ในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตยุคปัจจุบันนี้ อุปกรณ์ที่พบเห็นบ่อยๆในภาคการผลิต
กลุ่มหนึ่งได้แก่ CNC และ PLC ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่เรียกว่า เป็นอุปกรณ์ "พื้นฐาน" ในการผลิตอัตโนมัติ
ปัจจุบันนี้ มีการนำความสามารถในการควบคุมของตัวควบคุมแบบฟัซซี่ลอจิกมาผนวกเอาไว้ด้วย
เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำงาน บทความนี้ จะกล่าวแนะนำเพื่อให้รู้จักกับเทคโนโลยีดังกล่าวไว้เป็นปฐมบท
....
ตรรกศาสตร์คลุมเครือ
( Fuzzy Logic )
ตรรกศาสตร์คลุมเครือ เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการวิเคราะห์เชิงตรรกะ ที่แตกต่างไปจากตรรกะแบบเดิมๆที่เราคุ้นเคยกัน
ซึ่งมักจะมีเพียง ถูกกับผิด ใช่หรือไม่ใช่ หรือถ้าว่ากันในแวดวงดิจิตอลก็คือ 0 กับ
1 นั่นเอง โดยสามัญสำนึกแล้ว
หากเราสามารถวิเคราะห์เหตุการณ์ต่างๆในเชิงตรรกะได้ว่า นั่นถูก นี่ผิด นั่นใช่ นี่ไม่ใช่
ก็ถือว่าเป็นตรรกะที่มีความชัดเจน
ไม่มีความคลุมเครือใดๆ แต่ก็มีเหตุการณ์หลายอย่างที่ในความเป็นจริงแล้วสร้างความยุ่งยากใจให้แก่ผู้วิเคราะห์ว่า
ตรรกะควรเป็นอย่างไร เช่น สีเทาอ่อนปานกลาง ให้บอกว่าคือสีดำใช่หรือไม่ ผู้อ่านจะตอบว่าอย่างไร
? หรือในกรณี
ให้บอกว่าสุภาพสตรีวัย 28 ฝน เป็นผู้ใหญ่ใช่หรือไม่ ? ผู้อ่านจะตอบว่าอย่างไร ?
แม้กระทั่งอุณหภูมิอากาศที่ 26.5
องศาเซลเซียส เป็นอากาศที่อุ่นไปหรือไม่ ? กรณีตัวอย่างเหล่านี้ ผู้วิเคราะห์ที่ต่างเพศ
ต่างวัย และต่างประสบการณ์
คงจะให้ตรรกะ ( คำตอบ ) ที่ไม่เหมือนกัน เพราะเกิดความขัดแย้งในคำตอบขึ้นนั่นเอง
เนื่องจากเหตุการณ์ในกรณี
ตัวอย่างนี้ ไม่ได้แสดงจุดยืนว่าอยู่ข้างใดข้างหนึ่งอย่างชัดเจน เช่นสีเทา มันไม่ใช่ทั้งสีขาวและสีดำ
จะให้ตอบว่าขาว
หรือดำ ก็สร้างความขัดแย้งในใจขึ้น เพราะคำตอบเป็นไปได้เพียง 2 คำตอบเท่านั้น เพราะตรรกะแบบเดิมๆสร้างกรอบ
ความคิดไว้เช่นนั้น ดังนั้น การวิเคราะห์ตรรกะกับกรณีตัวอย่างเหล่านี้ จึงนำมาสู่การนำเสนอตรรกะรูปแบบใหม่ที่เปิด
กว้างกว่าเดิม และยอมให้ความขัดแย้งในคำตอบดังที่กล่าวข้างต้นเกิดขึ้นได้ เพื่อให้สะท้อนความเป็นจริงมากที่สุด
ย้อนไปราว 40 ปีที่แล้ว L.A. Zadeh ได้นำเสนอแนวคิดการให้ค่าตรรกะอย่างคลุมเครือหรือฟัซซี่
สำหรับอธิบาย
เหตุการณ์ต่างๆ ว่า ตรรกศาสตร์คลุมเครือ ( Fuzzy Logic ) สำหรับใช้วิเคราะห์ตรรกะของเหตุการณ์ที่อาจจะมีความ
ขัดแย้งหรือคลุมเครือ ในเรื่องของการให้ตรรกะได้ เช่น สีเทาอ่อนปานกลาง ให้บอกว่าคือสีดำใช่หรือไม่
? ตอบแบบ
ฟัซซี่ก็อาจจะได้คำตอบว่า เป็นสีดำ 50% เป็นสีขาว 50 % ( ซึ่งแต่ละคนอาจจะตอบไม่เหมือนกันก็ได้
) จะเห็นว่า
คำตอบที่ได้ ฉีกไปจากแนวคิดเดิมอย่างชัดเจน แม้กระทั่งกรณีของอุณหภูมิอากาศ ที่
26.5 องศาเซลเซียส คนๆเดียว
อาจจะเกิดความรู้สึกว่า น่าจะอุ่น ด้วยความน่าจะเป็น 30 % และน่าจะเย็น(ด้วย) ด้วยความน่าจะเป็น
80 % ก็ได้ !
