การออกแบบและกรรมวิธีการผลิต

1. การออกแบบและกรรมวิธีการผลิต บทที่ 3. ผศ.ดร.สมศักดิ์ มีนคร

2. ความหมายของการออกแบบ • “การออกแบบ” หมายถึงเป็นกระบวนการทางความคิดของมนุษย์ในการวางแผน การกำหนดรูปแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการผสมผสานของศาสตร์ในสาขาวิชาทางด้านคณิตศาสตร์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีร่วมกับความคิดสร้างสรรค์จากการวิเคราะห์ เพื่อให้สามารถใช้งานได้ตามความต้องการของผู้บริโภค ตลอดจนไม่ส่งผลกระทบจากการใช้ประโยชน์จากสิ่งที่มนุษย์ได้ออกแบบขึ้นมา

3. การออกแบบอุตสาหกรรม • นักออกแบบช่างหัตถกรรมระดับชาวบ้าน เป็นช่างนักออกแบบที่ทำหน้าที่ออกแบบทั่ว ๆ ไป สำหรับชาวบ้านและชนชั้นกลาง • นักออกแบบที่เป็นศิลปิน จะทำหน้าที่ออกแบบงานศิลปะต่าง ๆ ในราชสำนักและออกแบบศิลปกรรมการก่อสร้าง การตกแต่งอาคารสถานที่และสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ ทั้งสาธารณะและพระราชวัง

4. องค์ประกอบของการออกแบบ • จุด (Point)หมายถึง ตำแหน่งที่ตั้งของส่วนประกอบต่าง ๆ อาจจะเป็นบริเวณเป้าหมายหรือจุดหมายก็ได้ ภาพจุดเรียงกันแบบมีความสัมพันธ์สวยงามในการออกแบบ

5. เส้น (Line)เมื่อจุดเคลื่อนที่ทำให้เกิดเส้นต่าง ๆ เส้นมีด้วยกัน 5 ชนิด ได้แก่ เส้นตรง (Straight lines) เส้นโค้ง (Curve lines) เส้นคด (Winding lines) เส้นฟันปลาหรือเส้นหยัก (Zigzag lines) และเส้นขนานหรือเส้นประ (Jagged lines)

6. รูปร่างอิสระ (Free shapes) คือ รูปร่างลักษณะที่บอกไม่ได้ว่าเป็นรูปทรงมาตรฐานแบบใดแน่ มีรูปร่างไม่แน่นอน และเปลี่ยนแปลงได้

7. รูปทรง (Form)คือ รูปที่มีลักษณะ 3 มิติ มีทั้งด้านยาว ด้านสูง ด้านลึก หรือด้านหนา เป็นแท่งเหลี่ยม ซึ่งรูปทรงสามารถแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะดังนี้ • รูปทรงมาตฐาน (Basic forms) มีลักษณะเป็นรูปทรงเรขาคณิตสามารถแบ่งออกเป็น 6 ลักษณะ ได้แก่ รูปทรงสามเหลี่ยม (Triangulars) รูปทรงสี่เหลี่ยมหรือลูกบาศก์ (Cubes) รูปทรงกรวย (Pyramids) รูปทรงกระบอก (Cylinders) และรูปทรงกลม (Spheres) • รูปทรงอิสระ (Free forms) คือ รูปทรงที่ดันแปลงมาจากรูปทรงมาตรฐาน วิวัฒนาการจากรูปแบบเดิม มีรูปลักษณะแปลกออกไปให้ความรู้สึกเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงได้

8. แสงและเงา (Light & Shade) คือ แสงสว่างและเงามืดที่มีอิทธิพลทำให้เกิดการมองเห็นสิ่งต่าง ๆ ว่ามีลักษณะใด ตลอดจนพื้นผิวขรุขระ เรียบ และส่วนละเอียดเป็นอย่างไรบ้าง • แสง (Light) หมายถึง ความสว่างที่เกิดขึ้นจากธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้น • เงา (Shade) หมายถึง ส่วนมืดที่อยู่ด้านตรงกันข้ามกับแสงสว่าง

