ระบบทางเทคโนโลยี

            สังเกตรถจักรยาน จะพบว่ารถจักรยานมีส่วนประกอบต่าง ๆ ได้แก่  ล้อหน้า ล้อหลัง หลังอาน โซ่ โช๊ค แฮนด์ มือเบรก เป็นต้น บางครั้งรถจักรยานอาจจะชำรุด อาจจะเกิดจากสาเหตุ โซ่มีปัญหา ทำให้ล้อไม่สามารถที่จะหมุนได้ แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบของจักรยานทำงานสัมพันธ์กัน หากขาดส่วนใดส่วนหนึ่งไปจะทำให้จักรยานไม่ทำงาน  ดังนั้นถ้าเราเข้าใจระบบเทคโนโลยี จะช่วยให้เราสามารถวิเคราะห์หาสาเหตุและนำไปสู่การแก้ไขข้อผิดพลาดหรือข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นได้

          ระบบ (System) คือ กลุ่มขององค์ประกอบต่างๆ ที่ทำงานร่วมกัน เพื่อจุดประสงค์อันเดียวกัน ซึ่งมีลักษณะซับซ้อนให้เข้าลำดับประสานเป็นอันเดียวกันตามหลักเหตุผลทางวิชาการ หรือหมายถึงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติซึ่งมีความสัมพันธ์ ประสานเข้ากัน โดยกำหนดรวมเป็นอันหนึ่งอันเดียวกัน ระบบอาจจำแนกได้เป็น  2 ประเภท ได้แก่ ระบบที่พบในธรรมชาติ และระบบที่มนุษย์สร้างขึ้น

          ระบบที่พบในธรรมชาติ คือระบบที่ธรรมชาติสร้างขึ้นตามธรรมชาติ เช่น การย่อยอาหารของมนุษย์ การหายใจของมนุษย์ การสังเคราะห์แสงของพืช การลำเลียงน้ำ และอาหารของพืช

          ระบบที่มนุษย์สร้างขึ้น ระบบที่สร้างขึ้นเพื่ออำนวยความสะดวกในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของมนุษย์ เช่น ไดร์เป่าผม นาฬิกา เครื่องซักผ้า เตาแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องปั่นน้ำ ผลไม้

          ระบบทางเทคโนโลยีที่ต้องมีการควบคุมเพื่อให้ระบบทำงานบรรลุวัตถุประสงค์ จะมีข้อมูลย้อนกลับ (feedback) เพื่อใช้ในการควบคุมการทำงานของระบบ เช่น ขณะที่เราขับรถยนต์ เราออกแรงเหยียบคันเร่ง (ตัวป้อน) ทำให้เครื่องยนต์ทำงาน (กระบวนการ) เพื่อให้รถยนต์เคลื่อนที่ (ผลผลิต) ความเร็วที่แสดงบนหน้าปัดรถยนต์คือข้อมูลย้อนกลับ ที่ช่วยทำให้เราควบคุมความเร็วของรถยนต์ได้

องค์ประกอบระบบทางเทคโนโลยี

          ประกอบด้วย ตัวป้อน (input) กระบวนการ (process) ผลผลิต (output) และบางระบบมีข้อมูลย้อนกลับ (feedback) ที่ทำงานสัมพันธ์กันเพื่อให้เทคโนโลยีนั้นทำงานสำเร็จตามวัตถุประสงค์ ถ้าส่วนใดส่วนหนึ่งขาดหายไปหรือชำรุดเสียหาย จะส่งผลให้ระบบไม่สามารถทำงานบรรลุตามวัตถุประสงค์ได้ การทำความเข้าใจในระบบเทคโนโลยีช่วยให้เราสามารถแก้ไขข้อบกพร่องรวมทั้งดูแลรักษาเทคโนโลยีให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีอายุการใช้งานยาวนาน ดังรายละเอียดดังนี้

          ตัวป้อน (input) คือ สิ่งที่ป้อนเข้าสู่ระบบ ซึ่งอาจมีมากกว่า 1 อย่าง

          กระบวนการ (process) คือ กิจกรรมหรือการดำเนินการที่เกิดขึ้นในระบบ เพื่อทำให้เกิดผลผลิตตามวัตถุประสงค์

          ผลผลิต (output) คือ ผลที่ได้จากการทำงานร่วมกันของตัวป้อน และกระบวนการของระบบ ผลผลิตยังรวมถึงสิ่งที่เป็นผลพลอยได้จากระบบ ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่เราต้องการหรือไม่ก็ได้ เช่น ของเสีย เศษวัสดุ

          ข้อมูลย้อนกลับ (feedback) คือ ข้อมูลที่ใช้ในการควบคุมหรือป้อนกลับให้ระบบทำงานได้บรรลุตามวัตถุประสงค์ ซึ่งอาจมีได้ในบางระบบ

การวิเคราะห์ระบบทางเทคโนโลยี

          เป็นการพิจารณาองค์ประกอบของระบบ ซึ่งประกอบด้วย ตัวป้อน กระบวนการ ผลผลิต และข้อมูลย้อนกลับในระบบทางเทคโนโลยี หากส่วนใดส่วนหนึ่งในระบบขาดหายไป หรือทำงานบกพร่อง ระบบจะไม่สามารถทำงานสำเร็จตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการได้ การวิเคราะห์ระบบทางเทคโนโลยีช่วยให้เข้าใจความสำคัญของการทำงานร่วมกันของแต่ละองค์ประกอบนำไปสู่ความเข้าใจในการแก้ไขข้อบกพร่อง ดังตัวอย่างระบบกังหันลม และระบบฝายชะลอน้ำ

ตัวอย่างระบบเทคโนโลยี

1. ระบบกังหันลม

          กังหันลมทำหน้าที่ในการเปลี่ยนพลังงานของลมมาเป็นพลังงานกลในการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อให้สามารถใช้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยกังหันลมประกอบด้วย ห้องเครื่องกังหันลม (Nacelle) ชุดแกนหมุนใบพัด (ROTOR BLADE) เบรกกังหันลม (WIND TURBINE BREAK) ระบบควบคุมกังหันลม (WIND TURBINE CONTROLLER) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของกังหันลม (Wind Turbine Generator) เสากังหันลม (WIND TURBINE TOWER) กลไกหมุนหาลม (YAW MECHANISM) ซึ่งระบบกังหันลมประกอบด้วย

          ตัวป้อน (input) คือ ลม

          กระบวนการ (process) คือ กังหันจะรับแรงลมและปั่นเข้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของกังหันลม ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลที่เกิดจากการหมุนของใบพัดกังหันลมเป็นพลังงานไฟฟ้า

          ผลผลิต (output) คือ ได้พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากลม

          ข้อมูลย้อนกลับ (feedback) คือ จำนวนปริมาณลม หรือ ความเร็วลม เป็นต้น

สังเกตได้ว่าในระบบกังหันลมยังมีระบบย่อย ๆ (subsystems) อยู่ภายในระบบใหญ่ เช่น ระบบห้องเครื่องพัดลม ระบบกำเนิดไฟฟ้า เป็นต้น

2. ระบบฝายชะลอน้ำ

          ฝายชะลอน้ำเป็นแนวทางหรือวิธีหนึ่งในการช่วยสร้างความชุ่มชื้นเพื่ออนุรักษ์ฟื้นฟูป่าไม้ต้นน้ำลำธาร คืนความอุดมสมบูรณ์ และทำให้เกิดความหลากหลายด้านชีวภาพแก่สังคมของพืชและสัตว์ ตลอดจนนำความชุ่มชื้นมาสู่แผ่นดิน ฝายชะลอน้ำตามแนวพระราชดำริแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ ฝายชะลอน้ำชั่วคราว  ฝายชะลอน้ำกึ่งถาวร ฝายชะลอน้ำถาวร ในที่นี้จะอธิบายระบบฝายชะลอน้ำชั่วคราว  ซึ่งเป็นฝายไม้คอกหมู เป็นฝายลักษณะการปักไม้เสาเป็นสองแนวห่างกันเท่ากับความสูงของฝายพร้อมมีการยึดแถวหน้ากับแถวหลังเข้าด้วยกัน ด้วยไม้ในแนวนอนที่ฝังปลายเข้าไปในตลิ่งทั้งสองด้าน

