อุตสาหกรรม – NECTEC : National Electronics and Computer Technology Center

ด้านวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีระบบและเครือข่ายอัจฉริยะ (ITSN)

Sasiwipar Hasuk — Fri, 28 Feb 2025 09:10:47 +0000

ด้านวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีระบบและเครือข่ายอัจฉริยะ (ITSN) อยู่ภายใต้ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.) มีบทบาทในการนำนวัตกรรมการผลิตที่ทันสมัยมาสนับสนุนการยกระดับการผลิตในภาคอุตสาหกรรมให้เข้าสู่อุตสาหกรรม 4.0

ทีมวิจัยภายใต้สังกัด

ทีมวิจัยนวัตกรรมการผลิตอัจฉริยะ (IMI)
ทีมวิจัยเทคโนโลยีเกษตรดิจิทัล (DAT)

กลุ่มวิจัยไอโอทีและระบบอัตโนมัติสำหรับงานอุตสาหกรรม (IIARG)

Sasiwipar Hasuk — Wed, 15 Jun 2022 02:53:27 +0000

กลุ่มวิจัยไอโอทีและระบบอัตโนมัติสำหรับงานอุตสาหกรรม (IIARG) อยู่ภายใต้ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.) มีบทบาทในการวิจัยพัฒนา รวมถึงให้บริการคำปรึกษา ทดสอบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ต้นแบบ สร้างองค์ความรู้และสร้างนวัตกรรมด้าน IoT และระบบอัตโนมัติ เพื่อตอบโจทย์ด้านอุตสาหกรรมของของประเทศ

ทีมวิจัยภายใต้สังกัด

ติดต่อ

กลุ่มวิจัยไอโอทีและระบบอัตโนมัติสำหรับงานอุตสาหกรรม (IIARG)
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค)
อีเมล : iiarg[at]nectec.or.th
โทร : 02-564-6900

คุยกันเรื่องเวลา (ตอนที่ 2) : Cycle Time

dtmd-saw — Tue, 10 Nov 2020 08:01:58 +0000

บทความ | ดร.ธนกร ตันธนวัฒน์ ทีมระบบไซเบอร์-กายภาพ (CPS) หน่วยทรัพยากรด้านการคำนวณและไซเบอร์-กายภาพ (NCCPI) ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) ภาพปก | ปาลิตา อินทรักษ์

หากผู้อ่านมีนิยามของคำว่า Cycle time ที่ตนเองใช้อยู่แล้ว ก็อย่าเพิ่งด่วนสรุปว่านิยามดังกล่าวเป็นที่ทราบกันดีและใช้กันอยู่ทั่วไปเป็นสากล หากสืบค้นเอกสารมากพอ ตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบัน ทั้งในวงการวิศวกรรม วงการธุรกิจ หรือแม้กระทั่งวงการพัฒนาซอฟต์แวร์ ก็จะพบว่ามีการใช้คำว่า Cycle time ในความหมายที่หลากหลายแตกต่างกันไป ความหมายที่หลากหลายแตกต่างกันของคำว่า Cycle time ได้รับการอธิบายไว้อย่างชัดเจนในบทความ [1] หากสืบค้นคำว่า Cycle time ก็จะพบนิยามหรือการให้ความหมายแตกต่างกันไป เช่น

เวลาที่ทีมเริ่มลงมือสร้างผลงานจนกระทั่งงานเสร็จพร้อมที่จะส่งมอบ [2]
เวลาที่แต่ละกระบวนการในไลน์การผลิต ซึ่งจะมีความแตกต่างกันในแต่ละสถานีงาน [3]
เวลาที่ถูกจัดสรรเพื่อทำการผลิตชิ้นงานให้เสร็จสิ้น [4]

หรือถ้าเป็นภาษาอังกฤษ ก็จะพบนิยามหรือการให้ความหมาย เช่น

The time it takes to complete the production of one unit from start to finish [5]
The time starting when operation begins to the point of time when the operation ends [6]
The time taken to produce one unit from the start to the end [7]
The (average) time between two products coming of the line [8]
The (average) interval between successive deliveries [9]
The length of time, on average, that it takes to complete a step or set of steps within an operation [10]

ลองพิจารณาตัวอย่างของกระบวนการซักอบรีดอัตโนมัติ (Automatic laundry) ในตัวอย่างที่ 1 แล้วใช้นิยามต่างๆที่กล่าวมาข้างต้นในการคำนวณค่า Cycle time