9. ทฤษฎีสี (Theory of color) หมายถึง การรับรู้และสัมผัสสิ่งแวดล้อมของมนุษย์ส่วนใหญ่ใช้สายตาเป็นระบบสัมผัสที่ละเอียดอ่อนทั้งการแยกสี ซึ่งการใช้สีจากวงจรสีธรรมชาติมีวิธีการนำสีมาใช้ด้วยกันหลายวิธีต่าง ๆ • วรรณะของสี (Tone) การใช้วิธีนี้แบ่งสีออกเป็น 2 กลุ่ม คือ สีร้อน (Warm tone) และสีเย็น (Cool tone) • ค่าของสี (Value) หมายถึง ความแก่อ่อนของสี ความหนักเบาของสี • สีกลมกลืน (Harmony)หมายถึง สีที่มีปริมาณมากกว่าสีอื่น ๆ เป็นสีที่เด่นชัดของสีเดียว ซึ่งในวงจรสีธรรมชาตินับเรียงตามกันไป จะวนไปทางใดก็ได้ • สีส่วนรวม (Totality) หมายถึง สีที่มีปริมาณมากกว่าสีอื่น ๆ ก็เป็นสีที่เด่นชัดของสีเดียว • ความเข้มของสี (Intensity)หมายถึง สีที่มีจุดเด่นสว่างสดใสอยู่ในกลุ่มสีที่ถูกลดความจัดลงไป

10. ภาพวงจรสีธรรมชาติ

11. ส่ดส่วน (Proportion) หมายถึง ความสัมพันธ์กันระหว่างขนาดขององค์ประกอบ ต่าง ๆ เช่น ขนาดของตน สัตว์ และสิ่งของ เป็นต้น จึงจะเกิดความงาม

12. บริเวณว่าง (Space)หมายถึง ช่องว่างวัตถุที่ปรากฎเป็นรูปทรงในผลงาน บางทีก็เรียกกันว่าช่องไฟของว่างต่าง ๆ เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเท่ากัน มีระยะใกล้ ไกล กว้าง แคบต่างกัน

13. จังหวะ (Rhythm) หมายถึง ความช้า ความเร็วที่ปราฎขึ้นในองค์ประกอบศิลป์ อันเกิดจากลีลา จังหวะต่าง ๆ กัน เป็นสิ่งที่เชื่อมโยงและสัมพันธ์กันกับบริเวณ สัดส่วน เส้น สี รูปร่าง รูปทรง และลักษะผิว

14. ลักษณะผิว (Texture)หมายถึง ลักษณะผิวหน้าของวัตถุที่ปรากฏในงานศิลป์ เช่น หยาบ ละเอียด หนา ทึบ ด้าน มัน เป็นต้น ซึ่งเป็นส่วนละเอียดขององค์ประกอบนั้น ๆ ลักษณะผิว มีอิทธิพลทำให้ผู้พบเห็นเกิดความรู้สึกทางจิตสัมผัสและกายสัมผัสด้วย

15. หลักการออกแบบผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม • หน้าที่ใช้สอย (Function) การออกแบบเหมาะสมกับการใช้งาน • ความปลอดภัย (Safety) จะต้องคำนึงถึงความปลอดภัยของผู้ใช้ • ความแข็งแรง ทนทาน (Durability) จะต้องสนองต่อหน้าที่ได้เป็นเวลานาน • ความประหยัด (Economic) สามารถที่จะผลิตได้ในระบบเศรษฐศาสตร์ • วัสดุ (Material) จะต้องเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมกับการใช้งานที่มีความทนทานและประหยัด

16. โครงสร้าง (Construction)วิธีการทำโครงสร้างของเฟอร์นิเจอร์แต่ละชนิด • ความสะดวกสบายในการใช้ (Ergonomic)จะต้องคำนึงถึงสัดส่วนที่เหมะสม • ความสวยงาม (Aesthetic) จะต้องมีรูปร่างและขนาดความสูง กว้าง ยาว • มีลักษณะเฉพาะ (Personality) อาจจะได้คะแนนสูงในเรื่องของคุณภาพ • กรรมวิธีการผลิต (Production) เมื่อทำการออกแบบแล้ว • การซ่อมบำรุงรักษา (Easy of maintenance) เมื่อนำไปใช้งานได้รับความเสียหาย • การขนส่ง (Transportation) จะต้องคำนึงถึงความปลอดภัย

17. ขอบเขตของการออกแบบผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมขอบเขตของการออกแบบผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม • ผลิตภัณฑ์เป็นสองมิติ คือ เป็นรูปแบบมีเฉพาะความกว้างกับความยาว • สามารถดำเนินงานออกแบบโดยบุคคลเดียวกันได้ไม่ต้องร่วมกับผู้เชี่ยวชาญอื่น ๆ • ผลิตภัณฑ์นั้นมีกรรมวิธีการผลิตที่เหมือนหรือคล้ายกับผลิตภัณฑ์ที่มีมาแต่โบราณ • การลงทุนอุปกรณ์ในการผลิตต่ำ ตัวอย่างเช่น ถ้วยกาแฟดินเผากับถ้วยกาแฟ

18. ประเภทผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม • ผลิตภัณฑ์อุปโภค (Consumer products) คือสิ่งของเครื่องใช้ภายในที่อยู่อาศัยเพื่อจะอำนวยความสะดวกสบายแก่ผู้ใช้ รูปแบบเป็นไปตามสมัยนิยม

19. ผลิตภัณฑ์การค้าหรือบริการ (Commercial or service equipment) คือ ผลิตภัณฑ์ใช้ในการประกอบการค้าและบริการงานต่าง ๆ

20. ผลิตภัณฑ์เครื่องจักรกล (Capital or durable goods) คือ ผลิตภัณฑ์ที่ตอบสนอง ความต้องการของผู้ใช้อุตสาหกรรม โดยที่ผู้ใช้ทางอุตสาหกรรมจะเป็นผู้ซื้อผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมเพื่อใช้ในการผลิตหรืออำนวยความสะดวกในการดำเนินกิจการ

21. ผลิตภัณฑ์ขนส่ง (Transportation equipment) คือ ผลิตภัณฑ์ยานพาหนะที่ใช้ทั้งทางบก ทางน้ำ และทางอากาศ เพื่อการขนส่งในทางการค้า บริการ และสามารถใช้โดยสาร เพื่อการเดินทางเคลื่อนที่ถึงที่หมายได้ เช่น รถไฟฟ้า รถยนต์ รถจักรยนต์ เครื่องบิน เรือ รถจักรยาน รถจักรยานสามล้อ รถสามล้อเครื่อง

22. กระบวนการออกแบบ • ธรรมชาติของการออกแบบ (The nature of designing) งานออกแบบนี้มักจะปรากฏอยู่ทั่วไปในงานด้านสถาปัตยกรรม วิศวกรรม อุตสาหกรรม ศาสตร์แขนงต่าง ๆ • สรุปเนื้อหาในวิธีการ (Getting the brief) ในการสรุปเนื้อหาเพื่อค้นหาข้อมูลใน การแก้ปัญหามีลำดับขั้นตอน

23. การตรวจสอบเพื่อความชัดแจ้ง (Examination the evidence) การแบ่งขั้นตอนใน การแก้ปัญหางานออกแบบใช้วิธีทางตรรกวิทยา • การสร้างสรรค์ (The creative lead) การสร้างสรรค์เกิดจากการไตรตรองคำถามที่ หาทางแก้ไข • ภาวะของนักออกแบบ (The donkey work) ช่วงของการสร้างสรรค์งานออกแบบนั้น ได้มีการพัฒนาทางระบบวิธีการอย่างมากที่สุด

24. กระบวนการออกแบบ • ขั้นตอนการกำหนดปัญหา เริ่มจากการตั้งวัตถุประสงค์ กำหนดขอบเขตปัญหา ศึกษาความเป็นไปได้ของวัตถุประสงค์ที่สัมพันธ์กับปัญหา • ขั้นตอนการออกแบบ เป็นขั้นตอนการแก้ปัญหา โดยศึกษาวิธีการแก้ปัญหาหลายแนวทางเลือกในรูปของโครงร่าง • ขั้นตอนการดำเนิน เป็นขั้นตอนการผลิตตามแบบเพื่อทำจริง • ขั้นตอนการประเมินผล เป็นการประเมินผลประสิทธิภาพของงานออกแบบว่า ตรงตามวัตถุประสงค์และเกณฑ์ที่กำหนดไว้ในระดับใด

25. แนวคิดของกระบวนการออกแบบแนวคิดของกระบวนการออกแบบ • ขั้นตอนที่ 1 การตีปัญหา (Problem identification) การตีปัญหาเป็นขั้นตอนที่ทำการออกแบบการแก้ปัญหางาน โดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 2 ประเด็น คือ • มีข้อกำหนดของปัญหา (Problem statement) • ข้อบังคับของปัญหา (Problem requirement) • ขอบเขตของปัญหา (Problem limitations) • ภาพร่าง (Sketches) • การรวบรวมข้อมูล (Data collection)

