ความจำเป็นในการจำลองกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น
           ขณะที่การพัฒนาโปรแกรมการจำลองการขึ้นรูปเป็นที่สนใจในสถาบันการวิจัยหรือมหาวิทยาลัยต่าง ๆ นั้น ในอุตสาหกรรมจริง ๆ นั้น ก็มีความพยายามในการนำเอาโปรแกรมจำลองการขึ้นรูปมาใช้ให้เกิดประโยชน์ในเชิงพาณิชย์

           ในปัจจุบัน ความชำนาญเป็นสิ่งจำเป็นในการออกแบบและสร้างแม่พิมพ์ และการ Trial-Error นับครั้งไม่ถ้วนอยู่ในกระบวนการสร้างแม่พิมพ์อาจจะเรียกว่า เครื่อง Press อาจจะเป็นอุปกรณ์การทดลองที่ดีที่สุดที่ขาดไม่ได้เลยทีเดียว
  
         ในการออกแบบแม่พิมพ์ ซึ่งอยู่บนพื้นฐานของประสบการณ์ที่ได้จากการทำงานจริง ๆ การทดสอบ Trial แต่เวลาผ่านไปการออกแบบแม่พิมพ์ด้วยวิธีเดิม ๆ จากข้อมูลที่เก็บจากประสบการณ์นั้น วิธีนี้ก็เริ่มที่จะประสบปัญหาเพิ่มขึ้นทุกวัน ซึ่งมีสาเหตุมาจาก:

-ความต้องการของวิศวกร นักออกแบบแม่พิมพ์ ที่ชำนาญงาน มีความต้องการเพิ่มมากขึ้นในขณะที่วิศวกรผู้ชำนาญงานออกแบบมาก ๆ ก็เริ่มที่จะเกษียณกันไป
-Product Life Cycle ที่เร็วมากขึ้นมีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เร็วมากขึ้น ซึ่งในที่สุดก็มากระทบ Lead-Time ในการทำแม่พิมพ์นั่นเอง หลาย ๆ กรณีในงานผลิตแม่พิมพ์ขึ้นรูปก็มักจะเสียเวลาในการ Try-Out นั่นเอง
-การพัฒนาวัสดุซึ่งมีการปรับปรุงคุณสมบัติอยู่ตลอดเวลาทำให้ต้องมีการปรับแต่งกระบวนการหรือวิธีการไปจนกระทั่งตัวแปรต่างๆให้สอดคล้องกับคุณสมบัติที่เปลี่ยนไป
-ชิ้นงานมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ
-การลดต้นทุนเพื่อเพิ่มศักยภาพในการแข่งขัน

การที่นำเอาการจำลองขึ้นรูปด้วยคอมพิวเตอร์ให้ได้ประสิทธิภาพนั้น จะต้องมีองค์ประกอบคือ ต้องมีความน่าเชื่อถือสูง, เร็ว, มีเสถียรภาพ และทำงานบนพื้นฐานของข้อมูลที่สามารถหาได้

ในยุคแรกการจำลองขึ้นรูป โดยคอมพิวเตอร์ สามารถใช้ในการแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต ซึ่งเกิดจากเครื่องมือหรือชุดของแม่พิมพ์ที่เราสร้างชิ้น สิ่งที่ได้จากการจำลองการขึ้นรูป ก็จะเป็นความเป็นไปได้ และความมั่นใจที่มากขึ้นของชุดแม่พิมพ์ที่เราสร้างชิ้น

แต่ปัจจุบันเราสามารถจำลองกระบวนการจริง ๆ และดูลึกเข้าไปถึงการเปลี่ยนแปลงของโลหะแผ่นในแต่ละชั้นตอนของกระบวนการตั้งแต่ต้นจนจบ

