อะไรทำให้เครื่องวัดด้วยวิดีโอ (VMM) เป็นตัวเลือกอันดับหนึ่งสำหรับการผลิตแบบหลากหลายชิ้นงานแต่ปริมาณน้อย?

การผลิตในปัจจุบันแตกต่างอย่างมากจากเมื่อ 20 ปีก่อน การใช้เวลาหลายเดือนในการผลิตชิ้นส่วนชนิดเดียวกันบนสายการผลิตจึงกลายเป็นเรื่องที่หาได้ยากยิ่ง ในปัจจุบัน มีการสั่งซื้อเข้ามาอย่างต่อเนื่อง และกระบวนการผลิตมีความหลากหลายมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด วันหนึ่งอาจเป็นงานผลิตชุดโครงยึดความแม่นยำ (precision brackets) จำนวนหนึ่ง วันถัดไปอาจเป็นงานผลิตฝาครอบพลาสติก (plastic housings) จำนวนมาก และอีกวันต่อมาอาจเป็นงานผลิตชิ้นส่วนแบบกำหนดเองสำหรับต้นแบบ (prototype) ความหลากหลายอย่างต่อเนื่องเช่นนี้คือสิ่งที่เรียกว่าการผลิตแบบผสมสูง-ปริมาณต่ำ (high mix low volume production) ซึ่งนำมาซึ่งความท้าทายเฉพาะตัวที่ต้องเผชิญในการตรวจสอบคุณภาพ

เครื่องมือวัดแบบดั้งเดิมรุ่นเก่าๆ ถูกออกแบบขึ้นโดยยึดหลักการของความซ้ำซ้อน (repeatability) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงมากสำหรับงานที่ทำซ้ำๆ เช่น การวัดสิ่งเดียวกันซ้ำแล้วซ้ำเล่า แต่ความหลากหลายกลับเป็นสิ่งตรงข้ามกับหลักความซ้ำซ้อนอย่างสิ้นเชิง เมื่องานแต่ละชิ้นแตกต่างกัน คุณจึงจำเป็นต้องใช้เครื่องมือวัดที่ออกแบบมาเพื่อการปรับตัวอย่างรวดเร็ว และไม่ลงโทษคุณจากการเปลี่ยนไปวัดชิ้นส่วนที่ต่างกัน นี่คือจุดแข็งที่เครื่องวัดด้วยภาพ (VMM หรือ video measuring machine) โดดเด่น

ปัญหาการวัดในสภาพแวดล้อมที่มีความหลากหลายสูง

เริ่มต้นจากสภาพแวดล้อมที่มีความหลากหลายสูงแต่ปริมาณการผลิตต่ำ เราจะเห็นภาพความเป็นจริงบนพื้นโรงงานอย่างชัดเจน ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องเปลี่ยนภาระงานอย่างต่อเนื่องขณะดำเนินการกับชิ้นส่วนที่แตกต่างกัน แต่ละชิ้นส่วนมีรูปร่างที่ไม่ซ้ำกัน มีลักษณะสำคัญเฉพาะ และมีข้อกำหนดในการตรวจสอบที่ต่างกันออกไป เมื่อใช้เครื่องมือวัดแบบแมนนวล เช่น เวอร์เนียร์คาลิเปอร์และไมโครมิเตอร์ การวัดชิ้นส่วนใหม่แต่ละชิ้นจึงกลายเป็นประสบการณ์การเรียนรู้ครั้งใหม่เสมอ พวกเขาต้องเรียนรู้ว่าจะวัดบริเวณใด จับชิ้นส่วนอย่างไร และบันทึกข้อมูลอย่างไร ลองจินตนาการดูว่า พวกเขาต้องทำเช่นนี้สำหรับงานที่ต่างกันถึงสิบหรือยี่สิบงานภายในหนึ่งสัปดาห์ — นี่คือการสูญเสียเวลาอย่างมากและไม่มีประสิทธิภาพ

เครื่องวัดพิกัด (CMMs) หรือ Coordinate Measuring Machines มีความแม่นยำสูงมาก แต่ก็มีข้อเสียที่ต้องพิจารณาเช่นกัน ชิ้นส่วนใหม่เกือบทุกชิ้นจะต้องใช้แท่นยึดพิเศษที่ออกแบบขึ้นเฉพาะเพื่อจับยึดชิ้นส่วนนั้น นอกจากนี้ยังต้องใช้เวลาในการเขียนโปรแกรมสำหรับชิ้นส่วนด้วย สำหรับการผลิตชิ้นส่วนในปริมาณน้อย เวลาที่ใช้ในการเตรียมระบบจะมีแนวโน้มสูงกว่าเวลาที่ใช้ในการตรวจสอบชิ้นส่วนอย่างมาก และเมื่อพิจารณาจากงานที่หลากหลายที่คุณดำเนินการตลอดทั้งเดือน วิธีนี้จึงไม่ใช่แนวทางที่ยั่งยืนนัก

