หน้าที่และประโยชน์ของคอมพิวเตอร์ในการออกแบบ

คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบมีหน้าที่สำคัญ ๒ ประการ ประการแรกคือ อำนวยความสะดวกในการเขียนแบบ (drafting) ของชิ้นงาน ที่ต้องการบนจอภาพ การใช้คอมพิวเตอร์ในการออกแบบ จะตัดความยุ่งยากในการเขียนแบบบนกระดาษด้วยมือ ซึ่งเป็นงานที่ละเอียด ต้องการความสามารถสูง และกินเวลานานออกไป ทั้งนี้คอมพิวเตอร์สามารถแสดงภาพบนจอจากข้อมูลที่ผู้ออกแบบป้อนให้เป็นภาพ ทั้งในระบบ ๒ มิติ และ ๓ มิติได้ตามต้องการ ภาพในระบบ ๒ มิติ หรือ ๓ มิตินี้ เกิดขึ้นจากการมองชิ้นงานจากทิศทางที่แตกต่างกัน คอมพิวเตอร์สามารถออกแบบได้ทุกชนิด ตั้งแต่แบบอาคาร แบบบ้านที่อยู่อาศัยขนาดสะพาน รถยนต์ เครื่องบิน วงจรไฟฟ้า ของเล่น ตลอดจนแบบโฆษณาต่างๆ แบบเหล่านี้จะเก็บอยู่ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ ซึ่งผู้ใช้สามารถเรียกแบบที่เก็บไว้นี้ ออกมาแสดงบนจอภาพได้ทันทีที่ต้องการ และอาจพิจารณาปรับปรุงแก้ไขใหม่ หรืออาจสั่งให้นำแบบไปเขียนบนกระดาษด้วยเครื่องเขียน (plotter) แบบอัตโนมัติก็ได้

หน้าที่สำคัญประการที่ ๒ ของคอมพิวเตอร์ในงานออกแบบได้แก่ การจำลอง (simulation) สภาพการทำงานจริงของชิ้นงาน ที่ได้ออกแบบไว้ในสภาวะต่างๆ เพื่อศึกษารายละเอียดของชิ้นงาน และวิเคราะห์หาประสิทธิภาพ และคุณภาพของชิ้นงานนั้น โดยที่ผู้ออกแบบไม่จำเป็นต้องสร้างชิ้นงานต้นแบบ (prototype) ขึ้นมาทดลองจริงๆ นอกจากนั้นคอมพิวเตอร์ยังช่วยประหยัดเวลา ในการคำนวณค่าต่างๆ ที่ต้องการได้ด้วย ตัวอย่างเช่น ในงานออกแบบอาคาร หรือสะพาน เราต้องใช้คอมพิวเตอร์วิเคราะห์หาแรงกระทำตามจุดต่างๆ บนโครงสร้างของอาคาร หรือสะพาน เมื่อต้องรับน้ำหนักขนาดต่างๆ กัน ในการออกแบบรถยนต์ เราต้องใช้คอมพิวเตอร์จำลองสภาพการวิ่งของรถยนต์ที่ความเร็วต่างๆ บนพื้นถนนหลายชนิด เพื่อดูลักษณะการปะทะลมของตัวถัง และแรงกระทำต่อแกนล้อรถยนต์ ในการออกแบบเครื่องบิน เราต้องใช้คอมพิวเตอร์วิเคราะห์หาลักษณะของการพยุงตัวของปีกเครื่องบินในมุมต่างๆ ในการออกแบบเครื่องขยายเสียง เราต้องใช้คอมพิวเตอร์วิเคราะห์หาอัตราขยายสัญญาณ และความเพี้ยนของวงจรขยายเสียงและอื่นๆ อีกมาก ในงานต่างๆ เหล่านี้ คอมพิวเตอร์สามารถช่วยผู้ออกแบบได้อย่างรวดเร็ว และถูกต้อง

ประโยชน์ของการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบสรุปได้เป็น ๔ ประการสำคัญดังนี้ 
๑. เพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบ 

