หุ่นยนต์ในยุคอุตสาหกรรม 4.0
เมื่อโลกก้าวเข้าสู่ยุคอุตสาหกรรม 4.0 มีการผลิตหุ่นยนต์เพื่อมุ่งเน้นให้ทำงานในภาคอุตสาหกรรม โดยเฉพาะงานที่มีข้อจำกัดที่ไม่สามารถใช้แรงงานคนทำได้ เพื่อทำให้งานเสร็จเรียบร้อยอย่างรวดเร็วมากกว่าแรงงานคนด้วยอัตราเร็วที่เท่าๆ กันทุกรอบการทำงาน นอกจากนี้ก็จะมีหุ่นยนต์ที่ถูกผลิตมาเพื่อทำภารกิจที่สำคัญของแต่ละองค์กรโดยเฉพาะ เช่น หุ่นยนต์สำรวจพื้นที่ หุ่นยนต์กู้ภัย ซึ่งก็พบได้น้อยกว่าเมื่อเทียบกับหุ่นยนต์ในภาคอุตสาหกรรม หุ่นยนต์อุตสาหกรรมทำงานอยู่ในโรงงานต่าง ๆ ทั่วโลก และส่วนใหญ่ทำงานโดยแยกจากมนุษย์ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัย
หุ่นยนต์ในภาคอุตสาหกรรมมีคุณสมบัติ 3 อย่าง ที่จะทำให้เราสามารถแยกแยะหุ่นยนต์ออกจากเครื่องจักรอุตสาหกรรมทั่ว ๆ ไปได้ได้แก่ หุ่นยนต์ควรมีการรับรู้ (Perception) หุ่นยนต์ควรมีการตีความ (Cognition) และหุ่นยนต์ควรมีความสามารถในการเคลื่อนไหว (Mobility)
การทำงานของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมประกอบด้วย ระบบทางกลของหุ่นยนต์ และระบบควบคุมหุ่นยนต์
ระบบทางกลของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมนั้นมีทั้งหมด 3 ส่วน คือ ลักษณะโครงสร้างของหุ่นยนต์ อุปกรณ์ให้กำลังขับเคลื่อนหุ่นยนต์ และมือหุ่นยนต์
หุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะเลียนแบบร่างกายของมนุษย์ โดยจะเลียนแบบเฉพาะส่วนของร่างกายที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่เลียนแบบแขนมนุษย์ มีมากมายหลากหลายประเภท เช่น
Linear Robot หุ่นยนต์ที่ทำงานบนแกนตั้งฉาก ซึ่งหมายรวมถึงหุ่นยนต์แบบ Cartesian และ Gantry เอาไว้ด้วยกัน โดยสามารถทำงานได้บน 3 แกน X Y และ Z ด้วยการเคลื่อนที่แนวตรง ทำให้การทำงานมีความแม่นยำสูงและออกแบบการทำงานได้ง่าย มีความแข็งแกร่งทนทานเนื่องจากมีระยะการใช้งานที่แน่นอน นิยมใช้ในการหยิบจับเพื่อทำการประกอบ เช่น การประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ หรือติดชิ้นส่วนยานยนต์ด้วยสารเคมี
Cartesian robot
Cylindrical Robot หุ่นยนต์ที่มีข้อต่อโรตารีอย่างน้อย 1 จุดที่ฐาน เพื่อทำการหมุนปรับทิศทาง แขนจับวัตถุเคลื่อนที่ขึ้นลงด้วยกระบอกนิวเมติกส์นิยมใช้ในงานประกอบชิ้นส่วน วิธีการเชื่อมจุด รวมถึงการจัดการเครื่องมือกล ใช้ในการหยิบยกชิ้นงาน (Pick-and-Place) หรือป้อนชิ้นงานเข้าเครื่องจักร เพราะสามารถเคลื่อนที่เข้าออกบริเวณที่เป็นช่องโพรงเล็ก ๆ ได้สะดวก