26. ขั้นตอนที่ 2 ความคิดริเริ่มเบื้องต้น (Preliminary ideas) • การทำงานด้วยตนเองและทำงานโดยกลุ่ม (Individual team) • การวางแผนกิจกรรม (Plan of action) • การระดมสมอง (Brainstorming) • การสเกตซ์ภาพและจดบันทึก (Sketching and note) • วิธีการวิจัย (Research methods) • วิธีการสำรวจ (Survey methods)

27. ความคิดริเริ่มเบื้องต้นความคิดริเริ่มเบื้องต้น

28. ขั้นตอนที่ 3 การกลั่นกรองการออกแบบ (Design refinement) • สัดส่วนทางกายภาพ (Physical properties) • การประยุกต์ทางเรขาคณิต (Application of geometry) • เงื่อนไขการกลั่นกรอง (Refinement considerations) • ชิ้นส่วนมาตรฐาน (Standard parts)

29. การกลั่นกรองการออกแบบการกลั่นกรองการออกแบบ

30. ขั้นตอนที่ 4 การวิเคราะห์ (Analysis) • การวิเคราะห์ประโยชน์ใช้สอย (Function analysis) • การวิเคราะห์ทางวิศวกรรม (Engineering analysis) • การวิเคราะห์การตลาดของผลิตภัณฑ์ (Market and product analysis) • การวิเคราะห์รายละเอียด (Specification analysis) • การวิเคราะห์ความแข็งแรง (Strength analysis) • การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ (Economic analysis) • การวิเคราะห์หุ่นจำลอง (Model analysis)

31. การวิเคราะห์การออกแบบ

32. ขั้นตอนที่ 5 การตัดสินใจ (Decision) • ประโยชน์ที่ใช้สอย (Function) • พฤติกรรมของมนุษย์ที่ใช้งาน (Human factors) • ความต้องการของตลาด (Market analysis) • ความแข็งแรงทนทาน (Strength) • การผลิต (Production) • ราคา (Cost) • ผลกำไรทางธุรกิจ (Profitability) • รูปแบบโดยรวม (Appearance)

33. การตัดสินใจ

34. ขั้นตอนที่ 6 การทำให้เกิดผลสำเร็จ (Implementation) • การสร้างสรรค์ทางเอกลักษณ์ของงาน (Identification) • การศึกษางานและแบบแผนให้ชัดเจน (Final study) • การวิเคราะห์และสังเคราะห์ขั้นสุดท้าย (Selection of solution)

35. ความหมายของการผลิต • “การผลิต” หมายถึง เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดการแปรสภาพของปัจจัยการผลิตที่เกี่ยวข้องจนได้มาของผลผลิต ซึ่งอาจเป็นในรูปของการผลิตสินค้าหรือการบริการก็ได้ เพื่อนำมาตอบสนองความต้องการของมนุษย์ส่งผลทำให้คุณภาพชีวิตและความเป็นอยู่ดีขึ้น

36. ระบบการผลิต • ปัจจัยการผลิต (Input) ในการผลิตสินค้าและบริการ • คน (Man) • วัสดุ (Materials) • เงิน (Money) • เครื่องจักร (Machine) • ข่าวสาร (Information) ข้อมูลต่าง ๆ

37. ปัจจัยสำคัญของอุตสาหกรรมการผลิต • ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์นั้น จะต้องถูกผลิตขึ้นมาอย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีปริมาณพอดี • ความพอใจ ผลผลิตจะต้องเป็นที่พอใจของลูกค้า นอกจากนั้นต้องเป็นที่พอใจของ ผู้ถือหุ้น พนักงาน และลูกค้าด้วย • เจริญเติบโต ธุรกิจนั้นจะต้องมีการเจริญเติบโต มีการพัฒนาและก้าวทันต่อเทคโนโลยีต่าง ๆ

38. การเลือกเครื่องจักรและกรรมวิธีการผลิต • กรรมวิธีการผลิตที่ดีนั้นต้องการเครื่องมือเครื่องจักรที่สามารถผลิตได้คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ และมีความแน่นอนเที่ยงตรง ซึ่งขึ้นอยู่กับการเลือกใช้เครื่องจักรและกรรมวิธีการผลิตที่เหมาะสม การเลือกนั้นจะต้องมุ่งถึงปริมาณในการผลิต

39. ความแตกต่างระหว่างเครื่องจักรอเนกประสงค์กับเครื่องจักรเฉพาะประสงค์ความแตกต่างระหว่างเครื่องจักรอเนกประสงค์กับเครื่องจักรเฉพาะประสงค์