โดยระบบฝายชะลอน้ำ ประกอบด้วย

          ตัวป้อน (input) คือ น้ำที่ไหลลงมาจากแหล่งน้ำ

          กระบวนการ (process) คือ ฝายไม้คอกหมูจะทำการชะลอน้ำที่ไหลลงมา ลดความแรงของน้ำ ทำให้ดินบริเวณนั้นเกิดความชุ่มชื้นคืนความสมบูรณ์ให้ธรรมชาติ

          ผลผลิต (output) คือ สามารถเก็บน้ำไว้ใช้ได้ ชะลอการไหลของน้ำ ป่ามีความสมบูรณ์

          ข้อมูลย้อนกลับ (feedback) คือ ความสมบูรณ์ของพืช ความชุ่มน้ำของดิน

แหล่งที่มา

กรมชลประทาน.  (5 มีนาคม 2563).  คู่มือการกำหนดรูปแบบฝายชะลอน้ำพอเพียงตามแนวพระราชดำริ. สืบค้นเมื่อ 5 มีนาคม 2563, จาก http://www1.rid.go.th/main/_data/RID_public_docs/2016/ManualCheckDam5907.pdf,

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). พลังงานลม. กรุงเทพฯ : กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน,

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.  (2561).  เทคโนโลยี (การออกแบบและเทคโนโลยี. กรุงเทพฯ :  โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

ienergyguru.  (5 มีนาคม 2563).  WIND TURBINE.  สืบค้นเมื่อ 5 มีนาคม 2563, จาก https://ienergyguru.com/2015/07/รู้จักกังหันลม-wind-turbine/

วัสดุในชีวิตประจำวัน

           รอบตัวเรามีวัสดุอยู่มากมายหลายชนิดมีทั้งวัสดุธรรมชาติและวัสดุสังเคราะห์ อาจนำมาใช้โดยตรงหรือแปรรูปเพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ต่าง ๆ ตามความต้องการ วัสดุธรรมชาติ ซึ่งได้จากสิ่งมีชีวิต เช่น ไม้ ขนสัตว์ ใยไหม เปลือกหอย และสิ่งไม่มีชีวิต เช่น ดินเหนียว หิน ทราย เหล็ก วัสดุสังเคราะห์ เป็นวัสดุที่เกิดจากกระบวนการสารเคมี เช่น พลาสติก ใยสังเคราะห์ ยางสังเคราะห์ โฟม กระเบื้องยาง วัสดุหลายสิ่งนี้ นำมาใช้ทดแทนวัสดุธรรมชาติ ซึ่งอาจมีปริมาณไม่เพียงพอ หรือคุณภาพไม่เหมาะสมดังนั้นผู้ที่จะนำวัสดุมาใช้ผลิตเป็นสิ่งของเครื่องใช้ต่าง ๆ จึงต้องรู้จักเลือกใช้วัสดุโดยพิจารณาจากสมบัติของวัสดุ  ส่วนตัวเราในฐานะผู้ใช้สิ่งของ เครื่องใช้ก็ต้องรู้จักสมบัติของวัสดุที่นำมาใช้ทำสิ่งของเครื่องใช้เช่นกัน  เราจึงจะได้เครื่องใช้ที่มีคุณภาพตามที่เราต้องการ โดยในบทเรียนวัสดุในชีวิตประจำวัน ของกล่าวถึงรายละเอียดวัสดุ 4 ประเภท ได้แก่ ไม้ โลหะ พลาสติก ยาง ดังรายละเอียดต่อไปนี้

1. ไม้ (WOOD) ไม้ คือ วัสดุธรรมชาติทีได้มาจากลำต้นของต้นไม้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไม้ยืนต้น ไม้มีความแข็งแรง ทนทาน ต้านทาน ไฟฟ้า ไม่เป็นสนิม มีรูปร่างคงตัว ผิวเรียบ มีกลิ่น และมี ลวดลาย ถ้าได้รับความชื้นเป็นเวลานานอาจบวมผิดรูป และผุได้ ไม้แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ ไม้จริงหรือไม้ธรรมชาติ คือ ไม้ที่ได้มาจากลำต้นของต้นไม้โดยตรง แบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ ไม้เนื้อแข็ง (hardwood) และไม้เนื้ออ่อน (softwood) ไม้ประกอบ คือ ไม้ทีได้มาจากการนำชิ้นส่วนของไม้มาต่อรวมกัน ด้วยกระบวนการต่าง ๆ ไม้ประกอบมีหลายประเภท เช่น ไม้อัด ไม้ปาร์ติเคิลบอร์ด ในประเทศไทยจำแนกประเภทของไม้ตามลักษณะความแข็งแรงดังนี้

          ไม้เนื้ออ่อน เป็นไม้ที่มีวงปีกว้างมาก เนื่องจากเป็นไม้โตเร็ว ลำต้นใหญ่ เนื้อค่อนข้างเหนียว แต่ทำงานได้ง่าย เนื้อไม้มีสีจางหรือค่อนข้างซีด อาทิ ไม้กระบาก ไม้ยาง ไม้ฉำฉา ไม้เหียง ไม้โมก ไม้กระท้อน ไม้ยมหอม ไม้จำปาป่า ไม้สนต่างประเทศ เป็นต้น เหมาะกับงานในที่ร่มหรืองานชั่วคราว งานตกแต่ง และเครื่องมือเครื่องใช้

          ไม้เนื้อแข็ง เป็นไม้ที่มีวงปีมากกว่าไม้เนื้ออ่อน เพราะเจริญเติบโตช้ากว่า คือต้องมีอายุหลายสิบปีจึงจะนำมาใช้งานได้ ลักษณะทั่วไปของไม้คือ มีเนื้อมัน ลายละเอียด เนื้อแน่น สีเข็ม (แดงถึงดำ) มีน้ำหนักมาก แข็งแรงทนทาน เช่น ไม้สัก ไม้ตะแบก ไม้ประดู่ ไม้มะเกลือ เป็นต้น เหมาะสำหรับงานเฟอร์นิเจอร์ งานก่อสร้างบ้าน และเครื่องมือ

ภาพที่ 1 ไม้
ที่มา, https://pixabay.com/images/id-366735, kloxklox_com

          ไม้เนื้อแกร่ง เป็นไม้ที่เจริญเติบโตช้ามาก จึงทำให้วงปีถี่มากกว่าไม้สองชนิดแรก คือ ต้องมีอายุไม่น้อยกว่า 60-70 ปีจึงจะนำมาใช้งานได้ เนื้อไม้มีสีเข้มค่อนข้างแดง น้ำหนักมาก และแข็งกว่าไม้เนื้อแข็ง ไม้ที่จัดอยู่ในกลุ่มนี้ส่วนใหญ่เป็นไม้ที่ใช้ในการก่อสร้างหรือเป็นโครงสร้าง อาทิ คาน ตง เสา ได้แก่ ไม้แดง ไม้ชิงชัน ไม้ตะเคียน ไม้มะค่าโมง ไม้พยุง ไม้เต็ง เป็นต้น

          จากข้างต้น มีชนิดของไม้ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายอยู่ไม่กี่ชนิด เช่น ไม้สัก ไม้ยาง ไม้เต็ง ไม้แดง ไม้ตะแบก ไม้มะค่าโมง ไม้ยางพารา ไม้ประดู่ ส่วนไม้ต่างประเทศที่นิยมใช้ได้แก่ ไม้โอ๊ก ไม้ไวท์แอช ไม้บีช ไม้เชอร์รี่ ไม้วอลนัท ไม้ตระกูลสน ซึ่งจะเรียกชื่อตามแหล่งผลิต เช่น ไม้สนสวีเดน ไม้สนแคนาดา ไม้สนลาวหรือไม้สนขาว เป็นต้น