บทประยุกต์ของการจำลองการขึ้นรูปด้วยคอมพิวเตอร์

           จากรูปที่ 5a แสดงถึงกระบวนการสร้างแม่พิมพ์ตั้งแต่ได้รูปแบบของชิ้นงาน กระบวนการออกแบบอยู่บนพื้นฐานของประสบการณ์ และกระบวนการออกแบบจะไม่สำเร็จจนกว่าจะผ่านกระบวนการที่เรียกว่า Die Try Out หรือ การทดสอบแม่พิมพ์ ซึ่งในขั้นตอนนี่เองที่ตัวแปรต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตจะเข้ามาเกี่ยวข้อง ในกรณีที่ผู้ออกแบบแม่พิมพ์เป็นผู้ที่มีประสบการณ์สูง หลังจากแม่พิมพ์ที่ออกแบบ, สร้าง, จนมาถึงการ Try Out นั้นก็อาจจะต้องมีการแก้ไขอยู่บ้างเพียงจุดเล็ก ๆ แต่บ่อยครั้งที่แม่พิมพ์ที่สร้างขึ้นมานั้น เกิดปัญหาไม่สามารถผลิตชิ้นงานได้ ในขั้นตอน Try Out จนถึงขั้นตอนแก้ไขแม่พิมพ์กันขนานใหญ่หรืออาจถึงต้องเริ่มทำกันใหม่ ซึ่งก็หมายถึงต้นทุนที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ถ้าดูรูป 5b จะแสดงถึงการผสมผสานเทคโนโลยี การจำลองกระบวนการขึ้นรูปมาประยุกต์ใช้ในช่วงเวลาของการออกแบบชิ้นงานนั้น การจำลองการขึ้นรูปนั้นจะต้องกระทำโดยที่ยังไม่มีข้อมูลของตัวแปรต่างๆในกระบวนการผลิต ซึ่งในขั้นตอนนี้การใช้โปรแกรมที่ใช้ One Step Code คือทางเลือกที่ดีที่สุด การคำนวณความต้องการข้อมูลน้อย และใช้ระยะเวลาสั้น ซึ่งผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ก็จะสามารถบอกเราได้ว่าชิ้นงานนั้นสามารถผลิตได้หรือไม่และมีความเสี่ยงที่จะนำไปผลิตมากน้อยอย่างไร แต่ถ้ากล่าวถึงในการกระบวนการผลิตจริง ซึ่งเป็นสิ่งที่เราสนใจนั้น ข้อมูลที่จะต้องถูกนำมาเป็น Input ในการวิเคราะห์ก็จะต้องใช้มากขึ้น แต่ผลลัพธ์ที่ได้ก็จะเป็นคุณประโยชน์มากขึ้น ในส่วนของ One Step นั้นนอกจากจะบ่งบอกถึงความสามารถในการผลิตของชิ้นงานที่เราออกแบบนั้น ก็ยังมีประโยชน์อื่น ๆ อีกเช่น

-จำนวนของขั้นตอนในการขึ้นรูป
-ขนาดของ Blank Size -วัสดุที่เหมาะสมที่สุดในการนำมาขึ้นรูป (ถูกที่สุด)
-ความหนาของชิ้นงานในแต่ละส่วนหลังการขึ้นรูป
-การวิเคราะห์ Spring Back
-โอกาสที่จะเกิด Defect บนผิวของชิ้นงานหลังขึ้นรูป

