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในการออกแบบ
2. CAM (Computer-Aided Manufacturing)
   การใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในกระบวนการผลิต
3. CAE (Computer-Aided Engineering)
   การใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยในการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม
4. CNC (Computer Numerical Control)
   การใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยควบคุมเครื่องจักรกล ในเชิงตัวเลข

แล้วนิยามของคำศัพท์แต่ละคำเป็นอย่างไร ? เรามาติดตามไปพร้อมกันครับ ...

CAD หรือ Computer-Aided Design คืออะไร ?

สำหรับ โปรแกรม CAD เป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์รูปแบบหนึ่ง ที่มีเครื่องมือช่วยในงานเขียนแบบ ออกแบบชิ้นงานทางวิศวกรรม ที่มีความแม่นยำในเครื่องขนาด และรูปทรงของชิ้นงาน สามารถนำชิ้นงานที่ออกแบบไว้ด้วย โปรแกรม CAD ไปทำการผลิตได้จริง โดยการร่างแบบอาจทำด้วยการลากเส้น ส่วนโค้ง หรือการประกอบกันของรูปทรงเรขาคณิตที่มีความซับซ้อน

โดยชิ้นงานหรือชิ้นส่วนที่ออกแบบไว้จะถูกเรียกว่าเป็น แบบจำลอง (Model) และมีการบันทึกงานเขียนแบบในฟอร์แมตไฟล์ CAD (ฟอร์แมตที่นิยมใช้งานคือไฟล์นามสกุล DWG ที่ใช้งานในโปรแกรม AutoCAD รวมถึงโปรแกรม CAD อื่น ๆ)

มุมมอง 3 มิติแบบถอดประกอบชิ้นส่วน (Exploded View) มีประโยชน์ในขั้นตอนการผลิตสินค้า
ขอบคุณภาพประกอบจากเว็บไซต์ zwsoft.com

ข้อสังเกตที่น่าสนใจคือ โปรแกรม CAD ในระดับพื้นฐาน จะมีความสามารถในการเขียนแบบชิ้นงานในมุมมองแบบ 2 มิติ (อย่างเช่น โปรแกรม AutoCAD LT และโปรแกรมอื่น ๆ ที่มีความสามารถในระดับเดียวกัน) ส่วน โปรแกรม CAD ในระดับสูง มักจะมีความสามารถในการเขียนแบบชิ้นงานทั้งในมุมมองแบบ 2 มิติ และ 3 มิติ ที่แสดงให้เห็นภาพลักษณ์ของชิ้นงานอย่างชัดเจน และยังสามารถแสดงมุมมองการถอดประกอบชิ้นส่วน (Exploded View) ที่มีประโยชน์ในขั้นตอนการประกอบชิ้นส่วนของสินค้าด้วย

โดยในปัจจุบันมีโปรแกรมด้านงาน CAD ให้เลือกใช้งานมากมายหลายตัว ที่แตกต่างกันไปในเรื่องของระดับราคาลิขสิทธิ์โปรแกรม และระดับความสามารถ โดยมีโปรแกรมที่น่าสนใจ อาทิ