2. โลหะ คือ วัสดุที่ได้จากการถลุงสินแร่ต่าง ๆ โลหะที่นำมาใช้งานส่วนใหญ่จะผ่านการปรับปรุงสมบัติให้ดีขึ้นก่อนนำมาใช้งาน โลหะเป็นตัวนำ ความร้อนและไฟฟา มีความแข็ง แรงสูง มีความคงทนถาวร ไม่เสื่อมสลาย เป็นวัตถุทึบแสง ทนทานต่อการกัดกร่อน โลหะแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ โลหะกลุ่มเหล็ก คือ โลหะทีมีเหล็กเป็นส่วนประกอบหลัก แบ่งออกเป็นเหล็กกล้า (steel) และเหล็กหล่อ (cast Iron) ซึ่งมีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ในปริมาณทีต่างกันตังแต่ 0.1% ไปจนถึง 4.0% คาร์บอนที่ผสมลงในเหล็กมีผลต่อความแข็งและเปราะของเหล็ก โดยทั่วไปโลหะกลุ่ม เหล็กจะเกิดสนิมและมีสมบัติดูดติดกับแม่เหล็กได้ โลหะนอกกลุ่มเหล็ก คือ โลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบ ดังนั้นโลหะประเภทนี้จะไม่เกิดสนิม และ ไม่ดูดติดกับแม่เหล็ก เช่น อะลูมิเนียม ทองแดง สังกะสี ทองเหลืองประเภทวัสดุโลหะ วัสดุโลหะแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ

          วัสดุโลหะประเภทเหล็ก (Ferous Metals) หมายถึง โลหะที่มีพื้นฐานเป็นเหล็กประกอบอยู่ ได้แก่ เหล็กเหนียว เหล็กหล่อ เหล็กกล้า ฯลฯ เป็นวัสดุโลหะที่ใช้กันมากที่สุดในวงการอุตสาหกรรม เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง สามารถปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนแปลงรูปทรงได้หลายวิธี เช่น การหล่อ การกลึง การอัดรีดขึ้นรูป เป็นต้น

ภาพที่ 2 โลหะ
จาก,https://pixabay.com/images/id-1452987, Pavlofox

          วัสดุโลหะประเภทไม่ใช่เหล็ก (Non-Ferous Metals) หมายถึง โลหะที่ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับเหล็กเลยในขณะที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ ได้แก่ ดีบุก อะลูมิเนียม สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง ทองคำ เงิน ทองคำขาว แมกนีเซียม พลวง เป็นต้น วัสดุโลหะประเภทที่ไม่ใช่เหล็กนี้ บางชนิดราคาสูงกว่าเหล็กมาก จึงต้องกำหนดใช้กับงานทางอุตสาหกรรมบางประเภทที่เหมาะสมเท่านั้น เช่น ทองแดงใช้กับงานไฟฟ้า ดีบุกใช้กับงานที่ต้องการทนต่อการกัดกร่อนเป็นสนิม อะลูมิเนียมใช้กับงานที่ต้องการน้ำหนักเบา เป็นต้น

3. พลาสติก คือ วัสดุสังเคราะห์ที่มนุษย์สร้างขึ้น ส่วนใหญ่เป็นผลผลิตที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ ปัจจุบันพลาสติกนำ มาใช้สร้างสิ่งของเครื่องใช้มากมายและมีบทบาทอย่างยิ่งต่อการดำเนินชีวิตประจำวัน พลาสติกแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ เทอร์โมพลาสติก และ เทอร์โมเซตติงพลาสติก

ภาพที่ 3 พลาสติก
จาก,https://pixabay.com/images/id-674828,stevepb

เทอร์โมเซตติงพลาสติก (Thermosetting plastic)

          เป็นพลาสติกที่มีสมบัติพิเศษ คือทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและทนปฏิกิริยาเคมีได้ดี เกิดคราบและรอยเปื้อนได้ยาก คงรูปหลังการผ่านความร้อนหรือแรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นลงจะแข็งมาก ทนความร้อนและความดัน ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างไม่ได้ แต่ถ้าอุณหภูมิสูงก็จะแตกและไหม้เป็นขี้เถ้าสีดำ พลาสติกประเภทนี้โมเลกุลจะเชื่อมโยงกันเป็นร่างแหจับกันแน่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแข็งแรงมาก จึงไม่สามารถนำมาหลอมเหลวได้ ตัวอย่างพลาสติกในกลุ่มนี้ได้แก่ เมลามีน ฟอร์มาลดีไฮด์ (melamine formaldehyde) อีพ็อกซี (epoxy) โพลิเอสเตอร์ (polyester) เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic) หรือเรซิน เป็นพลาสติกที่ใช้กันแพร่หลายที่สุด ได้รับความร้อนจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นลงจะแข็งตัว สามารถเปลี่ยนรูปได้ พลาสติกประเภทนี้โครงสร้างโมเลกุลเป็นโซ่ตรงยาว มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่โพลิเมอร์น้อยมาก จึงสามารถหลอมเหลว หรือเมื่อผ่านการอัดแรงมากจะไม่ทำลายโครงสร้างเดิม มีสมบัติพิเศษคือ เมื่อหลอมแล้วสามารถนำมาขึ้นรูปกลับมาใช้ใหม่ได้ ตัวอย่างชนิดของพลาสติกในกลุ่มนี้คือ พอลิเอทิลีน (PE) พอลิโพรพิลีน(PP) พอลิสไตรีน (PS) เป็นต้น ซึ่งแต่ละชนิดก็มีคุณสมบัติแตกต่างกันไป

4. ยาง (Rubber) คือ วัสดุทีมีความยืดหยุ่น ถูกนำไปแปรรูปเพื่อใช้ประโยชน์ในนการสร้างสิ่งของ เครื่องใช้หลายชนิด สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ยางธรรมชาติ ยางสังเคราะห์

          ยางธรรมชาติ คือ ยางที่มาจากต้นยางพาราโดยตรง ไม่ผ่านกรรมวิธีการใด ๆการนำยางธรรมชาติไปใช้งานมีอยู่ 2 รูปแบบคือ รูปแบบน้ำยาง และรูปแบบยางแห้ง ในรูปแบบน้ำยางนั้นน้ำยางสดจะถูกนำมาแยกน้ำออกเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของเนื้อยางขั้นตอนหนึ่งก่อนด้วยวิธีการต่าง ๆ แต่ที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมคือการใช้เครื่องเซนตริฟิวส์ ในขณะที่การเตรียมยางแห้งนั้นมักจะใช้วิธีการใส่กรดอะซิติกลงในน้ำยางสด การใส่กรดอะซิติกเจือจางลงในน้ำยาง ทำให้น้ำยางจับตัวเป็นก้อน เกิดการแยกชั้นระหว่างเนื้อยางและน้ำ ส่วนน้ำที่ปนอยู่ในยางจะถูกกำจัดออกไปโดยการรีดด้วยลูกกลิ้ง 2 ลูกกลิ้ง วิธีการหลัก ๆ ที่จะทำให้ยางแห้งสนิทมี 2 วิธีคือ การรมควันยาง และการทำยางเครพ แต่เนื่องจากยางผลิตได้มาจากเกษตรกรจากแหล่งที่แตกต่างกัน ทำให้ต้องมีการแบ่งชั้นของยางตามความบริสุทธิ์ของยางนั้น ๆ ผลิตภัณฑ์จากยางธรรมชาติ ได้แก่ ยางรถยนต์, รองเท้า, ท่อยาง, ปูพื้น, ลูกล้อ, ยางแท่นเครื่อง

ภาพที่ 4 ยาง
จาก,https://pixabay.com/images/id-1868894/,Pexels

          ยางสังเคราะห์ คือ ยางวิทยาศาสตร์เป็นยางที่มนุษย์ผสมขึ้นมาเอง ยางเทียมสังเคราะห์ (Synthesis Rubber SR) เป็นยางสังเคราะห์ที่ใช้งานกันมากในสหรัฐอเมริกา ยางมีส่วนผสมของบิวทาไดน์ 78% กับสไตรีน 22% มันอาจจะถูกผสมกันที่อุณหภูมิ 40 องศาฟาเรนไฮต์ เมื่อนำมาผสมกันที่ 40 องศาฟาเรนไฮต์ยางจะมีคุณสมบัติพิเศษกว่า ยางธรรมชาติจึงนำไป ใช้ทำยางรถยนต์ ยางสังเคราะห์มีความต้านทานต่อการขูดถลอก สภาวะของลมฟ้าอากาศที่แปรเปลี่ยนไป ต้านทานไฟฟ้าได้ดี เมื่อทิ้งไว้ให้ตากแดด ตากลม โอโซน แก๊สโซลีน และน้ำมัน ยางจะชำรุดเสียหายได้ ยางนี้ยังใช้ทำท่อยาง พื้นฉนวน สายพานลำเลียง วัสดุหีบห่อ พื้นรองเท้า