ในอุตสาหกรรมนี้ ผู้ผลิตให้คุณค่ากับเครื่องมือวัดที่ไม่จำเป็นต้องใช้เวลาและทรัพยากรในการตั้งค่าล่วงหน้า พวกเขาต้องการความสามารถในการเปลี่ยนผ่านจากงานหนึ่งไปยังอีกงานหนึ่งได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องเสียเวลาหลายชั่วโมงไปกับการตั้งค่าแม่พิมพ์ แท่นยึด และการเขียนโปรแกรม เครื่องวัดแบบวิดีโอ (Video Measuring Machines) ได้ปฏิวัติกระบวนการนี้อย่างแท้จริง

รอคอยน้อยลง วัดได้มากขึ้น

เครื่องวัดด้วยวิดีโอ (VMMs) มีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องวัดแบบคอมพิวเตอร์ (CMMs) อย่างชัดเจน เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ยึดจับชิ้นงานแบบกายภาพ ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว CMMs ที่ใช้หัววัดสัมผัสแบบดั้งเดิมจะต้องทราบตำแหน่งที่แน่นอนของชิ้นงานในปริภูมิสามมิติ นั่นหมายความว่าจำเป็นต้องยึดชิ้นงานให้มั่นคงหรือวางไว้ในที่ยึดเฉพาะสำหรับชิ้นงานนั้นๆ เมื่อทำงานกับการผลิตแบบจำนวนน้อย การใช้เวลาในการออกแบบและผลิตที่ยึดดังกล่าวอาจใช้เวลานานกว่ากระบวนการตรวจสอบเอง

VMMs ทำงานแตกต่างออกไป โดยใช้วิธีการวัดด้วยแสง (OM) คุณเพียงแค่วางชิ้นงานลงบนแท่นวัด เมื่อกล้องจับภาพชิ้นงาน ซอฟต์แวร์จะตรวจจับตำแหน่งของชิ้นงานได้ทันที โดยไม่จำเป็นต้องยึดชิ้นงานด้วยแคลมป์ หรือสร้างที่ยึดเฉพาะสำหรับชิ้นงานนั้น—เท่านี้ก็เพียงพอ: วางชิ้นงานลงไป แล้วเริ่มวัดได้ทันที ความยืดหยุ่นในลักษณะนี้ ที่สามารถวัดชิ้นงานได้โดยไม่ต้องเสียเวลาตั้งค่าระบบก่อนวัด ช่วยประหยัดเวลาได้มากอย่างแท้จริง ที่สำคัญยังช่วยลดคอขวดในขั้นตอนการตรวจสอบ และทำให้กระบวนการตรวจสอบสอดคล้องกับการไหลของสายการผลิต

การเขียนโปรแกรมอย่างรวดเร็วสำหรับการเปลี่ยนชิ้นส่วน

ความท้าทายเพิ่มเติมประการหนึ่งสำหรับการผลิตแบบหลากหลายรุ่น (high mix production) คือ การเขียนโปรแกรม สำหรับเครื่องวัดพิกัดสามมิติแบบดั้งเดิม (CMM) การเขียนโปรแกรมขั้นตอนการวัดชิ้นส่วนใหม่ถือเป็นงานที่ต้องอาศัยทักษะเฉพาะทางอย่างหนึ่ง ผู้ใช้งานจำเป็นต้องกำหนดระบบพิกัด ระบุตำแหน่งที่หัววัดจะสัมผัส และนิยามขั้นตอนการวัดทั้งหมด ดังนั้น หากชิ้นส่วนนั้นจะถูกผลิตเพียงสิบชิ้น การเขียนโปรแกรมจึงดูเหมือนเป็นภาระเกินความจำเป็น

เครื่องวัดด้วยภาพ (Video measuring machines) ช่วยขจัดภาระงานดังกล่าวออกไปได้ ซอฟต์แวร์ของเครื่องเหล่านี้ถูกออกแบบมาให้ใช้งานง่าย ผู้ใช้งานสามารถสร้างขั้นตอนการวัดได้ภายในไม่กี่คลิกเท่านั้น โดยเลือกจุดลักษณะเฉพาะ (features) บนชิ้นงาน ซอฟต์แวร์ยังมาพร้อมฟังก์ชันการวัดอัตโนมัติสำหรับรูปทรงเรขาคณิตพื้นฐาน ซึ่งหมายความว่า ชิ้นส่วนใหม่ที่มีรูปทรงเรขาคณิตซับซ้อนสามารถตรวจสอบได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเสียเวลาเขียนโปรแกรมด้วยตนเอง ผู้ใช้งานจึงสามารถมุ่งเน้นไปที่การวัดเอง แทนที่จะต้องเสียเวลาในการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์