ในการเขียนแบบ คอมพิวเตอร์สามารถช่วยผู้ใช้วาดรูปต่างๆ บนจอภาพได้อย่างรวดเร็ว และง่ายดาย ผู้ใช้ที่ไม่มีฝีมือในด้านการเขียนแบบก็สามารถวาดแบบที่ต้องการได้อย่างถูกต้อง และได้มาตรฐาน โดยอาศัยคอมพิวเตอร์ช่วย โดยผู้ใช้เพียงแต่บอกลักษณะรูปร่างของชิ้นงานให้อยู่ในรูปของข้อมูลต่างๆ ให้กับคอมพิวเตอร์ ก็จะได้ภาพชิ้นงานนั้น ปรากฏบนจอภาพของคอมพิวเตอร์ได้ ตัวอย่างเช่น ในการเขียนแบบอาคาร ผู้ใช้อาจจะบอกคอมพิวเตอร์ว่า อาคารนั้นมีฐานเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนาด ๑๐,๐๐๐ ตารางเมตร มีความสูง ๓๐ เมตร มีเสาและคานรับน้ำหนักอยู่ที่ใด และมีขนาดเท่าใด รวมทั้งข้อมูลอื่นๆ ที่ผู้ใช้ต้องการ จากนั้น คอมพิวเตอร์ก็จะสามารถวาดแบบโครงสร้างของตัวอาคาร บนจอภาพให้ ซึ่งอาจจะเป็นภาพในลักษณะ ๒ มิติ หรือ ๓ มิติก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการและความสามารถ ของระบบคอมพิวเตอร์

ในด้านการวิเคราะห์คุณสมบัติ หรือคุณภาพของชิ้นงาน งานชิ้นใหญ่ๆ เช่น อาคารสูงๆ สะพานยาวๆ หรือเครื่องบิน ซึ่งต้องใช้การคำนวณตัวเลขเป็นจำนวนมหาศาล และต้องแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน งานเช่นนี้ ลำพังสมองมนุษย์ แม้จะมีความสามารถและเฉลียวฉลาด สามารถคำนวณ และแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ได้ก็ตาม แต่มนุษย์ก็ทำงานช้า และไม่สามารถทำงานหนักตลอดเวลา โดยไม่มีข้อผิดพลาดได้ ดังนั้น ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ก็จะลดเวลาของผู้ออกแบบลงได้มาก และยังให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องรวดเร็วอีกด้วย

คอมพิวเตอร์จะช่วยอำนวยความสะดวก ความรวดเร็ว และความแม่นยำในการออกแบบได้เป็นอย่างดี เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบ

๒. เพิ่มคุณภาพของงานออกแบบ 

การที่คอมพิวเตอร์สามารถรับภาวะทางด้านการคำนวณตัวเลขต่างๆ การแสดงผล และการเขียนแบบไปจากผู้ออกแบบได้ ทำให้ผู้ออกแบบสามารถใช้สมองและความสามารถของตนเองทำงาน ในส่วนที่สำคัญอื่นๆ เช่น ความปลอดภัย ความสวยงาม ผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมให้ได้ดียิ่งขึ้น ในที่นี้เราต้องทำความเข้าใจเสียก่อนว่า คอมพิวเตอร์ออกแบบ หรือตัดสินใจ เลือกแบบด้วยตัวมันเองไม่ได้ ถ้าเราต้องการสะพานยาว ๕๐ เมตร ที่สามารถรับน้ำหนักได้ ๒๐ ตัน เราจะหวังนำข้อมูลนี้ ไปป้อนให้คอมพิวเตอร์ แล้วให้มันออกแบบสะพานให้เราเสร็จอย่างอัตโนมัติเลยนั้นไม่ได้ สิ่งที่คอมพิวเตอร์ทำได้คือ คำนวณว่า ถ้าโครงสร้างสะพานมีรูปร่างอย่างนี้ มีฐานรองรับน้ำหนักรูปร่างขนาดนี้ ทำจากวัสดุประเภทนี้ มีความยาว และความกว้างอย่างนี้ และข้อกำหนดอื่นๆ ที่เราต้องป้อนเข้าไปแล้ว สะพานนั้นจะสามารถรับน้ำหนักสูงสุดได้เท่าไร ทนความสั่นสะเทือนได้เท่าใด และมีแรงกดตามจุดต่างๆ เท่าใด จะเห็นได้ว่า มนุษย์ยังต้องเป็นผู้กำหนดตัดสินใจเลือกแบบ และเปลี่ยนแปลงแก้ไขแบบ ให้กับคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์จึงเป็นเพียงเครื่องมือช่วยในการออกแบบให้กับมนุษย์เท่านั้น แต่ถ้ามีคอมพิวเตอร์ช่วย ผู้ออกแบบจะสามารถทดสอบแนวความคิด หรือหลักการใหม่ๆ ในการออกแบบได้ง่าย หรือจะศึกษาผลของการเปลี่ยนค่าตัวแปร ของการออกแบบ ที่มีต่อคุณภาพของงานออกแบบนั้น ได้ง่าย และสะดวกยิ่งขึ้น การปรับปรุงแก้ไขงานออกแบบที่ได้ทำไปแล้ว ก็ทำได้อย่างรวดเร็ว ถ้ามีคอมพิวเตอร์ช่วย ตัวอย่างเช่น การนำคอมพิวเตอร์มาช่วยในการออกแบบเครื่องบินโดยสาร ในปัจจุบันนั้น คอมพิวเตอร์จะวิเคราะห์ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ ปีก และส่วนอื่นๆ ทำให้ผู้ออกแบบสามารถออกแบบเครื่องบินโดยสาร ที่มีสมรรถนะสูงขึ้น แต่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงน้อยลง ขณะเดียวกัน เราสามารถสั่งให้คอมพิวเตอร์วิเคราะห์ลักษณะการทรงตัว ของเครื่องบิน ในกรณีเครื่องยนต์เครื่องหนึ่งเกิดขัดข้องไม่ทำงานได้ด้วย ทำให้เราสามารถออกแบบเครื่องบินที่มีความปลอดภัยสูง หรือออกแบบระบบเตือนภัยที่เหมาะสมได้ด้วย จากตัวอย่างข้างต้นนี้ จะเห็นว่า การใช้คอมพิวเตอร์ช่วย จะทำให้ผู้ออกแบบ สามารถออกแบบงานที่มีคุณภาพดีภายในเวลาที่กำหนดไว้ได้

๓. ลดต้นทุนการออกแบบและการผลิต 

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยเป็นการออกแบบที่ไม่สิ้นเปลืองทั้งวัสด ุและเวลา เพราะคอมพิวเตอร์สามารถจำลองการทำงาน หรือวิเคราะห์งานออกแบบให้ได้ โดยผู้ออกแบบไม่ต้องสร้างชิ้นงานต้นแบบขึ้นมาทดสอบจริงๆ ในกรณีที่งานออกแบบมีคุณภาพไม่ตรงกับความประสงค์ของผู้ใช้ ผู้ออกแบบจะทราบผลได้จากการวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ และสามารถตัดงานออกแบบชิ้นนั้นทิ้งไป โดยไม่ต้องนำไปสร้างให้สิ้นเปลืองเปล่าๆ การใช้คอมพิวเตอร์ช่วยกลั่นกรองงานออกแบบได้เช่นนี้ นับได้ว่า เป็นประโยชน์ และคุ้มค่าต่อการผลิตอย่างยิ่ง เพราะสามารถลดต้นทุนในการผลิตได้ทางหนึ่ง งานออกแบบที่ผ่านขั้นตอนนี้ไปแล้ว มักจะเป็นงานที่มีคุณภาพดี และสามารถนำไปสร้างหรือผลิตในขั้นต่อไปได้