SCARA Robot (Selective Compliance Assembly Robot Arm) หุ่นยนต์ที่มีความโดดเด่นเรื่องความคล่องแคล่วรวดเร็ว แต่มีข้อจำกัดสำหรับระยะการปฏิบัติการณ์ มีข้อต่อขนานกัน 2 จุด เหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วนที่ต้องการความรวดเร็ว และมีขนาดเล็ก สิ่งสำคัญสำหรับการใช้งาน SCARA คือ การออกแบบระบบที่ต้องการความแม่นยำสูงจากการคำนวณรูปแบบการทำงาน สามารถใช้งานได้ดีกับอุตสาหกรรมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากการเคลื่อนที่ในแนวระนาบและขึ้นลงได้รวดเร็วจึงเหมาะกับ งานประกอบชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ซึ่ง ต้องการความรวดเร็วและการเคลื่อนที่ก็ไม่ต้องการ การหมุนมากนัก แต่จะไม่เหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วนทางกล (Mechanical part) ซึ่งส่วนใหญ่การประกอบจะอาศัยการหมุน (rotation) ในลักษณะมุมต่าง ๆ นอกจากนี้ SCARA Robot ยังเหมาะกับงานตรวจสอบ (Inspection) งานบรรจุภัณฑ์ (Packaging)
Articulated Robot หุ่นยนต์ที่ประกอบด้วยข้อต่อโรตารีตั้ง 3 จุดขึ้นไป และอาจมีมากได้ถึง 10 จุด โดยมากมักพบเจอ Articulated Robot แบบ 6 แกน สามารถใช้ในสายการผลิตได้อย่างหลากหลายด้วยมิติองศาการทำงานที่ค่อนข้างเป็นอิสระ รวมถึงความสามารถในการประยุกต์ใช้งานได้ตามลักษณะของสายการผลิตได้อย่างเหมาะสม รองรับขนาดชิ้นส่วนได้หลากหลายขึ้นกับศักยภาพของรุ่นจากแต่ละผู้ผลิต หุ่นยนต์ชนิดนี้สามารถใช้งานได้กว้างขวาง เพราะสามารถเข้าถึงตำแหน่งต่าง ๆ ได้ดี เช่นงานเชื่อม Spot Welding, Path Welding ,งานยกของ , งานตัด ,งานทากาว ,งานที่มีการเคลื่อนที่ยาก ๆ เช่น งานพ่นสี งาน sealing
Polar Robot หรือ Spherical Robot หุ่นยนต์ที่ประกอบด้วยข้อต่อโรตารีอย่างน้อย 2 จุด และจุดเชื่อมต่อแบบขนานอย่างน้อย 1 จุด การทำงานเป็นรูปแบบตายตัวเนื่องจากมีมุมขยับและมิติองศาที่ถูกกำหนดไว้อยู่แล้ว ใช้ในงานที่มีการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง (Vertical) เพียงเล็กน้อย เช่น การโหลดชิ้นงานเข้าออกจากเครื่องปั้ม (Press) หรืออาจจะใช้งานเชื่อมจุด (Spot Welding)
ระบบในการควบคุมหุ่นยนต์ประกอบด้วย องค์ประกอบหลัก คือ
- Programming Pendent : อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการป้อนคำสั่งโดยผู้ควบคุมหรือ User
- Controller : ส่วนที่ทำหน้าที่ในการรับคำสั่งจาก User ผ่าน Programming Pendant และนำมาประมวลผล เพื่อทำการควบคุมหรือสั่งการทำงานของหุ่นยนต์
- Manipulator : เรียกง่ายๆ ว่า ตัวหุ่นยนต์ ที่จะทำงานตามคำสั่งที่ผ่านการประมวลผลจาก Controller
วิทยาการหุ่นยนต์ (Cognitive robotics) มีมาอย่างต่อเนื่อง หุ่นยนต์อิสระที่ติดตั้งฟังก์ชันความรู้ความเข้าใจช่วยให้ระบบสามารถโต้ตอบกับเงื่อนไขที่เกิดขึ้นในโดเมนไดนามิก การทำงานของการนำวิทยาการหุ่นยนต์ไปใช้กับเซลล์ถอดแยกชิ้นส่วนตามวิสัยทัศน์ ทำให้ระบบสามารถจัดการกับรูปแบบผลิตภัณฑ์ในกลุ่มผลิตภัณฑ์เดียว โดยไม่คำนึงถึงโครงสร้างเฉพาะและรายละเอียดทางเรขาคณิต
ภาคเอกชนพร้อมที่จะพัฒนาและลงทุนในระบบหุ่นยนต์อุตสาหกรรม จากปัจจัยต่าง ๆ เช่น
- ระบบหุ่นยนต์เป็นเครื่องมือสำคัญในการเปลี่ยนแปลงในยุคการปฏิวัติอุตสาหกรรม 4.0 (Digital Transformation) ของผู้ประกอบการไทย