40. การเลือกกรรมวิธีการผลิต • ความเที่ยงตรงของขนาดและคุณภาพของผิวสำเร็จ ขนาดและรูปร่างของผลิตภัณฑ์ • ค่าใช้จ่ายการดำเนินการและการผลิต ค่าใช้จ่ายที่ใช้ในการออกแบบและค่าเครื่องมือ • ปริมาณการผลิตและอัตราการผลิต • จำนวนสุทธิของการขึ้นรูป กรรมวิธีการผลิตแบบใดแบบหนึ่งอาจไม่สามารถผลิตชิ้นงานได้สำเร็จใน 1 ครั้ง

41. กรรมวิธีการขึ้นรูป • การรีดขึ้นรูป (Rolling) เป็นกระบวนการลดขนาดหรือ เปลี่ยนแปลงรูปร่างหน้าตัดของชิ้นงานโดยใช้เครื่องอัดผ่านลูกรีด ซึ่งการรีดขึ้นรูปสามารถทำให้เกิดรูปทรงได้หลายรูปแบบ สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิดด้วยกันดังนี้คือ แสลบ บลูม และบิลเล็ต

42. การตีขึ้นรูป (Forging) เป็นวิธีการขึ้นรูปโลหะขั้นพื้นฐานที่ใช้แรงตีหรืออัดผ่านแม่พิมพ์หรือเครื่องมือเพื่อให้ได้รูปทรงชิ้นงานตามความต้องการ

43. การตีขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ชิ้นงานจะมีรูปทรงเหมือนงานสำเร็จมากที่สุด จะมีเพียงขอบงานที่เป็นส่วนเกินที่จะต้องตัดออกในขั้นตอนสุดท้ายการตีขึ้นรูปก้านสูบที่มีหลายขั้นตอน

44. การอัดรีดขึ้นรูป(Extrusion) การอัดรีดเป็นการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการใช้แรงอัดดันให้โลหะเกิดการไหลผ่านแม่พิมพ์ เพื่อให้ได้รูปร่างตามที่ต้องการโดยมากโลหะจะถูกขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงการขึ้นรูปชิ้นงาน

45. การดึงขึ้นรูป (Drawing) การดึงขึ้นรูปเป็นการขึ้นรูปโลหะโดยการดึงให้โลหะผ่านแม่พิมพ์ ชิ้นงานที่ขึ้นรูปโดยการดึงลวดขนาดความยาวมีลักษณะการขึ้นรูป ข้อแตกต่างระหว่างการขึ้นรูปโดยการอัดรีดและการดึงก็คือ แรงที่ใช้ทำให้โลหะเปลี่ยนรูปโดยการดึงจะใช้แรงดึง

46. การตัดเฉือน (Shearing) เป็นการใช้แรงทางกลในการตัดโลหะแผ่นให้มีรูปทรงตามที่เราต้องการการตัดเฉือนนั้นต้องมีใบมีดในการตัดลักษณะการตัดเฉือนหากชิ้นงานที่ถูกตัด

47. การพับขึ้นรูป (Bending)การพับขึ้นรูปจะทำกับโลหะแผ่นนั้นเกิดมุมและรูปร่าง ได้หลายรูปแบบ โดยการขึ้นรูปจะใช้เครื่องเพรสส์ (Press) ขนาดแรงกดอัดหลายตันส่งแรงกดผ่านแม่พิมพ์ที่มีทั้งส่วนบนและส่วนล่าง

48. กรรมวิธีการกัดแต่ง • การกลึง (Turning)เป็นการแต่งผิวงานรูปทรงกระบอกที่ผิวนอกหรือรูภายในการกลึงสามารถกัดแต่งชิ้นงานได้หลายลักษณะ

49. การกัด (Milling)เป็นการขึ้นรูปชิ้นงานที่ใช้เครื่องมือตัดที่มีคมตัดหลายคมในการกัดขึ้นรูป อาจใช้คมตัดด้านข้างหรือที่ปลายคมตัด การกัดสามารถกัดได้ทั้งแบบผิวหน้าเรียบ การกัดเซาะร่อง หรือการกัดผิวโค้ง การทำงานของเครื่องในการป้อนชิ้นงานให้ใบมีดกัด การกำหนดความลึก

50. การเจียระไน (Grinding) เป็นการกัดแต่งในขั้นตอนสุดท้าย เพื่อให้งานได้ขนาดและความเรียบตามต้องการการเจียระไนจะใช้หินเจียระไนที่ทำจากวัสดุที่มีความแข็งสูง เช่นซิลิคอน คาร์ไบด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ หรือเพชร