แหล่งที่มา

ณปภัช พิมพ์ดี. (3 มีนาคม 2563).  โลหะ สืบค้นเมื่อ 3 มีนาคม 2563 จาก,https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7198-2017-06-09-12-48-14

บริษัท glaselgrand (3 มีนาคม 2563).  พลาสติก.  สืบค้นเมื่อ 3 มีนาคม 2563 จาก,http://www.glaselgrand.com/blog-post/plastic-recycling/

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.  (2561).  เทคโนโลยี (การออกแบบและเทคโนโลยี. กรุงเทพฯ :  โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

กลไก ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

         ในชีวิตประจำวันเราสามารถสังเกตเทคโนโลยีพบว่าบางอย่างมีการใช้กลไกในการทำงาน เช่น ลูกบิดประตู ที่เปิดกระป๋อง จักรยาน ล้อรถ บางอย่างใช้ไฟฟ้าและ อิเล็กทรอนิกส์ เช่น หลอดไฟ พัดลม ป้ายโฆษณา สัญญาณไฟ จราจร ออดไฟฟ้า และบางอย่างใช้ทั้งกลไก ไฟฟ้าและ อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ประตูเปิดปิดอัตโนมัติ รถยนต์ไฟฟ้า หากเรา มีความเข้าใจการทำงานของกลไก ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ จะช่วยให้เราสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบสิ่งของ เครื่องใช้ต่าง ๆ ได้ ในบทความกลไก ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ จะประกอบด้วย 2 ส่วน ดังนี้

กลไก

          กลไก หมายถึง ส่วนของอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ส่งผ่านการเคลื่อนที่ ทำให้มี การเปลี่ยนตำแหน่งจากต้นทางไปยังปลายทางของการเคลื่อนที่ หรือทำหน้าที่ เปลี่ยนทิศทาง ความเร็ว ลักษณะการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังช่วยผ่อนแรง ให้ทำงานได้ง่ายขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น หรือทำงานได้ตามที่เราต้องการกลไกในสิ่งของเครื่องใช้จะต้องมีการควบคุมการทำงานเสมอ เราจึงมัก ได้ยินคำว่า กลไกและการควบคุม เช่น รถยนต์ รถจักรยาน ต้องใช้กลไกในการทำให้รถเคลื่อนที่ จะมีระบบควบคุมความเร็วหรือการเคลื่อนที่เพื่อให้เป็นไปตาม ความต้องการของผู้ใช้งาน

          การทำงานของกลไกนั้นต้องอาศัยอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนเป็นตัวทำให้เกิด การทำงานในลักษณะต่าง ๆ ซึ่งอุปกรณ์แต่ละประเภทจะมีหน้าที่แตกต่างกันไป และจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องควบคุมการทำงานของกลไกให้เป็นไปตามความ ต้องการและวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ในที่นี้จะยกตัวอย่างล้อและเพลา ซึ่งเป็นกลไกอย่างง่ายที่พบเห็นได้โดยทั่วไปในชีวิตประจำวัน

          ล้อและเพลาเป็นเครื่องกลที่ช่วยผ่อนแรงประกอบด้วยวัตถุทรงกระบอก 2 อันติดกัน อันใหญ่เรียกว่าล้อ อันเล็กเรียกว่าเพลา ใช่เชือก 2 เส้น พันรอบล้อเส้นหนึ่ง อีกเส้นหนึ่งพันรอบเพลาโดยพันไปคนละทาง ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบเพลาผูกติดกับวัตถุ ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบล้อใช้สำหรับออกแรงดึง

ภาพที่   1 ล้อและเพลา
ที่มา, https://sites.google.com/site/tumechanics2557/1/4, ฉัตรพงศ์ ชูแสงนิล

          เฟือง (Gear) เป็นเครื่องกลที่ทำงานโดยการหมุน ใช้ในการส่งกำลังในระยะสั้น ใช้สำหรับการส่งกำลังในลักษณะของแรงบิด (Torque) โดยการหมุนของตัวเฟืองที่มีฟันอยู่ในแนวรัศมี โดยการส่งกำลังจะสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีฟันเฟืองตั้งแต่สองตัวขึ้นไป เป็นอุปกรณ์ที่มีความแข็งแรงสูงและมีความปลอดภัยเฟือง แบ่งได้ 8 ประเภทได้แก่ เฟืองตรง เฟืองสะพาน เฟืองวงแหวน เฟืองเฉียง เฟืองเฉียงก้างปลา เฟืองดอกจอก เฟืองตัวหนอน เฟืองเกลียวสกรู เป็นต้น

ภาพที่ 2 เฟือง
ที่มา, http://www.thailandindustry.com/indust_newweb/articles_preview.php?cid=13479, อาจหาญ ณ นรงค์

          รอก  เป็นวิวัฒนาการมาจากลูกล้อ และมีความมุ่งหมายที่จะลดความฝืดในการเปลี่ยนทิศทางของแรง เช่น ลูกรอกบนยอดเสาธง  ช่วยเปลี่ยนทิศทางของแรงที่คนชักเชือกลงให้เป็นแรงฉุดธงขึ้น และลดแรงเสียดทาน ระหว่างเชือกกับเสาธง  การใช้ลูกรอกเพียงลูกเดียว  ไม่อาจจะช่วยผ่อนแรงได้ แต่ถ้าใช้ลูกรอกสองลูก โดยให้ลูกบนเป็นลูกที่ตรึงติด  ลูกล่างเคลื่อนที่ได้  ผูกเชือกกับรอกลูกบนแล้วคล้องกับรอกลูกล่าง  เอาเชือกกลับขึ้นไปพาดกับรอกลูกบนอีกในลักษณะนี้  น้ำหนักถูกแขวนไว้ด้วยเชือกสองเส้น  แรงดึงในเชือกแต่ละเส้นจึงเท่ากับครึ่งเดียวของน้ำหนักที่ยกและเท่ากับแรงที่ใช้ฉุดยก  ดังนั้นถ้าเพิ่มจำนวนลูกรอกที่ติดตึงและมีการเคลื่อนที่ได้ให้เป็นรอกตับสองตับ  คือ  ตับบนและตับล่าง รอกตับชุดนั้นก็จะสามารถผ่อนแรงได้มากยิ่งขึ้น  อัตราในการผ่อนแรงของรอกตับนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนเส้นเชือกที่พันไป – มา  ระหว่างลูกรอกทั้งสองตับนั้น เช่น มีเชือกสี่เส้นก็จะผ่อนแรงได้สี่เท่า แต่แรงพยายามจะต้องฉุดเชือกเป็นความยาวถึงสี่เท่าของระยะที่น้ำหนักนั้นถูกยกขึ้นไป ปั้นจั่นที่ใช้ตามท่าเรือ หรือสถานที่ก่อสร้าง ก็คือ เครื่องจักรกลแบบง่ายๆ  ซึ่งใช้เครื่องผ่อนแรงแบบลูกรอก   รวมกับระบบผ่อนแรงแบบอื่นๆ  เข้าไว้ในเครื่องเดียวกันแบ่งออกได้เป็น  3  ประเภท  คือ

1. รอกเดี่ยวตายตัว ไม่ผ่อนแรงแต่ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงาน

2. รอกเดี่ยวเคลื่อนที่ เป็นรอกที่อำนวยความสะดวกและช่วยผ่อนแรงได้ 2 เท่า

       3. รอกพวง ผ่อนแรงได้มากหรือน้อย  ขึ้นอยู่กับจำนวนเส้นเชือกที่คล้องผ่านรอกไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

          ในบทเรียนนี้จะกล่าวถึงไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่ มอเตอร์ไฟฟ้า ตัวต้านทานไฟฟ้า เซนเซอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ ดังรายละเอียดดังนี้

          มอเตอร์ไฟฟ้า (electric motor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลการทำงานปกติของมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กในตัวมอเตอร์ และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดทำให้เกิดแรงดูดและแรงผลักของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ในการใช้งานตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมการขนส่งใช้มอเตอร์ฉุดลากเป็นต้น