การจัดการกับชิ้นส่วนที่มีขนาดหลากหลาย

ในการผลิตแบบผสมผสานสูง ยากที่จะทำนายชิ้นส่วนชิ้นต่อไปที่จะถูกผลิตขึ้น อาจเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น ตัวเชื่อมที่สามารถจับไว้ระหว่างนิ้วมือได้ หรืออาจเป็นชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เช่น ฝาครอบที่มีความยาวหลายนิ้ว เครื่องมือวัดที่ดีควรสามารถรองรับทั้งสองกรณีสุดขั้วได้และยังคงรักษาความแม่นยำไว้ได้

เครื่องวัดด้วยภาพ (Video Measuring Machines) ถูกออกแบบมาโดยคำนึงถึงความยืดหยุ่นนี้ โดยมีแท่นวางที่สามารถรองรับชิ้นงานทุกขนาด ระบบกล้องซูมออปติคัลของเครื่องช่วยให้เห็นรายละเอียดเล็กๆ อย่างชัดเจน รวมทั้งลักษณะเด่นขนาดใหญ่ด้วย บางรุ่นยังมีระบบขยายภาพแบบสองระดับในหนึ่งการตั้งค่า ซึ่งให้ทั้งมุมมองกว้างและความละเอียดสูงพร้อมกัน หมายความว่า ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องแยกต่างหากสำหรับชิ้นงานขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เพราะเครื่อง VMM เพียงเครื่องเดียวสามารถทำทั้งหมดนี้ได้ สำหรับโรงงานที่มีความหลากหลายสูง นี่จึงเป็นประโยชน์เชิงปฏิบัติอย่างยิ่ง

ความแม่นยำที่เชื่อถือได้ โดยไม่จำเป็นต้องปรับเทียบใหม่อย่างต่อเนื่อง

ไม่ว่าจะใช้เครื่องมือวัดใดและเทคนิคการวัดแบบใด ความแม่นยำยังคงมีความสำคัญสูงสุด ในสภาพแวดล้อมที่มีชิ้นส่วนหลากหลายประเภท (High Mix Environments) ชิ้นส่วนที่ต้องวัดอาจทำจากวัสดุที่แตกต่างกันและเปลี่ยนแปลงไปได้ เช่น โลหะ พลาสติก และยาง วัสดุแต่ละชนิดมีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่เหมือนกันกับเครื่องมือวัด ตัวอย่างเช่น หัววัดแบบสัมผัส (Touch Probes) อาจทำให้วัสดุที่เป็นยางเกิดการบิดเบี้ยว ขณะที่การวัดด้วยมือจะขึ้นอยู่กับระดับทักษะและความเหนื่อยล้าของผู้ปฏิบัติงาน

การวัดด้วยการขยายภาพไม่สัมผัสชิ้นส่วนแต่อย่างใด แต่ใช้แสงและกล้องความละเอียดสูงในการวัดแทน ซึ่งหมายความว่าจะได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอไม่ว่าจะเป็นเหล็กที่ผ่านการชุบแข็งหรือพลาสติกนุ่ม ไม่มีการเบี่ยงเบนของหัววัด ไม่มีการเบี่ยงเบนใดๆ และไม่มีความแปรปรวนจากผู้ปฏิบัติงาน เมื่อเครื่องได้รับการสอบเทียบแล้ว จะคงความแม่นยำนั้นไว้ได้อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากความแปรปรวนที่เกิดจากชิ้นส่วนที่นุ่มหรือแข็งถูกขจัดออกไปเกือบทั้งหมด ความสม่ำเสมอนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อคุณผลิตชิ้นส่วนเพื่ออุตสาหกรรมที่มีความต้องการสูง เช่น อวกาศ ยานยนต์ หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งช่วยสร้างความมั่นใจในข้อมูลคุณภาพของคุณ

บนพื้นโรงงาน การวัดด้วยการขยายภาพ ตัวอย่างการใช้งานจริง

คุณค่านี้ไม่ได้เป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังมีประโยชน์ใช้สอยจริงอีกด้วย สำหรับผู้ใช้งานจริง ลูกค้ารายหนึ่งระบุว่า เครื่องมือควบคุมคุณภาพของพวกเขาเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง โดยช่วยลดเวลาการตรวจสอบลงได้ถึงร้อยละ 40 ขณะที่ความแม่นยำยังคงสูงอยู่ ลูกค้าอีกรายหนึ่งกล่าวว่า เครื่องนี้สามารถวัดชิ้นส่วนขนาดเล็กและชิ้นงานขนาดใหญ่ได้อย่างยอดเยี่ยม โดยไม่ลดทอนความแม่นยำแต่อย่างใด ความสามารถในการจัดการกับผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภท (high mix capability) นี้เอง คือสิ่งที่พวกเขากำลังมองหา