การลดต้นทุนการผลิตอีกทางหนึ่งได้แก่ การเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสม เช่น เลือกวัสดุที่ราคาถูกกว่า แต่คุณภาพของงานชิ้นนั้นจะคงเดิม เป็นต้น คอมพิวเตอร์จะสามารถช่วยเราประเมินความสิ้นเปลืองวัสดุ และเครื่องมือที่ใช้ ในการผลิตชิ้นงานที่ออกแบบไว้ได้ ตัวอย่างเช่น ในการ ออกแบบอาคาร คอมพิวเตอร์จะสามารถบอกว่า ต้องใช้เหล็กเส้น ซีเมนต์ กระเบื้อง อิฐ ทราย และอื่นๆ ในการสร้างเป็นจำนวนเท่าไร ราคาเท่าไร และต้องใช้เครื่องมือ ประเภทใดบ้าง เพื่อที่จะสร้างให้เสร็จทันกำหนดเวลาที่ตั้งไว้ ในทำนองเดียวกัน คอมพิวเตอร์จะสามารถวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของชิ้นงาน เมื่อเราต้องการเปลี่ยนชนิดหรือส่วนผสม ของวัสดุที่ใช้ในการผลิตให้เราทราบได้ ตัวอย่างเช่น เราอาจจะต้องการลดขนาดของเหล็กเส้นลง หรือเปลี่ยนส่วนผสมของซีเมนต์กับทรายลง โดยให้อาคารยังสามารถรับน้ำหนักที่ต้องการได้ ในการออกแบบรถยนต์ คอมพิวเตอร์จะสามารถวิเคราะห์ว่า ความแข็งแรงของตัวถังรถยนต์จะเปลี่ยนแปลงไปเท่าใด ถ้าผู้ผลิตเปลี่ยนมาใช้ อะลูมิเนียม หรือไฟเบอร์กลาสแทนเหล็กกล้า หรือในกรณี ของการออกแบบสูตรผสมอาหารสัตว์ คอมพิวเตอร์จะช่วยวิเคราะห์หาคุณภาพทางโภชนาการของอาหารผสม เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสัดส่วนของการผสมวัตถุดิบ ซึ่งได้แก่ รำข้าว กากถั่วเหลือง ปลาป่น และข้าวโพด เป็นต้น ทั้งนี้เพื่อให้ผู้ผลิตสามารถเปลี่ยนแปลงสูตรผสมอาหารสัตว์ ให้สอดคล้องกับราคาวัตถุดิบ ที่มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาได้ ทั้งนี้โดยรักษามาตรฐานของคุณภาพอาหารสัตว์นั้น ไว้ให้คงเดิม ดังนั้นเราจะเห็นได้ว่า การนำคอมพิวเตอร์มาช่วยในการออกแบบจะสามารถช่วยเพิ่มคุณภาพ และลดต้นทุนการผลิตได้