          มอเตอร์ไฟฟ้าถูกนำไปใช้งานที่หลากหลายเช่น พัดลม เครื่องเป่า ปั๊ม เครื่องมือเครื่องใช้ในครัวเรือน และดิสก์ไดรฟ์ มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟกระแสตรง (DC) เช่น จากแบตเตอรี่, ยานยนต์หรือวงจรเรียงกระแส หรือจากแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ (AC) เช่น จากไฟบ้าน อินเวอร์เตอร์ หรือ เครื่องปั่นไฟ มอเตอร์ขนาดเล็กอาจจะพบในนาฬิกาไฟฟ้า มอเตอร์ทั่วไปที่มีขนาดและคุณลักษณะมาตรฐานสูงจะให้พลังงานกลที่สะดวกสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม มอเตอร์ไฟฟ้าอาจจำแนกตามประเภทของแหล่งที่มาของพลังงานไฟฟ้าหรือตามโครงสร้างภายในหรือตามการใช้งานหรือตามการเคลื่อนไหวของเอาต์พุต และอื่น ๆ

ภาพที่ 3 มอเตอร์ 
ที่มา, https://inex.co.th/shop/ipst-se.html, inex

ตัวต้านทานไฟฟ้า (Resistor)

          เป็นอุปกรณ์ที่ผลิตขึ้นมามีค่าเฉพาะค่าค่าหนึ่งที่ใช้ในการต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีใช้มากที่สุดใน วงจรอิเล็กทรอนิกส์มักเรียกสั้น ๆ ว่า อาร์ “R” มีคุณสมบัติในการลดกระแสและแรงดันไฟฟ้าโดยสามารถนำไปใช้ได้ทั้ง แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง และแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสัญลักษณ์ของความต้านทาน

ภาพที่ 4 ตัวต้านทานไฟฟ้า
ที่มา, https://www.numsai.com/technology-article/electronic/6212-ตัวต้านทานไฟฟ้า-resistor-ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์.html, น้ำใสดอทคอม

          เซนเซอร์ (Sensor) คือ ชุดอุปกรณ์ วงจร หรือ ระบบ ที่ทําหน้าที่ตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ หรือลักษณะของสิ่งต่างๆ โดยรอบวัตถุเป้าหมาย และนำข้อมูลจำนวนมหาศาลที่ได้จากการตรวจวัด เข้าสู่กระบวนการแจกแจง และวิเคราะห์พฤติกรรมของการเปลี่ยนแปลง ประมวลผลเป็นองค์ความรู้และปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) ให้มนุษย์สามารถนำองค์ความรู้มาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพลดขั้นตอนของกระบวนการทำงานปัจจุบันมีการนำระบบ sensor มาใช้บนโทรศัพท์มือถือ ในหลายรูปแบบ เช่น G-sensor ระบบตรวจจับความเคลื่อนไหว, Accelerometer Sensor ระบบหมุนภาพ อัตโนมัติ, Orientation Sensor เซนเซอร์ปรับมุมมองหน้าจอ, Sound Sensor เซนเซอร์ตรวจวัดระดับเสียง, Magnetic Sensor ตรวจวัดความเข้มสนามแม่เหล็ก, Light Sensor ตรวจจับแสงสว่างสำหรับการปรับแสงบนหน้าจออัตโนมัติ และ Proximity Sensor ระบบเปิด/ปิดหน้าจออัตโนมัติขณะสนทนาแนบหู เป็นต้น ซึ่งเรามักพบคุณสมบัติเหล่านี้ได้กับโทรศัพท์มือถือ แบบ Smartphone ทั้งในระบบ iOs และ Android OS อุปกรณ์เซนเซอร์สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ตามคุณสมบัติในการตรวจวัด ได้แก่ เซนเซอร์ด้านกายภาพ (Physical Sensor) คือ เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดคุณสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ เช่น แสง, การเคลื่อนไหว, อุณหภูมิ, สนามแม่เหล็ก, แรงโน้มถ่วง, ความชื้น, การสั่นสะเทือน, แรงดัน เป็นต้น เซนเซอร์ด้านเคมี (Chemical Sensor) คือ เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดสารเคมีต่างๆ โดยอาศัยปฏิกิริยาจำเพาะทางเคมี และมีการแปลงเป็นข้อมูลหรือสัญญาณที่สามารถอ่านวิเคราะห์ได้ เช่น เซนเซอร์ตรวจวัดสารเคมีปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม หรือดินและน้ำเซนเซอร์ และ อุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ เซนเซอร์ทางชีวภาพ (Biosensor) คือ เซนเซอร์ที่อาศัยเทคนิคการนำ สารชีวภาพ (Biological Recognition Material) มาเป็นตัวทำปฏิกิริยาจำเพาะกับสารเป้าหมาย เช่น เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดระดับน้ำตาลในเลือดเป็นต้น

ภาพที่ 5 เซนเซอร์ 
ที่มา, https://inex.co.th/shop/ipst-se.html, inex

          ไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่ถูกรวมไว้ในชิปเดียวประกอบด้วย หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นเปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กอยากให้มันทำอะไรเราก็เขียนโปรแกรมที่เราต้องการยัดใส่ลงไป ไมโครคอนโทรลเลอร์ก็เลยเข้ามาเกี่ยวข้องเพื่อรองรับกับความอยากนำไปควบคุมระบบที่ความรู้ความเข้าใจที่พวกเราอยากได้โดยให้มีขนาดเล็กที่สุด แต่ว่าไม่ใช่เพียงขนาดเล็กแค่นั้น มันยังสามารถป้อนชุดคำสั่งให้สามารถปฏิบัติงานได้อย่างอัตโนมัติ ด้วยแบบการเขียนโปรแกรมภาษาต่างๆตามความชำนาญ นัก ออกแบบ พัฒนาผลิตภัณฑ์ ตลอดจนนักประดิษฐ์ทั้งหลาย ต่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เลยที่จะต้องอาศัยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เข้าไปมีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุม แต่ครั้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่นำมาต่ออนุกรมเพื่อความสามารถที่เราต้องการ นั้นก็ใหญ่โตเสียเหลือเกิน ดูเหมือนจะขัดแย้งกับความต้องการของผู้บริโภค และหลักการออกแบบผลิตภัณฑ์ เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ arduino

ภาพที่ 6 บอร์ด IPST 
ที่มา, https://inex.co.th/shop/ipst-se.html, inex

แหล่งที่มา

ศูนย์เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร.  (5 มีนาคม 2563). เทคโนโลยีเซนเซอร์ (Sensor Technology).สืบค้นเมื่อ  5 มีนาคม 2563, จาก  https://www.ops.go.th/main/index.php/knowledge-base/article-pr/1520-sensor.html

ศูนย์วิทยาศาสตร์เพื่อการศึกษาของแก่น.  (5 มีนาคม 2563).  รอก. สืบค้นเมื่อ  5 มีนาคม 2563, จาก http://www.kksci.com/elreaning/park/page/park_1.htm.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.  (2561).  เทคโนโลยี (การออกแบบและเทคโนโลยี. กรุงเทพฯ :  โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

 กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

          กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมเป็นขั้นตอนที่นำมาใช้ในดำเนินการเพื่อแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการซึ่งกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมนี้จะเริ่มจากการระบุปัญหา การรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา การวางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา การทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงานและ การนำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงานเราอาจประสบกับปัญหาต่าง ๆ โดยบางปัญหามีความซับซ้อน การแก้ปัญหาจึงจำเป็นต้องอาศัยความรู้ ทักษะ ทรัพยากร และการวางแผนการทำงานอย่างเป็นขั้นตอน เป็นระบบเพื่อให้ได้วิธีการแก้ปัญหาที่ดีที่สุด โดยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมซึ่งประกอบด้วย 6 ขั้นตอน ดังนี้

ภาพที่ 1 องค์ประกอบกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม
ที่มา หนังสือเรียน สสวท.