ที่เป็นเช่นนี้ เพราะความรู้สึกของคนเราบางครั้งก็เอาแน่ไม่ได้ ( ขาดความแน่นอน
) ดังนั้น การบอกค่าเชิงตรรกะ
แบบฟัซซี่ จึงเป็นทางออกที่รู้สึกว่าจะสะท้อนความจริงได้มากกว่าตรรกะแบบเดิมๆนั่นเอง
ในเชิงคณิตศาสตร์นั้น การบอกค่าเชิงตรรกะของเหตุการณ์ต่างๆเช่น สีขาว-ดำ
อากาศเย็น-พอดี-อุ่น จะถูกสร้างเป็น
ฟังก์ชั่นหรือเซ็ต สำหรับอธิบายความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ ว่ามีค่าเท่าใดในช่วง
0-100 % เซ็ตที่สร้างขึ้นนี้ เรียกว่า
เซ็ตของความคลุมเครือ หรือ ฟัซซี่เซ็ต ( Fuzzy Set ) หรือ เซตวิภัชนัย ( ตามศัพท์บัญญัติของราชบัณฑิตยสถาน
)
โดยสร้างเป็นหลายๆเซ็ต เช่นเซ็ตของสีขาว ของสีดำ หรือเซ็ตของอากาศเย็น ของอากาศพอดี
ของอากาศอุ่น
เป็นต้น เหตุการณ์หนึ่งๆ สามารถเป็นสมาชิกของทุกเซ็ตก็ได้ เช่น ขณะที่อากาศ "เริ่มจะ" ร้อนอบอ้าว
ความน่าจะเป็น
ว่าอากาศเย็น = 0% ความน่าจะเป็นว่าอากาศพอดี = 20% ความน่าจะเป็นว่าอากาศอุ่น =
100% เป็นต้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่
กับว่าจะกำหนดฟังก์ชั่นหรือเซ็ตเหล่านี้ว่าอย่างไร ...
นี่คือจุดเริ่มต้นเชิงแนวคิดของการให้ตรรกะรูปแบบใหม่ที่เรียกว่าตรรกศาสตร์คลุมเครือ
หรือ ฟัซซีลอจิก จากนั้น
ยังต้องทำการวินิจฉัยตรรกะต่างๆ ในลักษณะคล้ายๆกับตรรกะบบเดิมๆที่มีคำว่า "และ" "หรือ" "ไม่" เมื่อสามารถ
วินิจฉัยได้แล้ว จึงดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งต่อไป สำหรับในทางวิศวกรรมนั้น นิยมใช้ฟัซซี่ลอจิกช่วยในการ
วิเคราะห์เหตุการณ์ต่างๆเพื่อทำการตัดสินใจให้ โดยนำไปใช้กับปัญหาที่มีลักษณะมีความคลุมเครือ
( Fuzzy ) หรือ
มีความไม่แน่นอน ( Uncertainty ) สูงนั่นเอง
การควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์
( CNC )
การควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์
หรือที่รู้จักกันในชื่อของ CNC ( Computerized Numerical Control
) นั้น
เป็นการประยุกต์ใช้ความสามารถขั้นสูงของระบบควบคุมที่ประมวลผลเชิงตัวเลข ซึ่งมีคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์หลัก
ในการประมวลผลความเร็วสูง โดยนำมาใช้กับการควบคุมกระบวนการทำงานของเครื่องจักรในอุตสาหกรรมการผลิต
ดังนั้น จึงอาจกล่าวได้ว่า CNC คือ การควบคุมเครื่องจักรกลด้วยคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะต้องทำการเขียนชุดคำสั่ง
หรือ
โปรแกรมสำหรับควบคุมเครื่องจักรด้วย โดยทั่วไปแล้ว นิยมเรียกรวมทั้งระบบควบคุมและเครื่องจักรว่า
เครื่อง CNC
ปัจจุบัน มีการนำความสามารถด้านการควบคุมของฟัซซี่ลอจิกมาผนวกใช้กับ
CNC เพื่อช่วยเพิ่มความถูกต้องแม่นยำ