ตารางที่ 1

มีตัวแปรมากมายที่เกิดขึ้นในกระบวนการขึ้นรูป ที่มีผลกระทบต่อความสามารถในการขึ้นรูปของชิ้นงาน (ตารางที่ 1 ) ซึ่งหลาย ๆ ตัวแปรด้วยกันที่เราสามารถใช้คอมพิวเตอร์ทดสอบด้วยการจำลองการทำงานได้ เพื่อหาค่าทีเหมาะสมและนำไปใช้ในกระบวนการผลิต แม้ว่าการจำลองการขึ้นรูปชิ้นโลหะแผ่นอาจจะไม่ได้นำเอาเหตุการณ์หารือตัวแปรที่เกิดขึ้นจริงไปคำนวณ (ยกตัวอย่าง เช่น ค่าแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างการขึ้นรูป ซึ่งในโปรแกรมอาจจะประมาณจากฟังก์ชั่นของ Coulomb Model กับค่าสัมประสิทธิ์เพียงค่าเดียว ซึ่งในความเป็นจริงแรงเสียดทานนั้นมีค่าที่แตกต่างกัน ไม่สม่ำเสมอตลอดผิวของชิ้นงาน ซึ่งอาจเกิดจากความเรียบของผิวที่ไม่สม่ำเสมอ) แต่จากการนำเอาผลที่ได้จากคอมพิวเตอร์ไปเปรียบเทียบกับการขึ้นรูปจริงนั้นยังนับว่ามีความแม่นยำอยู่ในเกณฑ์ที่สามารถจะนำผลจาการคำนวณมาประเมินได้ โดยเฉพาะผลลัพธ์สุดท้ายที่สามารถนำไปใช้ในการตัดสินใจเปลี่ยนแปลงจนนำไปสู่การลดทั้งอัตราของชิ้นงานที่เสียหาย และการนำมา Rework ใหม่ ซึ่งจะทำให้ เราสามารถก้าวสู่อีกขั้นของการออกแบบทั้งชิ้นงานและกระบวนการผลิต

Implementation
           เปรียบเทียบ ตามรูป 5a และ 5b นั้น แสดงให้เห็นชัดเจนว่าการจำลองการขึ้นรูปด้วยคอมพิวเตอร์ สามารถลดความเสี่ยงในกระบวนการผลิต สามารถหลีกเลี่ยงการแก้ไขที่มีผลกระทบกับต้นทุนในการทำแม่พิมพ์ และยังส่งผลให้การตกแต่งแม่พิมพ์ในช่วง Try Out ทำได้ง่ายขึ้น ซึ่งผลที่ตามมาก็คือช่วยลดเวลาอีกด้วย

จากแถบทางด้านขวามือในรูป 5b แสดงถึงบทบาทของโปรแกรมทั้ง 2 แบบ คือ One-Step และ Multi-Step ที่มีอิทธิพลในการออกแบบแต่ละขั้นตอน ในขณะที่ Multi-Step จะให้ความแม่นยำใกล้เคียงมาก แต่ One-Step กลับมีบทบาทอย่างมาก ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา เนื่องจากในขั้นตอนนี้ยังมีตัวแปรอีกมากที่ไม่สามารถหาได้

หัวใจสำคัญที่จะทำให้การนำเอาระบบคอมพิวเตอร์มาจำลองการขึ้นรูป ก็คือ การจำแนกแยกแยะขั้นตอนของการออกแบบ และนำเอาโปรแกรมทั้ง 2 แบบ ที่กล่าวมาใช้อย่างเหมาะสม ในความเป็นจริงยังมีโปรแกรมในลักษณะอื่น ๆ ที่สามารถจำแนกได้อีกอย่างเช่น โปรแกรมอาจจะเป็นแบบ 3 มิติ หรือ 2 มิติ ซึ่งมีความยากง่ายในการใช้งานที่แตกต่างกัน การเตรียมการของบุคคลากรก็เป็นสิ่งสำคัญ การวางแผน การฝึกอบรม การใช้งานโปรแกรมอย่างเหมาะสม รวมไปถึงการศึกษาในเรื่องพื้นฐานของพฤติกรรมของวัสดุ ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญที่ส่งผลถึงความแม่นยำของผลลัพธ์ โดยตรง

แม้ว่าจะมีการเตรียมการอย่างดี แต่ในทางปฏิบัติจริงก็ยังพบว่า การนำคอมพิวเตอร์มาใช้ก็ยังต้องใช้เวลาในการปรับปรุงและพัฒนาความแม่นยำของผลลัพธ์ที่ได้ โดยเฉพาะการใช้งาน Multi-Step ซึ่งถือว่ามีความซับซ้อนมากที่สุดซึ่งอาจจะกินเวลาหลายเดือนกว่าจะเริ่มเห็นผล

เขียน Trevor Dutton John Miles Ed Pask Ove Arup & Partners
แปล CAEMAN