- ค่าแรงที่พุ่งสูงขึ้น และปัญหาการขาดแคลนแรงงาน ทำให้ผู้ประกอบการต้องใช้ระบบออโตเมชันและระบบหุ่นยนต์มากขึ้น
- ความผันผวนของอุปสงค์ในตลาดโลกส่งผลให้ผู้ประกอบการต้องหันมาใช้เทคโนโลยีที่ทั้งช่วยลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต
- ระบบโครงสร้างพื้นฐานที่เอื้อต่อการใช้งานเทคโนโลยี
- การศึกษาวิจัยด้านระบบหุ่นยนต์อย่างต่อเนื่องของมหาวิทยาลัยในประเทศไทย
- อุตสาหกรรมหลักที่ใช้งานหุ่นยนต์คือ อุตสาหกรรมยานยนต์และอิเล็กทรอนิกส์
การใช้หุ่นยนต์ไม่เพียงแต่ประหยัดแรงงานคนเท่านั้น ยังรวมไปถึงความแม่นยำ ประสิทธิภาพในการทำงาน และการใช้วัตถุดิบ สิ่งที่ควรคำนึงถึงในการใช้หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม คือ งานติดตั้งหุ่นยนต์ต้องอาศัยบริษัทที่มีประสบการณ์และทีมช่างที่เชี่ยวชาญ
งานอุตสาหกรรมด้านการผลิต มีการนำนวัตกรรมและเทคโนโลยีมาใช้ เช่น อุปกรณ์สมัยใหม่ที่สามารถเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายอินเตอร์เน็ตได้ (Smart Device) หุ่นยนต์เมคคาทรอนิกส์ อินเทอร์เน็ตในทุกสิ่ง (Internet of things) และเทคโนโลยีสารสนเทศอื่น ๆ โดยใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้า และโทรคมนาคมของประเทศ
นโยบายเขตพัฒนาเศรษฐกิจพิเศษในรูปแบบซุปเปอร์ คลัสเตอร์ (Super Cluster) ซึ่งมุ่งเน้นให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยี และนวัตกรรมในการผลิตสินค้า โดยมีเป้าหมายให้ประเทศไทย เป็น “ศูนย์กลางการผลิตระดับโลก” โดยอาศัยอุตสาหกรรมไทยเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งของฐานการผลิตและบริการในห่วงโซ่อุปทานของกลุ่มอาเซียน ช่วยลดหย่อนภาษีให้กับบริษัทที่นำเงินลงทุนจากต่างประเทศ เข้ามาลงทุนในระบบหุ่นยนต์ออโตเมชัน ทำให้อุตสาหกรรมไทยเริ่มมีการตื่นตัวด้านการใช้หุ่นยนต์มาช่วยทำงานมากขึ้น ด้านภาครัฐ มีโครงการระเบียงเขตเศรษฐกิจภาคตะวันออก (Eastern Economic Corridor Development — EEC) สนับสนุนพื้นที่เศรษฐกิจที่ผสานอุตสาหกรรมแห่งอนาคตเข้ากับโครงข่ายคมนาคม และโลจิสติกส์ที่ครอบคลุม เพื่อส่งเสริมลงทุนในอุตสาหกรรมชิ้นส่วนเครื่องบิน การซ่อมเครื่องบิน การพัฒนาบุคลากรด้านการบิน ปิโตรเคมีขั้นสูง ยานยนต์แห่งอนาคต เทคโนโลยีสารสนเทศและหุ่นยนต์ ด้านโลจิสติกส์และการขนส่ง และสร้างเมืองวิทยาศาสตร์ที่จะเป็นศูนย์กลางในการวิจัย ชัดเจนว่าอีกไม่นานเราจะได้เห็นบทบาทของแรงงานหุ่นยนต์เพิ่มมากขึ้นอย่างแน่นอน ไม่เพียงการสนับสนุนจากภาครัฐเท่านั้นที่ทำให้ภาคเอกชนตื่นตัว เพราะปัจจัยการขับเคลื่อนการลงทุนในระบบหุ่นยนต์นั้นก็มีอีกหลายปัจจัยที่ภาคเอกชนเล็งเห็นและพร้อมที่จะพัฒนาเช่นกัน
สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) มองเห็นโอกาสจากสถานการณ์โลกมาโดยตลอด จึงพัฒนาหลักสูตรวิศวกรรมหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติจนได้รับการยอมรับในวงการอุตสาหกรรมทั้งด้านอิเล็กทรอนิกส์ ยานยนต์ การผลิต และแปรรูปอาหาร ด้านบริการวิชาการสนับสนุนทั้งภาครัฐและเอกชน โดยได้รับการสนับสนุนจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชั้นสูงทั้งในประเทศ และต่างประเทศ ได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) มีการจัดการเรียนการสอนด้านวิศวกรรมหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ มุ่งเน้นให้นักศึกษามีส่วนร่วมในกิจกรรมทั้งในและนอกห้องเรียน นักศึกษาจะได้ทำโครงงานทั้งเดี่ยวและกลุ่ม เน้นการแก้ปัญหาจากการลงมือทำจริง โดยประยุกต์ใช้ความรู้ทางด้านวิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องกล และคอมพิวเตอร์ เพื่อผลิตวิศวกรหุ่นยนต์ที่มีความสามารถในการออกแบบ พัฒนา วิจัย เพื่อสร้างระบบฮาร์ดแวร์และซอฟท์แวร์อัตโนมัติรองรับการพัฒนาด้านวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ เข้าสู่งานด้านอุตสาหกรรม นักศึกษามีโอกาสเข้าฝึกงานในบริษัทอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อทำโครงงานจากโจทย์อุตสาหกรรมจริง หรือสามารถพัฒนาเพื่อเป็นนักวิจัย นักวิทยาศาสตร์ นักพัฒนา ในหน่วยงานราชการ รัฐวิสาหกิจ หรือองค์กรที่เกี่ยวข้องทั้งในประเทศและต่างประเทศ
เรียบเรียงโดย ศิริพร สิทธิมณี
เอกสารอ้างอิง
1. Morasso, P. 2021. Gesture formation: A Crucial Building Block for Cognitive-Based Human-Robot Partnership. Cognitive Robotics. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667241321000082
2. Vongbunyong S., Kara S., Pagnucco M. 2012. A Framework for Using Cognitive Robotics in Disassembly Automation. In: Dornfeld D., Linke B. (eds) Leveraging Technology for a Sustainable World. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-29069-5_30
3. Modern Manufacturing. (2559). ก้าวสู่ยุคอุตสาหกรรม 4.0 อุตสาหกรรมไทยจะปรับตัวและรับมืออย่างไรดี. สืบค้น 20 ตุลาคม 2564, จาก https://www.mmthailand.com/ก้าวสู่ยุคอุตสาหกรรม-4-0/
4. Modern Manufacturing. (2560). พื้นฐานหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม ฉบับผู้ใช้งาน (ตอนที่ 1). สืบค้น 20 ตุลาคม 2564, จาก https://www.mmthailand.com/พื้นฐานหุ่นยนต์-อุตฯ-01/
5. PostToday. (2559). คลัสเตอร์อุตสาหกรรม การรวมกลุ่มสร้างฐานที่มั่นคง. สืบค้น 20 ตุลาคม 2564, จาก https://www.posttoday.com/economy/news/429105
6. บริษัท สุมิพล คอร์ปอเรชั่น จำกัด. (2563).
รู้จักกับประเภทของ หุ่นยนต์อุตสาหกรรม และการใช้งานที่เกี่ยวข้อง. สืบค้น 20 ตุลาคม 2564, จาก https://www.sumipol.com/knowledge/types-of-industrial-robot/ (20 ตุลาคม 2564)
7. สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ. (2560). อุตสาหกรรมหุ่นยนต์ของประเทศไทย. สืบค้น 20 ตุลาคม 2564, จาก https://waa.inter.nstda.or.th/prs/pub/Robot-Whitepaper-Cover.pdf