1. ระบุปัญหา

          เป็นการทำความเข้าใจสถานการณ์ของปัญหา โดยวิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ เพื่อตัดสินใจเลือกปัญหาหรือความต้องการที่จะดำเนินการแก้ไข และกำหนดขอบเขตของปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่การหา แนวทางในการแก้ปัญหาต่อไป โดยการนำเทคนิคหรือวิธีการต่าง ๆ มาช่วยในการวิเคราะห์ปัญหา เช่น การ วิเคราะห์ด้วย 5W1H หรือ ผังก้างปลา (Fishbone Diagram) ซึ่งสามารถใช้ทักษะการตั้งคำถามด้วยหลัก 5W 1H เมื่อเกิดสถานการณ์ปัญหาหรือความต้องการ ซึ่งคำถามจากหลัก 5W1H เช่น ต้องการแก้ปัญหาอะไร ปัญหานี้เกิดขึ้นที่ไหน ผู้ใช้เป็นใคร มีงบประมาณในการแก้ปัญหาเท่าไร ใครเป็นผู้แก้ปัญหานี้ เป็นต้น

2. รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา

          เมื่อระบุและกำหนดขอบเขตของปัญหาที่ต้องการแก้ไขได้แล้ว จะต้องทำการการรวบรวม ข้อมูลและความรู้ทุกด้านที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ เช่น ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยี เพื่อพัฒนาแนวทางในการแก้ปัญหา ซึ่งก่อนการรวบรวมข้อมูลควรมีการกำหนดประเด็นในการสืบค้น ซึ่งอาจเริ่มจากการตั้งคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่จำเป็น ต่อการแก้ปัญหาภายใต้ขอบเขตของปัญหาที่ระบุไว้ โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า การระดมสมอง ในการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาอาจทำได้หลายวิธี เช่น การสืบค้นข้อมูลจากอินเทอร์เน็ตที่น่าเชื่อถือ การสอบถามจากผู้เชี่ยวชาญ การสืบค้นจากเอกสาร บทความ งานวิจัย การศึกษาดูงานจากสถานที่จริง การทดลองทางวิทยาศาสตร์

3. ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา

          เมื่อรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา จึงดำเนินการการออกแบบแนวทางแก้ปัญหาให้มีรายละเอียดที่ชัดเจนขึ้นและอาจออกแบบไว้หลายแนวทาง จากนั้นจึงตัดสินใจเลือกแนวทางแก้ปัญหาที่เหมาะสมกับเงื่อนไขและขอบเขตของปัญหามากที่สุด โดยพิจารณาจากปัจจัย ด้านต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น ความสอดคล้องกับทรัพยากรทางเทคโนโลยีที่มีอยู่ ปัจจัยที่ขัดขวางหรือ ข้อจำกัด ผลกระทบต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม การนำไปใช้งานเพื่อแก้ปัญหา ความประหยัด ความปลอดภัย การบำรุงรักษา ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของวิธีการหรือแนวทางการแก้ปัญหา ในการตัดสินใจเลือกแนวทางในการ แก้ปัญหาเราสามารถใช้ตารางช่วยประเมินเพื่อตัดสินใจเลือก สำหรับประเด็นในการตัดสินใจสามารถปรับเปลี่ยน ได้ตามความเหมาะสม ในการออกแบบวิธีการแก้ปัญหาอาจจะทำได้หลายรูปแบบ เช่น การร่างภาพ การเขียนแผนภาพ การเขียนอธิบายเป็นขั้นตอน เป็นต้น

4. วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา

          ก่อนการลงมือสร้างชิ้นงานควรมีการวางแผนโดยกำหนดลำดับขั้นตอนของการสร้างชิ้นงานหรือพัฒนา วิธีการตามที่ได้ออกแบบไว้ มีการกำหนดเป้าหมายและเวลาในการดำเนินงาน รวมทั้งผู้รับผิดชอบงานในแต่ละ ขั้นตอนอย่างชัดเจน จากนั้นจึงลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการตามที่ได้ออกแบบไว้ หลังจากวางแผนการทำงานเรียบร้อยแล้ว ขั้นต่อไปเป็นการลงมือสร้างชิ้นงานตามแผนงานที่ได้กำหนดไว้ ในการสร้างชิ้นงานควรเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับประเภทของงาน และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำงานก็ต้องใช้ให้ ถูกต้องและคำนึงถึงความปลอดภัยในการใช้งาน

      5.ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

          ในการทดสอบการทำงานของชิ้นงานหรือวิธีการควรมีการกำหนดประเด็นในการทดสอบ ให้สอดคล้อง กับจุดประสงค์ของชิ้นงานหรือวิธีการที่สร้างขึ้น ซึ่งจะช่วยลดเวลาและทำให้การปฏิบัติงานง่ายยิ่งขึ้น โดยอาจทำ ได้ในรูปแบบของแบบประเมินรายการ หรือ การเขียนบันทึกผลการทดสอบในแต่ละประเด็นในการทดสอบ ให้มีความสอดคล้องกับจุดประสงค์ของการแก้ปัญหา ซึ่งช่วยลดเวลาและทำให้การปฏิบัติงานง่ายยิ่งขึ้น จากนั้นวิเคราะห์ผล การทดสอบเพื่อหาแนวทางปรับปรุงแก้ไขชิ้นงานหรือวิธีการ ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

     6.นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

          การนำเสนอข้อมูลให้ผู้อื่นเข้าใจเกี่ยวกับภาพรวมของกระบวนการทำงาน ตั้งแต่แนวคิดในแก้ปัญหา ขั้นตอนการแก้ปัญหา รวมทั้งผลของการแก้ปัญหาและแนวทางการปรับปรุงแก้ไขให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่ง สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การเขียนรายงาน การทำแผ่นนำเสนอผลงาน การอธิบายประกอบสื่อต่าง ๆ การแก้ปัญหาตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม จะช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานทำงานอย่างเป็นขั้นตอน ทำให้การกำหนดปัญหาซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการทำงานมีความชัดเจน รวบรวมข้อมูลได้ครอบคลุมและตรงประเด็น มีการวิเคราะห์และเปรียบเทียบทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดในการแก้ปัญหา มีการออกแบบเพื่อช่วยสื่อสารให้ผู้ปฏิบัติงานด้วยความเข้าใจตรงกัน ละยังมีการทดสอบการทำงานเพื่อให้สามารถปรับปรุงแก้ไขให้ได้ดีขึ้น ซึ่งการทำงานอย่างเป็นขั้นตอนนี้นอกจากจะช่วยลดข้อผิดพลาด ลดทรัพยากร ที่ใช้ในการทำงาน เช่น เวลา คน วัสดุ อุปกรณ์ เพราะมีการวางแผนก่อนลงมือปฏิบัติงานแล้ว ยังสามารถนำกระบวนการนี้ไปใช้ในการแก้ปัญหาในสถานการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานได้อีกด้วย

ตัวอย่างการใช้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

แหล่งที่มา

มูลนิธิการศึกษาทางไกลผ่านดาวเทียม.  (5 มีนาคม 2563).  กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม.  สืบค้นเมื่อ 5 มีนาคม 2563, จาก https://dltv.ac.th/teachplan/episode/15213.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.  (2561).  เทคโนโลยี (การออกแบบและเทคโนโลยี.  กรุงเทพฯ :  โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

 เครื่องมือสำหรับการออกแบบ

          กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมขั้นตอนการ การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา เป็นขั้นตอนหนึ่งที่จะสามารถทำให้กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมสำเร็จได้ โดยเมื่อรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา จึงดำเนินการการออกแบบแนวทางแก้ปัญหาให้มีรายละเอียดที่ชัดเจนขึ้นและอาจออกแบบไว้หลายแนวทาง จากนั้นจึง ตัดสินใจเลือกแนวทางแก้ปัญหาที่เหมาะสมกับเงื่อนไขและขอบเขตของปัญหามากที่สุด โดยพิจารณาจากปัจจัย ด้านต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น ความสอดคล้องกับทรัพยากรทางเทคโนโลยีที่มีอยู่ ปัจจัยที่ขัดขวางหรือ ข้อจำกัด ผลกระทบต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม การนำไปใช้งานเพื่อแก้ปัญหา ความประหยัด ความปลอดภัย การบำรุงรักษา ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของวิธีการหรือแนวทางการแก้ปัญหา ในการตัดสินใจเลือกแนวทางในการ แก้ปัญหาเราสามารถใช้ตารางช่วยประเมินเพื่อตัดสินใจเลือก สำหรับประเด็นในการตัดสินใจสามารถปรับเปลี่ยน ได้ตามความเหมาะสม ในการออกแบบวิธีการแก้ปัญหาอาจจะทำได้หลายรูปแบบ เช่น การร่างภาพ การเขียนแผนภาพ การเขียนอธิบายเป็นขั้นตอน ออกแบบสามมิติ เป็นต้น