1. AutoCAD - Including Specialized Toolsets : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ มีชุดเครื่องมืองาน สถาปัตย์ ไฟฟ้า เครื่องกลไฟฟ้า และประปา ฯลฯ
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม AutoCAD - Including Specialized Toolsets)
2. AutoCAD LT : โปรแกรม CAD 2 มิติ รุ่นยอดนิยม
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม AutoCAD LT)
3. Autodesk Fusion 360 CLOUD : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ ทำงานบนคลาวด์
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม Autodesk Fusion 360 CLOUD)
4. ANSYS SpaceClaim : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ ขึ้นรูปโมเดลด้วยวิธีการที่ง่าย
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ANSYS SpaceClaim)
5. BricsCad Lite 2D : โปรแกรม CAD 2 มิติ
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม BricsCad Lite 2D)
6. BricsCAD Pro 3D : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม BricsCAD Pro 3D)
7. GstarCAD Standard : โปรแกรม CAD 2 มิติ
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม GstarCAD Standard)
8. GstarCAD Professional : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม GstarCAD Professional)
9. ICADMAC : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ สำหรับเครื่อง Mac
   (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ICADMAC)
10. nanoCAD : โปรแกรม CAD 2 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม nanoCAD)
11. nanoCAD Pro : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม nanoCAD Pro)
12. nanoCAD Mechanica : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ สำหรับเขียนแบบชิ้นส่วนเครื่องกล
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม nanoCAD Mechanica)
13. nanoCAD Construction : โปรแกรม CAD 2 มิติ สำหรับเขียนแบบแปลนอาคาร
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม nanoCAD Construction)
14. nanoCAD 21 Platform : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ สำหรับเขียนแบบชิ้นส่วนเครื่องกล เขียนแบบแปลนอาคาร และเขียนแบบสภาพภูมิประเทศ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม nanoCAD 21 Platform)
15. progeCAD Professional : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม progeCAD Professional)
16. progeCAD Architecture : โปรแกรม CAD ออกแบบอาคารในมุมมองการทำงานแบบ 2 มิติ และ 3 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม progeCAD Architecture)
17. ZW3D Lite : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ZW3D Lite)
18. ZW3D Standard : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ มีฟีเจอร์ Exploded View
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ZW3D Standard)
19. ZW3D Professional : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ มีฟีเจอร์ออกแบบแม่พิมพ์โลหะ (Mold)
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ZW3D Professional)
20.  ZW3D Premium : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ มีฟีเจอร์ติดตั้งขั้วไฟฟ้าลงในชิ้นงาน และรองรับการทำงานกับเครื่องกลึง CNC แบบ 3 แกน
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ZW3D Premium)
21. ZWCAD Standard Edition : โปรแกรม CAD 2 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ZW3D Standard Edition)
22. ZWCAD Professional Edition : โปรแกรม CAD 2 มิติ และ 3 มิติ
    (ดูรายละเอียด : โปรแกรม ZWCAD Professional Edition)

CAM หรือ Computer-Aided Manufacturing คืออะไร ?

สาธิตการใช้งานฟีเจอร์ CAM ของโปรแกรม Autodesk Fusion 360 CLOUD
ขอบคุณคลิปวิดีโอจากแชนแนลยูทูป Autodesk Fusion 360

หากพูดถึงคำว่า "CAM" หรือ "Computer-Aided Manufacturing" จริงๆ แล้วมันคือ การผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ที่มีซอฟต์แวร์ในการเข้ามาช่วยบริหารจัดการ และควบคุมเครื่องจักร ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต ซึ่งก็เป็นความสามารถอีกอย่างหนึ่งที่มีอยู่ใน โปรแกรม CAD บางตัว อาทิ โปรแกรม Autodesk Fusion 360 CLOUD และ ZW3D Premium เป็นต้น

และสำหรับกระบวนการ CAM นั้น จะใช้คอมพิวเตอร์ทำการประมวลผล เพื่อจำลองขั้นตอนการผลิตชิ้นงานจริงด้วยเครื่องจักร ทำให้รู้ได้ว่าชิ้นงานที่ออกแบบมามีความยากง่ายในการผลิต หรือมีความเป็นไปได้ในการผลิตหรือไม่ ต้องใช้การผลิตกี่ขั้นตอน และต้องใช้เครื่องจักรแบบใดในการผลิต โดยมีการตรวจสอบปัจจัยต่าง ๆ ที่ส่งผลกับกระบวนการผลิต อาทิ ประเภทของวัตถุดิบ, การวางชิ้นงาน, การเคลื่อนที่ และ รูปแบบของเม็ดมีดที่ต้องใช้ เป็นต้น

โดยคุณประโยชน์ของ CAM คือช่วยลดต้นทุนในการผลิตชิ้นงานซ้ำเนื่องจากความผิดพลาด ลดความบกพร่องในการผลิต และผลิตชิ้นงานออกมาได้ทันเวลา

CAE หรือ Computer-Aided Engineering คืออะไร ?

