การยศาสตร์ (Ergonomics) เป็นสิ่งที่มีความสำคัญสำหรับกระบวนการผลิตหรือการประกอบที่ยังใช้กำลังคน การจัดวางระยะต่าง ๆ ของสถานีการผลิตจำเป็นต้องมีการออกแบบที่เหมาะสมเพื่อให้ผู้ที่ทำงานได้รับความสะดวกสบาย หากเปรียบกับคนที่นั่งทำงานหน้าคอมพิวเตอร์ ถ้าออกแบบไม่ดีก็เป็นสาเหตุให้เกิดออฟฟิศซินโดรมได้
อุปกรณ์จำพวกจิ๊ก (Jig) หรือฟิกซ์เจอร์ (Fixture) ช่วยในการจับชิ้นงานให้กับพนักงานในสายการผลิตให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม เพิ่มความถนัดและประสิทธิภาพในการทำงานให้กับผู้ปฏิบัติงาน ทั้งยังช่วยในการจับชิ้นงานเพื่อตรวจสอบคุณภาพในระหว่างกระบวนการอีกด้วย การออกแบบฟิกซ์เจอร์จะแตกต่างกันไปตามขนาดและรูปทรงของชิ้นงาน ตัวอย่างของโรงงาน Audi Sport มีการใช้งานถึง 200 กว่าฟิกซ์เจอร์ในสายการผลิต แต่เดิมใช้ CAD ในการออกแบบซึ่งใช้เวลา 4-5 ชม. ต่อแบบ และสั่งผลิตจากซัพพลายเออร์ทำให้ต้องรอเป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือกระทั่งหลายเดือน
บทความนี้จะกล่าวถึงการยกระดับกระบวนการผลิตจิ๊กและฟิกซ์เจอร์ของโรงงานผลิตรถยนต์ Audi E-Tron GT โดยใช้ ‘Fixturemate’ ซอฟต์แวร์การออกแบบอัตโนมัติร่วมกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ‘Ultimaker’ ช่วยให้ประหยัดเวลาได้มากขึ้น จากที่ออกแบบใช้เวลา 5 ชม. เหลือเพียง 10-20 นาทีเท่านั้น และระยะเวลาการผลิตหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนนั้นเหลือเพียงวันเดียว
Audi Sport เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตให้กับ Audi E-Tron GT โดยออกแบบเครื่องมือ จิ๊ก และฟิกซ์เจอร์ได้ถึง 200 รายการด้วยซอฟต์แวร์ Fixturemate ที่ลดเวลาในการออกแบบได้อย่างมาก และการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Ultimaker พร้อมกับวัสดุอย่าง Tough PLA และ TPU ทำให้ลดต้นทุนลงได้มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์และสามารถผลิตเครื่องมือได้ภายในวันเดียว
วิดีโอการออกแบบ Audi E-Tron GT
วิดีโอการผลิตเครื่องมือ จิ๊ก และฟิกซ์เจอร์ ด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ของ Audi Sport
Audi Sport ต้องการเครื่องมือ จิ๊ก และฟิกซ์เจอร์ใหม่ 200 รายการ สำหรับผลิต Audi E-Tron GT ที่โรงงาน Böllinger Höfe
(ที่มา: Ultimaker)
โรงงาน Audi Sport Bôllinger Höfe ในเมือง Heilbronn ประเทศเยอรมนี เป็นโรงงานผลิตรถยนต์ระดับไฮเอนด์ มุ่งเน้นการผลิต Audi R8 ที่มีสมรรถนะสูง และ Audi E-Tron GT ที่ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด ซึ่งรถยนต์เหล่านี้ คือ crème de la crème หรือ ที่สุดของที่สุดจากผู้ผลิตยานยนต์ชื่อดังสัญชาติเยอรมัน