          โดยเครื่องมือสำหรับการออกแบบในบทเรียนนี้จะกล่าวถึงสองส่วนคือ เครื่องมือสำหรับการออกแบบโปรแกรม และเครื่องมือสำหรับออกแบบงานกราฟิกและสามมิติ

เครื่องมือสำหรับการออกแบบโปรแกรม

          อัลกอริทึม

          การออกแบบอัลกอริทึม เป็นแนวทางในการเขียนโปรแกรม ช่วยให้การเขียนโปรแกรมทำได้ง่ายขึ้น ช่วยให้โปรแกรมมีข้อผิดพลาดน้อยลง นอกจากนี้ยังช่วยตรวจสอบการทำงานของโปรแกรม ทำให้ทราบขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องดูจากโปรแกรมจริง

           รหัสลำลอง

          รหัสลำลอง (Pseudo code) เป็นคำบรรยายที่เขียนแสดงขั้นตอนวิธี (algorithm) ของการเขียนโปรแกรม โดยใช้ภาษาที่กะทัดรัด สื่อสารกับโปรแกรมเมอร์ผู้เขียนโปรแกรม โดยอาจใช้ภาษาที่ใช้ทั่วไปและอาจมีภาษาที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมประกอบ แต่ไม่มีมาตรฐานแน่นอนในการเขียนรหัสลำลอง และไม่สามารถนำไปทำงานบนคอมพิวเตอร์โดยตรงเพราะไม่ใช่คำสั่งในภาษาคอมพิวเตอร์ และไม่ขึ้นกับภาษาคอมพิวเตอร์ภาษาใดภาษาหนึ่ง

          การเขียนผังงาน

          ผังงาน (Flowchart) คือ รูปภาพ (Image) หรือสัญลักษณ์(Symbol) ที่ใช้เขียนแทนขั้นตอน คำอธิบาย ข้อความหรือคำพูด ที่ใช้ในอัลกอริทึม (Algorithm) เพราะการนำเสนอขั้นตอนของงานให้เข้าใจตรงกัน ระหว่างผู้เกี่ยวข้อง ด้วยคำพูด หรือ ข้อความ ทำได้ยากกว่าเมื่อใช้รูปภาพ หรือสัญลักษณ์ในการเขียนผังงานนั้นสามารถจำแนกแบบของผังงานออกเป็น 2 แบบใหญ่ ๆ คือ

1. ผังงานระบบ (System Flowchart) หรือผังงานในระดับกว้าง ซึ่งจะเป็นการแสดงขั้นตอนการทำงานของระบบทั้งหมด ผังงานระบบมักจะมีลักษณะย่นย่อ รวบรัด และแสดงเฉพาะตัวงานที่จะต้องทำในระบบเท่านั้น ไม่มุ่งเน้นรายละเอียดในการปฏิบัติ ไม่ได้แสดงว่างานนั้นจะทำอย่างไร ความสำคัญของผังงานระบบอยู่ที่การแสดงความสัมพันธ์ระหว่างงานต่าง ๆ ในระบบว่ามีความสัมพันธ์กันอย่างไร ตั้งแต่เรื่องของวัสดุอุปกรณ์ บุคลากร และหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง

2. ผังงานโปรแกรม (Program Flowchart) หรือผังงานระดับละเอียด เป็นภาพแผนผังที่แสดงลำดับขั้นตอนในการทำงานของโปรแกรม ซึ่งจะแยกย่อยมาจากผังงานระบบ คือในแต่ละขั้นตอนจะแสดงการทำงานแต่ละคำสั่งโดยละเอียด ใส่วิธีการ และจัดลำดับขั้นตอนของโปรแกรม สำหรับโปรแกรมนั้น ๆ ตั้งแต่เริ่มต้นจากการรับข้อมูล การประมวลผล และไปจนถึงการแสดงผลลัพธ์ที่ได้จากการประมวลผลที่ผู้เขียนโปรแกรมกำลังทำงานอยู่ ไม่ได้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างโปรแกรมนั้นกับโปรแกรมอื่น ๆ

แผนภูมิโครงสร้าง (Structure Chart)

          ก่อนการเขียนโปรแกรม ผู้พัฒนาโปรแกรมจะต้องเลือกภาษาคอมพิวเตอร์ที่จะนำมาใช้ช่วยงานโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ ในการทำงาน เช่น ลักษณะของปัญหา ความถนัดของผู้เขียนโปรแกรม สภาพแวดล้อมในการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ เป็นต้น เนื่องจากในปัจจุบันมีภาษาคอมพิวเตอร์ให้เลือกใช้ได้หลายภาษา เช่น ภาษาปาสคาล ภาษาซี ภาษาจาวา ภาษาเดลฟาย เป็นต้น ถึงแม้แต่ละภาษาจะมีรูปแบบและหลักการในการสร้างงานที่แตกต่างกัน แต่ทุกภาษาจะต้องมีโครงสร้างควบคุมหลักทั้ง 3 แบบ ได้แก่ โครงสร้างแบบลำดับ (sequential structure) โครงสร้างแบบมีทางเลือก (selection structure) และโครงสร้างแบบทำซ้ำ (repetition structure)

1. โครงสร้างแบบลำดับ (Sequential structure) โครงสร้างแสดงขั้นตอนการทำงานที่เป็นไปตามลำดับก่อนหลัง และแต่ละขั้นตอนจะถูกประมวลผลเพียงครั้งเดียวท่านั้น

2. โครงสร้างแบบมีทางเลือก (Selection structure) โครงสร้างที่มีเงื่อนไข ขั้นตอนการทำงานบางขั้นตอนต้องมีการตัดสินใจเพื่อเลือกวิธีการประมวลผลขั้นต่อไป และจะมีบางขั้นตอนที่ไม่ได้รับการประมวลผล การตัดสินใจอาจมีทางเลือก 2 ทางหรือมากกว่าก็ได้ โครงสร้างที่มีทางเลือกเพียง 2 ทาง เราเรียกชื่อว่าโครงสร้างแบบ if…then…else และโครงสร้างที่มีทางเลือกมากกว่า 2 ทาง เราเรียกชื่อว่า โครงสร้างแบบ case

3. โครงสร้างแบบทำซ้ำ (Repetition structure) โครงสร้างที่ขั้นตอนการทำงานบางขั้นตอนได้รับการประมวลผลมากกว่า 1 ครั้ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขบางประการ โครงสร้างแบบทำซ้ำนี้ต้องมีการตัดสินใจในการทำงานซ้ำ และลักษณะการทำงานของโครงสร้างแบบนี้มี 2 ลักษณะ ได้แก่แบบที่มีการตรวจสอบเงื่อนไขในการทำซ้ำทุกครั้งก่อนดำเนินการกิจกรรมใดๆ ถ้าเงื่อนไขเป็นจริงจะทำงานซ้ำไปเรื่อยๆ และหยุดเมื่อเงื่อนไขเป็นเท็จ เรียกการทำงานลักษณะนี้ว่า การทำซ้ำแบบ do while แบบที่ทำกิจกรรมซ้ำเรื่อยๆ จนกระทั่งเงื่อนไขที่กำหนดเป็นจริงแล้วจึงหยุดการทำงาน โดยแต่ละครั้งที่เสร็จสิ้นการดำเนินการแต่ละรอบจะต้องมีการตรวจสอบเงื่อนไข เรียกการทำซ้ำลักษณะนี้ว่า การทำซ้ำแบบ do until