จำลองการทดสอบแรงเค้นที่เกิดขึ้นในชิ้นงานด้วยโปรแกรม Autodesk Fusion 360 CLOUD
ขอบคุณภาพประกอบจากเว็บไซต์ autodesk.com

CAE (Computer-Aided Engineering) หรือ การใช้คอมพิวเตอร์ในการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม เป็นความสามารถอีกอย่างหนึ่งที่มีอยู่ใน โปรแกรม CAD บางตัว อาทิ โปรแกรม Autodesk Fusion 360 CLOUD เป็นต้น

สำหรับความสามารถนี้นั้น แท้จริงแล้วมันคือ กระบวนการที่ใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง ในการทำการประมวลผลเพื่อทำการวิเคราะห์ และการคำนวณทางด้านวิศวกรรม ด้วยการสร้างการจำลอง (Simulation) เพื่อทดสอบชิ้นงาน หรือผลิตภัณฑ์ที่เราออกแบบขึ้นมา ว่าจะสามารถทนทานต่อสภาพการใช้งานจริงได้หรือไม่

โดยกระบวนการ CAE จะช่วยลดต้นทุน และความยุ่งยากในการที่ต้องผลิตชิ้นงานต้นแบบขึ้นมาเพื่อทดสอบ อาทิ ทดสอบความสามารถในการทนทานต่อความเค้นที่เกิดจากการแบกรับน้ำหนัก ตรวจสอบการกระจายความร้อนที่เกิดขึ้นในชิ้นงาน รวมถึงการตอบสนองต่อแรงกระทำเชิงกล และยังมีการจำลองในรูปแบบอื่น ๆ อีกมากมายที่สามารถทำได้

CNC หรือ Computer Numerical Control คืออะไร ?

คำว่า CNC (Computer Numerical Control) จริงๆ แล้วมันคือเครื่องจักรที่เป็นประเภท "เครื่องกลึง" หรือ เครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตรูปแบบอื่น ๆ ที่ถูกควบคุมการทำงานโดยชุดคำสั่ง G-Code ที่ถูกเขียนขึ้นมา หรือถูกสร้างขึ้นมาจากโปรแกรม CAD/CAM นั่นเอง

โดยคุณประโยชน์ของการผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องจักร CNC คือ สามารถผลิตชิ้นงานได้อย่างมีความแม่นยำ ทั้งในเรื่องของขนาด และรูปทรง และยังมีความเร็วในการผลิต เหนือกว่าการควบคุมเครื่องจักรด้วยมือมนุษย์แบบ Manual ทำให้การผลิตชิ้นงานจำนวนมากมีความเสถียร มีคุณสมบัติ และคุณภาพเทียบเท่ากันทุกชิ้น ลดความผิดพลาดในการผลิตสินค้าได้เป็นอย่างดี

เครื่อง CNC แบบ 5 แกน
ขอบคุณภาพประกอบจากเว็บไซต์ directindustry.com

การควบคุมเครื่องจักรการผลิตด้วยระบบคอมพิวเตอร์ ยังสามารถก้าวข้ามขีดกำจัดของเครื่องจักรแบบเดิม ๆ ด้วยความละเอียดในการควบคุมที่ละเอียดได้ถึงหลัก 0.001 มิลลิเมตร ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานที่ต้องการความละเอียดมาก ๆ ได้ รวมถึงยังมีความสามารถในการควบคุมเครื่องจักรหลาย ๆ เครื่องให้ทำงานได้พร้อม ๆ กัน เพื่อให้รองรับการผลิตชิ้นงานจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว

โดยมีเครื่องจักร CNC หลากหลายรูปแบบสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตที่แตกต่างกัน อาทิ

1. CNC Routers : เครื่องจักร CNC จับดอกแกะสลัก สำหรับอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องไม้
2. Plasma Cutters : เครื่องตัดพลาสม่าแบบ CNC สำหรับงานตัดโลหะที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า
3. Laser Cutters : เครื่องตัดเลเซอร์แบบ CNC รองรับการตัดวัสดุหลายรูปแบบ
4. CNC Lathes : เครื่องกลึงแบบ CNC ที่ ขึ้นรูปด้วยการหมุนชิ้นงานให้ใบมีดกลึงตัดผ่าน 
5. Mill/turn  Machines : เครื่องกลึงแบบ CNC ขึ้นรูปด้วยการหมุนชิ้นงาน และการหมุนของดอกกัด (Milling Cutter)
6. Milling Machines : เครื่องกลึงแบบ CNC ขึ้นรูปด้วยการหมุนของดอกกัด โดยมีแกนการเคลื่อนชิ้นงาน 2-5 แกน สำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานที่มีรายละเอียดซับซ้อน
7. Multi-axis Milling : เครื่องกลึงแบบ CNC ที่ดอกกัดสามารถบิดเอียงได้ในหลายแกน สำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานที่รายละเอียดซับซ้อน