เจ้าของร้านจะบอกคุณว่า ‘เวลา’ คือทรัพยากรที่สำคัญที่สุดในธุรกิจของพวกเขา ดังนั้น ทุกสิ่งที่ช่วยลดเวลาการตั้งค่าเครื่อง ทำให้การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้น และให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ จึงมีคุณค่ามหาศาล นี่คือเหตุผลหลักที่ทำให้เจ้าของร้านหันมาใช้เทคโนโลยีการวัดด้วยวิดีโอ

ออกแบบมาเพื่อความอเนกประสงค์

ความยืดหยุ่นเป็นสิ่งพื้นฐานของเทคโนโลยีการวัดด้วยภาพ และนี่คือเหตุผลที่ทำให้เทคโนโลยีเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่ง ด้วยการออกแบบที่ชาญฉลาด คุณจึงไม่จำเป็นต้องทำการวัดตัวอย่างเดียวกันซ้ำแล้วซ้ำเล่าหลายร้อยครั้ง คุณจะไม่ต้องเสียเวลาโดยไม่จำเป็นไปกับการเขียนโปรแกรม และไม่จำเป็นต้องออกแบบและสร้างอุปกรณ์ยึดจับแบบเฉพาะสำหรับแต่ละงาน คุณเพียงแค่วางตัวอย่าง ทำการวัด จากนั้นจึงดำเนินการต่อไปยังตัวอย่างถัดไป ความเรียบง่ายที่ดูเหมือนจะหลอกลวงนี้เกิดขึ้นจากวิศวกรรมด้านแสงขั้นสูงและซอฟต์แวร์อัจฉริยะที่สามารถรับผิดชอบงานที่น่าเบื่อหน่ายส่วนใหญ่แทนคุณได้

สำหรับบริษัทที่ผลิตสินค้าในรูปแบบผสมผสานสูง (High-mix) แต่ปริมาณต่ำ (Low-volume) ความยืดหยุ่นไม่ใช่สิ่งที่ 'น่าจะมี' แต่เป็นข้อกำหนดพื้นฐานที่จำเป็นอย่างยิ่ง เพราะความยืดหยุ่นช่วยให้บริษัทสามารถรับงานที่หลากหลายยิ่งขึ้น ตอบสนองต่อความต้องการของลูกค้าที่เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ และรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์ให้สม่ำเสมอ

บทสรุป

แนวโน้มการผลิตแบบหลากหลายรุ่นแต่ปริมาณน้อยยังคงมีอยู่และไม่มีท่าทีจะหายไป แท้จริงแล้ว แนวโน้มนี้กำลังกลายเป็นมาตรฐานของการผลิตในปัจจุบัน โรงงานที่ประสบความสำเร็จในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ คือ โรงงานที่ลงทุนในโซลูชันที่สามารถปรับตัวได้ ตัวอย่างที่โดดเด่นคือ เครื่องวัดด้วยภาพ (Video Measuring Machine: VMM) ซึ่งช่วยขจัดความจำเป็นในการจัดทำอุปกรณ์ยึดจับชิ้นงาน (fixturing) ที่ใช้เวลานาน โปรแกรมการใช้งานง่าย รองรับชิ้นส่วนทุกขนาด และสุดท้ายคือ มีความน่าเชื่อถือสูง โดยให้ระดับความแม่นยำเท่าเทียมกันทั้งกับวัสดุต่างชนิดกัน รวมถึงชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตแตกต่างกัน

สำหรับการดำเนินงานการผลิตสมัยใหม่ ฟังก์ชันการทำงานของเครื่องวัดด้วยภาพ (VMM) นั้นเกินกว่าการเป็นเพียงเครื่องมือวัดเท่านั้น แต่เป็นระบบที่ยืดหยุ่น ซึ่งช่วยรักษาคุณภาพมาตรฐานของคุณไว้ และทำให้คุณสามารถเปลี่ยนผ่านระหว่างงานต่าง ๆ ได้อย่างไร้รอยต่อ ด้วยเหตุผลเหล่านี้ เครื่องวัดด้วยภาพจึงได้รับการสนับสนุนอย่างมากสำหรับงานที่มีความหลากหลายสูงแต่ปริมาณต่ำ