๔. เป็นแหล่งรวบรวมข้อมูลต่างๆ ในการออกแบบ 

ตามปกติงานออกแบบโดยทั่วไป เมื่อทำเสร็จแล้ว เรายังสามารถนำข้อมูลมาใช้ในการออกแบบครั้งต่อไปได้ ความต้องการ หรือความสนใจของสังคมมนุษย์มักจะเปลี่ยนไปตามกาลเวลา และเทคโนโลยี เช่น ในการออกแบบรถยนต์ เป็นไปไม่ได้ที่เราจะออกแบบเพียงครั้งเดียว แล้วได้รถยนต์ที่ดีและเหมาะสมที่สุด จนไม่ต้องแก้ไข หรือออกแบบใหม่ในภายหลัง ของที่ดีและสวยที่สุดในปัจจุบัน อาจจะล้าสมัย และไม่น่าดูในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าก็ได้ ด้วยเหตุนี้การออกแบบชิ้นงาน แต่ละชิ้นงาน แต่ละประเภทจะต้องเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก ดังนั้นข้อมูลของการออกแบบงานแต่ละชิ้น จะต้องเก็บไว้ เพื่อนำมาใช้ประกอบในการออกแบบครั้งต่อๆ ไป โดยทั่วไปชิ้นงาน หรือผลิตภัณฑ์แต่ละชิ้น มักจะประกอบด้วยส่วนย่อยต่างๆ มากมาย การออกแบบงานแต่ละชิ้นก็มักจะทำด้วยกันหลายคน แต่ละคนออกแบบแต่ละส่วนย่อย แล้วนำมาประกอบกัน แต่ละส่วนก็ต้องมีรายละเอียด และข้อมูลสำหรับงานชิ้นนั้นๆ อีกมิใช่น้อย ไม่ว่าจะเป็นอาคาร รถยนต์ รถจักรยานยนต์ เครื่องบิน เครื่องจักร ของเล่น วิทยุ โทรทัศน์ หรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ล้วนแล้วแต่มีหลายขนาด หลายรุ่น และก็จะมีรุ่นใหม่ๆ เกิดขึ้นอีก อย่างไรก็ตาม เราจะพบว่า ชิ้นงานแต่ละประเภท แม้จะมีหลายรุ่นหลายแบบ แต่ก็มีชิ้นส่วนบางชิ้นที่ยังคงใช้ของเดิม หรือใช้ร่วมกับชิ้นงานอื่นอยู่ เช่น รถจักรยานยนต์อาจจะมีหลายรูปแบบ แต่มักจะใช้ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ หรือล้อรถ หรือเบาะนั่งเหมือนกัน

สรุปแล้วเราจะเห็นว่า ในการออกแบบแต่ละครั้งจะมี ข้อมูลจำนวนมากมายที่ต้องเก็บไว้เพื่อใช้ประโยชน์ภายหลัง แต่ถ้าเราเก็บข้อมูลเหล่านี้ไว้ในรูปของเอกสารแล้ว ก็อาจจะเกิดปัญหาต่างๆ ขึ้นได้ เช่น เปลืองเนื้อที่ในการเก็บ เอกสารสูญหาย หรือกระจัดกระจาย ไม่เป็นระเบียบ และเก็บข้อมูลซ้ำซ้อน ยิ่งกว่านั้นในกรณีที่มีข้อมูลเป็นจำนวนมาก ย่อมจะทำให้การค้นหา (searching) การเปลี่ยนแปลง (modifying) การจัดลำดับ (sorting) หรือการสอดแทรก (inserting) เป็นไปอย่างไม่ค่อยสะดวกทันใจเท่าไรนัก ปัญหาเหล่านี้ คอมพิวเตอร์สามารถช่วยเราได้เป็นอย่างดี เพราะเครื่องที่ช่วยจำของคอมพิวเตอร์ เช่น แผ่นจานแม่เหล็ก และแถบแม่เหล็ก เป็นเครื่องที่กินเนื้อที่น้อย แต่สามารถเก็บข้อมูลได้มาก รูปแบบของการเก็บข้อมูลของ คอมพิวเตอร์ก็มักทำกันอย่างมีกฎเกณฑ์ ซึ่งมีชื่อเรียกทาง วิชาการว่า ฐานข้อมูล (data base) คอมพิวเตอร์ที่มีระบบ การจัดการฐานข้อมูล (data base management system) ที่ดี จะแก้ปัญหาต่างๆ ข้างต้นได้เป็นอย่างดี และยังลดความ ซ้ำซ้อนของการเก็บข้อมูลได้ ยิ่งกว่านั้น ยังสามารถอำนวยความสะดวก ในด้านอื่นๆ ได้อีกด้วย เช่น พิมพ์รายชื่อชิ้น ส่วนย่อยต่างๆ พร้อมต้นทุนการผลิตและวันสุดท้ายของการ ออกแบบชิ้นส่วนนั้น ด้วยเหตุนี้อุตสาหกรรมการผลิตและ ออกแบบสมัยใหม่ จึงนิยมใช้ระบบคอมพิวเตอร์สำหรับทำ ฐานข้อมูลเพื่องานต่างๆ อีกด้วย