และปรับแต่งค่าต่างๆในการควบคุมการทำงานของเครื่อง CNC ด้วย
 
PLC ( Programmable Logic Controller )
ในการควบคุมกระบวนการ ( Process ) ที่ทำงานอย่างเป็นลำดับ ( Sequence ) คือ
มีลำดับการทำงานของแต่ละ
ขั้นตอนที่ชัดเจน ว่าขั้นตอนนี้ทำงานก่อน แล้วอีกขั้นตอนหนึ่งจะเริ่มทำงานตามหลัง
จากนั้นอีกขั้นตอนหนึ่งก็จะเริ่ม
ดำเนินการเป็นลำดับถัดไป การทำงานอย่างเป็นลำดับนี้ อาจจะมีตัวรับรู้ ( Sensor )
ฉลาดๆ หรือหัววัด ( Probe )
ต่ออยู่ในระบบด้วยก็ได้ เพื่อให้ระบบสามารถทำงานได้อย่างอัตโนมัติและถูกต้อง จึงมีการใช้อุปกรณ์ต่างๆเข้ามา
ใช่ร่วมกันมากมาย ในช่วงราว 20 ปี มานี้ พัฒนาการด้านอิเล็กทรอนิกส์สารกึ่งตัวนำถูกพัฒนาไปไกลมาก
จึงมีตัว
ควบคุมอัตโนมัติที่ฉลาด ขนาดเล็ก มีความน่าเชื่อถือสูงออกมาจำหน่าย หนึ่งในนั้นก็คือ
PLC เป็นตัวควบคุมสำหรับ
ใช้ควบคุมลำดับการทำงาน ( Sequence Control ) ของกระบวนการ โดยผู้ใช้สามารถเขียนโปรแกรมกำหนดเงื่อนไข
การควบคุมได้ตามความต้องการ และสามารถแก้ไขโปรแกรมได้โดยง่าย ซึ่งเป็นข้อที่เหนือกว่าวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ที่เมื่อสร้างขึ้นมาแล้วแก้ไขวงจรได้ยากและไม่สะดวก แต่ PLC สามารถแก้ไขการทำงานได้โดยแก้ที่โปรแกรม
เท่านั้น นอกจากนี้ PLC ยังสามารถควบคุมแบบเปิดปิด ( On-Off ) ได้คราวละหลายวงจร
เพราะมีช่องต่อสัญญาณ
ขาเข้า ( Input ) และขาออก ( Output ) จำนวนมาก อีกทั้งหน่วยความจำ Relay และ Timer
ภายในอีกมากมาย
สำหรับผู้ใช้จะได้นำมาใช้เป็นเครื่องมือในการสร้างโปรแกรมควบคุมที่ซับซ้อนได้ นอกจากนี้
PLC ในยุคปัจจุบัน
ยังสามารถเชื่อต่อกับสัญญาณได้ทั้งแบบ Analog และ Digital อีกด้วย ทำให้สามารถต่อร่วมกับอุปกรณ์ต่างๆได้
มากมาย และสามารถพัฒนาโปรแกรมให้มีความฉลาดได้มากยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อนำเอาเทคนิคการ
ควบคุมต่างๆมาผนวกเข้าไว้ด้วยแล้ว ทำให้สามารถนำไปใช้ควบคุมกระบวนการที่ซับซ้อนได้เป็นอย่างดี
เช่น มี
ตัวควบคุมแบบฟัซซี่ หรือ มีตัวควบคุมแบบ PID เพิ่มเข้าไปใน PLC เป็นต้น
PLC ในยุคปัจจุบัน มีผู้ผลิตหลายรายในหลายทวีป เร่งพัฒนาให้มีความสามารถสูงๆ จนสามารถเดินสายสัญญาณ
สื่อสารระยะไกลๆได้ มีฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนมากขึ้น มีรูปแบบการเขียนโปรแกรมเป็นโครงสร้างมากขึ้น
สามารถดูแลระบบผ่านระบบคอมพิวเตอร์ได้ด้วยซอฟต์แวร์สำเร็จรูป กล่าวได้ว่ามีความน่าใช้
สะดวกกว่าในอดีตมาก
PLC จึงเป็นอุปกรณ์สำหรับการควบคุมอัตโนมัตที่มีการใช้งานอยู่ทั่วไปในภาคอุตสาหกรรมยุคปัจจุบัน
Ch.Thawatchai : Department of Electrical Engineering , KMUTT |