แต่ละสถานีมีเวลาจำกัดในการประกอบและติดตั้งชิ้นส่วนให้เข้ากับรถยนต์ นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมขั้นตอนการทำงานที่ได้รับการปรับปรุงและมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญสำหรับช่าง ดังนั้น เครื่องมือ จิ๊ก และฟิกซ์เจอร์แบบกำหนดเองจึงมีบทบาทอย่างมากในการทำให้งานของช่างเร็วขึ้น ง่ายขึ้น และตรงตามหลักการยศาสตร์
“เราผลิตเครื่องมือ จิ๊ก และฟิกซ์เจอร์เกือบ 800 รายการสำหรับโรงงานของเราได้ที่นี่ การจ้างเอาท์ซอร์สต้องใช้เวลามาก อาจจะหลายสัปดาห์หรือเป็นเดือนขึ้นอยู่กับซัพพลายเออร์และกระบวนการสั่งซื้อ การพิมพ์ 3 มิติช่วยให้เราได้เครื่องมือเหล่านั้นมาได้อย่างรวดเร็ว คนงานแค่เพียงบอกเราว่าต้องการฟิกซ์เจอร์เพื่อประกอบรถยนต์ เขาก็จะได้เครื่องมือนี้ภายในวันเดียวเท่านั้น” Cem Guelaylar ผู้เชี่ยวชาญการพิมพ์ 3 มิติ ของ Audi Sport กล่าว
เครื่องมือที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานที่ต่างกัน
เครื่องมือแบบกำหนดเองช่วยในการจัดแนวชิ้นส่วนระหว่างการติดตั้ง ตัวอย่างเช่น หลังคา หรือ โลโก้นอกรถ เครื่องมือที่พิมพ์แบบ 3 มิติจะช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอ คุณภาพของรถยนต์ และประหยัดเวลาไปได้หลายนาทีต่อคัน นอกจากนี้ เครื่องมือที่มีคุณภาพยังทำให้มั่นใจได้ว่ารถทุกคันตรงตามมาตรฐานสูงสุดของ Audi
จิ๊กแบบกำหนดเองจะติดตั้งเข้ากับชิ้นส่วนของรถยนต์เพื่อวัดการจัดแนวและค่าพิกัดความเผื่อ ตัวอย่างเช่น Audi Sport สร้างจิ๊กแบบกำหนดเองเพื่อเน้นหน้าจอแสดงผลบนกระจก (Head Up Display – HUD) บนแดชบอร์ดของรถยนต์ จิ๊กใช้ลำแสงเลเซอร์ 2 ตัวฉายลงไปบนหน้าจอ HUD ที่ติดตั้งไว้ เมื่อเลเซอร์มีแนวเดียวกัน หมายความว่ากระจกสะท้อนติดตั้งได้อย่างถูกต้อง
คลิปวิดีโอ การใช้งานจอแสดงผลบนกระจก (Head up display – HUD) ของรถ Audi https://www.youtube.com/watch?v=3K3uF5vBlh0
ชิ้นส่วนมากมายจำเป็นต้องได้รับการประกอบก่อนติดตั้งเข้ากับรถ ฟิกซ์เจอร์จะเป็นตัวช่วยจับชิ้นส่วนต่าง ๆ ให้อยู่ประจำตำแหน่งเพื่อให้ประกอบได้ง่ายและรวดเร็ว ไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดเวลาเท่านั้น ยังทำให้กระบวนการผลิตมีความสม่ำเสมอ ฟิกซ์เจอร์เหล่านี้ยังถูกออกแบบมาให้เข้ากับการยศาสตร์ของผู้ปฏิบัติงานอีกด้วย
ซอฟต์แวร์ Fixturemate ออกแบบชิ้นส่วนเพียงไม่กี่นาที