เครื่องมือสำหรับออกแบบงานกราฟิกและสามมิติ

ภาพที่ 1 ภาพสามมิติ
ที่มา, https://pixabay.com/images/id-1875813, FunkyFocus

1. Mental Canvas

          เครื่องมือสำหรับ Windows โปรแกรมจะเน้นการออกแบบงาน 3 มิติ ให้ใช้งานง่ายเหมือนกับการใช้ซอฟต์แวร์ 2D เช่น Sketch หรือ Illustrator แทนที่จะเรียนรู้ซอฟต์แวร์ 3D ที่ซับซ้อนอย่าง  Maya หรือ 3ds Max โดยสามารถวาด เพิ่มความลึก หรือเปลี่ยนมุมมอง ตลอดจนดูภาพรวม และอื่น ๆ ได้ นอกจากนี้ โปรแกรมยังสนับสนุนอุปกรณ์ Dial ของ Surface Studio และเมาท์ปากกา Wacom 

2. Project Felix

          เครื่องมือสำหรับการออกแบบ 3D และ 2D ซึ่งเป็นเครื่องมือจากทาง Adobe ด้วยอัลกอริธึมของ  Adobe Sensei ที่เรียนรู้ความซับซ้อน ทำให้แสงและเงาออกมาถูกต้อง ช่วยให้ทดลองแนวคิดออกแบบใหม่ๆ และแต่งโมเดลแบบ 3D ความละเอียดสูง adobe felix มีความละเอียดสูง เป็น เครื่องมือแรกในอุตสาหกรรมและแต่งโมเดลแบบ 3D ความละเอียดสูง ที่จะช่วยให้งานออกแบบ สามารถสร้างภาพ 3D ช่วยสร้างโลกเสมือนจริงหรือเทคโนโลยี AR ที่กำลังเป็นเทรนด์อยู่ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นเกม ที่เทคโนโลยีถูกคิดค้นขึ้นมาใช้งานร่วมด้วย ภาพยนตร์ และการนำเอาไปใช้งานทางด้านการศึกษาต่าง ๆ ให้มีคุณภาพสูงได้อย่างง่ายดาย

3. Tinkercad

          โปรแกรมที่ใช้ในการออกแบบง่าย ๆ เป็นโปรมแกรมออกแบบในลักษณะออนไลน์จาก Autodesk ไม่ต้องดาวน์โหลดให้ยุ่งยาก เพียงแค่ทำการลงทะเบียนก็สามารถใช้งานได้แล้ว การใช้งานง่าย เนื่องจากถูกออกแบบมาเพื่อการศึกษาโดยเฉพาะสำหรับเด็กและผู้ที่ไม่มีประสบการณ์ในการเขียนแบบ 3 มิติ Tinkercad เป็นซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลอง 3 มิติที่มีการสร้างบล็อกที่ใช้งานง่าย เข้าถึงรูปทรงพื้นฐานทั้งหมดของ 3D ที่ช่วยให้แปลงความคิดเป็นแบบ CAD โดยเพียงแค่วางและลากรูปทรงนั้นมาวาง เช่น ทรงกระบอก ทรงกลม เป็นต้น เป็นโปรแกรมที่ค่อนข้างง่ายและจะมีข้อจำกัด สำหรับการออกแบบบางอย่าง นอกจากนี้ยังสามารถทำไฟล์เชื่อมต่อกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม จุดมุ่งหมายที่คนส่วนใหญ่ที่ไม่มีประสบการณ์ใดๆ ต้องการคือการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ เพื่อการพิมพ์ 3 มิติต่อไปได้นั่นเอง

4. Autodesk Fusion 360

          การพัฒนาโดย Autodesk ทำให้ Fusion 360 เป็นโปรแกรม 3D CAD แบบ cloud-based เพื่อทำงานร่วมกันในโครงการที่ซับซ้อน ข้อได้เปรียบของแพลตฟอร์ม Fusion 360 คือสามารถเก็บประวัติทั้งหมดของโมเดลรวมถึงการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เคยทำมาได้ มีตัวเลือกการออกแบบมากมาย เป็นซอฟต์แวร์ระดับมืออาชีพที่ใช้ในสาขาวิชาการออกแบบอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงมีความซับซ้อนกว่าเล็กน้อยในการใช้งาน แต่เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับผู้เริ่มต้น เพราะเมื่อฝึกฝนการใช้ซอฟต์แวร์ 3D model แบบง่ายกว่าจนกลายเป็นแนวคิดพื้นฐาน ทำให้ใช้งานง่ายมาก รวมถึงรูปแบบอิสระแบบทึบ แบบตาข่าย และอื่นๆ ที่ทำงานบนพื้นฐานหลายแพลตฟอร์ม ซึ่งอนุญาตให้ผู้ใช้เข้าถึงข้อมูลได้ทุกที่ที่ต้องการ จนได้รับความนิยมที่เพิ่มขึ้นในช่วงสองปีที่ผ่านมา หลายคนยกย่องความสามารถว่าเป็นระดับมืออาชีพของซอฟต์แวร์ ส่วนต่อประสานและเวิร์กโฟลว์ที่ใช้งานง่าย เป็นซอฟต์แวร์ที่ให้ทางเลือกที่ดีสำหรับผู้เริ่มต้นจริง ๆ

5. SketchUp Make

          โปรมแกรมฟรีที่สามารถหาดาวน์โหลดได้ และเป็นที่นิยมของคนทั่วไปอย่าง SketchUp Make หรือชื่อเดิมว่า SketchUp จะมุ่งเน้นไปที่เวอร์ชันฟรี เนื่องจากสามารถเข้าถึงได้มากขึ้นและทุกคนสามารถใช้งานได้โดยเพียงแค่ลงทะเบียนบัญชีบนเว็บไซต์ รุ่นฟรีเป็นซอฟต์แวร์บนเว็บ และเป็นทางเลือกที่ดีในการเริ่มต้น เนื่องจากเป็นช่วงเวลาการเรียนรู้ที่ง่าย มีเครื่องมือที่ชัดเจนและใช้งานง่ายและมีส่วนเชื่อมต่อต่างๆ ให้หลากหลาย Sketchup Make นั้นให้บริการฟรีและให้บริการเครื่องมือง่ายๆ เพราะถูกสร้างขึ้นสำหรับผู้ใช้ที่หลากหลาย สถาปนิก นักออกแบบวิศวกร ผู้สร้างภาพยนตร์ หรือผู้การออกแบบงานสถาปัตยกรรม นั่นหมายความว่าควรจะสามารถออกแบบวัตถุที่ซับซ้อนและมีขนาดใหญ่ได้เช่นกัน ซึ่งโปรแกรมนี้ช่วยในการร่างความคิดของให้ลงในแบบจำลอง 3 มิติได้อย่างง่ายดาย

6. Blender Modifiers

          Blender อาจไม่ใช่ซอฟต์แวร์ 3D ที่ง่ายต่อการใช้งานสำหรับผู้เริ่มต้น แต่โปรแกรมนี้ฟรี และ open source ถึงแม้ว่าจะไม่คุ้นเคยกับการสร้างแบบ3 d modeling แต่สามารถฝึกเล่นกับเมนูต่างๆ ที่เป็นตัวดัดแปลง หรือตกแต่ง เพื่อให้แบบจำลองมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไปตามต้องการ มีความหนากับแบบจำลอง 3 มิติ ยังมีคุณสมบัติมากมายและรูปแบบการสร้างแบบจำลองจากซอฟต์แวร์ที่มีประสิทธิภาพมาก เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นจะทำให้เพิ่มทักษะความสามารถเพื่อใช้การทำงานอย่างอาชีพ

          จากเครื่องมือสำหรับการออกแบบโปรแกรม และเครื่องมือสำหรับออกแบบงานกราฟิกและสามมิติ นักเรียนสามารถเลือกใช้เครื่องมือต่าง ๆ ในการออกแบบวิธีการแก้ปัญหาในกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมได้ อย่างมีประสิทธิภาพ

แหล่งที่มา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.  (2561).  เทคโนโลยี (การออกแบบและเทคโนโลยี. กรุงเทพฯ :  โรงพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

กราฟฟิกบุฟเฟ่ต์.  (5 มีนาคม 2563). adobe felix.  สืบค้นเมื่อ  5 มีนาคม 2563, จาก https://graphicbuffet.co.th/adobe-felix-เครื่องมือออกแบบ.

sync-innovation.  (5 มีนาคม 2563). สืบค้นเมื่อ  5 มีนาคม 2563, จาก https://www.sync-innovation.com/3d-design/3d-model-free-program/