เมื่อโรงงานต้องการเครื่องมือ จิ๊ก และฟิกเจอร์ที่แตกต่างกันถึง 200 รายการ และต้องการใช้อย่างเร่งด่วนเพื่อเริ่มการผลิต การออกแบบเครื่องมือเหล่านี้จึงต้องใช้เวลาและความเชี่ยวชาญเป็นอย่างมาก อีกทั้งยังต้องมีความแม่นยำ เป็นมิตรต่อผู้ใช้ และผลิตได้ง่าย ดังนั้น ซอฟต์แวร์ Fixturemate ของบริษัท Trinckle ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างฟิกซ์เจอร์สำหรับการประกอบชิ้นส่วนโดยเฉพาะ ชิ้นส่วนจะถูกนำเข้ามาและตั้งเป็นมุมฉาก แล้วฟิกซ์เจอร์จะถูกสร้างโดยการเพิ่มแผ่นรองฐานที่ชิ้นส่วนต้องได้รับส่วนรองรับและรูเพื่อให้สามารถติดตั้งกับโต๊ะได้ ซอฟต์แวร์ Fixturemate ใช้งานได้ง่ายมาก ไม่ว่าใครก็สามารถใช้ได้ ในขณะที่การออกแบบเครื่องมือจาก CAD อาจใช้เวลาหลายชั่วโมง แต่สำหรับ Fixturemate นั้นใช้เวลาเพียงแค่ 10-20 นาที
ประโยชน์ของการพิมพ์ 3 มิติที่ Audi Sport
Audi Sport ไม่ได้ต้องการเพียงการออกแบบชิ้นส่วนที่รวดเร็ว แต่ยังต้องใช้เวลาในการผลิตที่สั้นมากด้วย การจ้างเอาท์ซอร์ซในการผลิตเครื่องมือนั้นมีราคาแพงและใช้เวลานาน จึงเป็นเหตุผลที่ว่า Audi Sport เริ่มมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นของตัวเอง ตัวอย่างเช่น Ultimaker S5 ช่วยให้ Audi Sport สามารถผลิตเครื่องมือที่ต้องการ ด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย ไม่ต้องขอใบเสนอราคา ลดการบรีฟซัพพลายเออร์ ลดเวลาการผลิตและส่งมอบ และเมื่อชิ้นส่วนไม่ตรงตามความต้องการก็สามารถปรับปรุงและพิมพ์ขึ้นใหม่ได้
ตัวอย่างวัสดุที่นำมาพิมพ์ฟิกซ์เจอร์
- Tough PLA โดยส่วนใหญ่พิมพ์ด้วยวัสดุนี้ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นและแข็งแกร่งเหมือนกับ ABS แต่พิมพ์ได้ง่ายกว่ามาก
- TPU95a วัสดุที่อ่อนนุ่มเพื่อป้องกันชิ้นส่วนของรถยนต์ ไม่ให้เกิดความเสียหาย
- PLA เป็นวัสดุที่มีความปลอดภัยจากไฟฟ้าสถิต ใช้กับฟิกซ์เจอร์ที่จับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ
การเตรียมการพิมพ์ 3 มิติด้วยวัสดุเหล่านี้ทำได้อย่างง่ายดายและรวดเร็ว โดยใช้ซอฟต์แวร์ Ultimaker Cura ที่เปิดให้ใช้งานได้ฟรี
Audi Sport สามารถลดต้นทุนการผลิตเครื่องมือลงได้มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ พร้อมทั้งผลิตงานได้ภายใน 1 วัน และยังใช้ Fixturemate ในการออกแบบฟิกซ์เจอร์ได้รวดเร็วและง่ายดายอีกด้วย ผู้ผลิตไม่จำเป็นต้องมีนักออกแบบ CAD โดยเฉพาะเพื่อสร้างแบบฟิกซ์เจอร์ เพราะไม่ว่าการออกแบบจนถึงการพิมพ์ 3 มิติ ใคร ๆ ก็สามารถสร้างเครื่องมือที่ต้องการได้
บทความอ้างอิง: https://www.etmm-online.com/