ตัวอย่างที่ 1: บริษัทแห่งหนึ่งมีเครื่องจักรสาหรับกระบวนการซักอบรีดอัตโนมัติอยู่ 3 เครื่องดังแสดงใน ภาพที่ 1 แต่ละเครื่องทำงานเฉพาะแต่ละขั้นตอนได้แก่ (1) ซัก (2) อบ และ (3) รีด ซึ่งแต่ละขั้นตอนใช้ เวลาทำงานดังแสดงในรูป และสามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติหลังจากที่ Operator กดปุ่มทางาน กระบวนการซักอบรีดอัตโนมัตินี้จำเป็นต้องใช้ Operator 1 คน ซึ่งทำหน้าที่ในทุกขั้นตอน แต่ละขั้นตอน Operator ต้อง Unload ผ้าที่ทำเสร็จแล้วออกจากเครื่อง, Load ผ้าที่ยังไม่ได้ทำเข้าเครื่อง, กดปุ่มให้ เครื่องทำงาน, และขนย้ายผ้าไปยังขั้นตอนถัดไป ในกรณีอย่างง่ายที่กาลังพิจารณานี้ กำหนดให้กิจกรรม ของ Operator ใช้เวลาน้อยกว่าเวลาที่เครื่องทำงานมากจนอนุมานได้ว่ามีค่าเป็น 0 และบริษัทต้องมีผ้าที่ ผ่านกระบวนการซักอบรีดเสร็จแล้วออกมาจากกระบวนการในอัตราเฉลี่ยไม่เกิน 60 นาทีต่อโหลด จึงจะ ตอบสนองต่อปริมาณความต้องการของลูกค้าได้ทัน กระบวนการซักอบรีดอัตโนมัตินี้มีค่า Cycle time เป็นเท่าไร

ภาพที่ 1: ตัวอย่างกระบวนการซักอบรีดอัตโนมัติ

หากคําตอบของท่านเป็น 45, 60, 105, หรือ 120 นาทีต่อโหลด นิยาม Cycle time ที่ท่านเข้าใจ ก็ตรงกับนิยาม Cycle time ที่อีกหลายๆคนเข้าใจ นี่เป็นเพียงตัวอย่างของกระบวนการอย่างง่าย หากเป็น กระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น คําตอบที่ได้ก็จะมีความหลากหลายมากขึ้น คําถามคือเราควรใช้ความหมาย ใด และคําถามที่สําคัญกว่าคือเราควรจะสื่อสารกันอย่างไรให้เข้าใจตรงกัน

วัตถุประสงค์ของการใช้ Cycle time

มนุษย์นิยามคําศัพท์ใดๆขึ้นมาเพื่อใช้ในการสื่อสารสิ่งที่ตนเองคิดหรือข้อมูลบางอย่าง สําหรับ คําศัพท์ทางเทคนิค เช่น Cycle time นอกจากจะใช้เพื่อการสื่อสารแล้วยังใช้เพื่อการวิเคราะห์และตัดสินใจบางอย่างอีกด้วย หากมีคนบอกว่ากระบวนการหนึ่งมี Cycle time เป็น 30 นาทีต่องาน เราจะนําตัวเลข 30 นาทีต่องานนี้ไปทําอะไรต่อไป วัตถุประสงค์ของการใช้คําศัพท์นี้ ซึ่งมักไม่มีการกล่าวถึงอย่างชัดเจนขณะสื่อสาร เป็นองค์ประกอบสําคัญในการให้ความหมายของคําศัพท์ทางเทคนิค เมื่อไม่มีการสื่อสารหรือตกลงบริบทของการใช้งานคําศัพท์ให้ชัดเจนระหว่างผู้ส่งสารและผู้รับสาร ต่างฝ่ายต่างก็อนุมานบริบทตามประสบการณ์และความรู้ของตนเอง ซึ่งอาจแตกต่างกันไป และนําไปสู่ความเข้าใจที่ไม่ ตรงกัน บ่อยครั้งก็นําไปสู่การถกเถียงว่าความหมายใดถูกความหมายใดผิด ซึ่งก็ไม่มีประโยชน์หากการ ถกเถียงนั้นไม่ได้มีการขยายความเกี่ยวกับบริบทของการใช้งานคําศัพท์ที่ต่างฝ่ายต่างเข้าใจ หรืออีกนัยหนึ่ง ผู้รับสารกับผู้ส่งสารกําลังใช้คําศัพท์เดียวกันในการอธิบายปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันโดยมีวัตถุประสงค์ใน การนําไปใช้งานที่ไม่เหมือนกัน สําหรับบทความนี้ ผู้เขียนจะอธิบายคําว่า Cycle time ในบริบทของการ นําไปใช้เพื่อวิเคราะห์ว่ากระบวนการหนึ่งมีความสามารถในการตอบสนองต่อปริมาณความต้องการของ ลูกค้าได้หรือไม่ โดยนําไปเปรียบเทียบกับ Takt time (ซึ่งได้อธิบายไปในตอนที่ 1)

ย้อนกลับไปที่ตัวอย่างที่ 1 ด้วยความหมายของ Takt time ตามที่ได้อธิบายในบทความตอนที่ 1 ทําให้เราทราบว่า Takt time ในตัวอย่างนี้มีค่าป็น 60 นาทีต่อโหลด และหากใช้บริบทของการใช้งานคํา ว่า Cycle time ตามที่ได้อธิบายมาข้างต้น เราจะสามารถตอบได้ทันทีว่ากระบวนการซักอบรีดอัตโนมัตินี้ สามารถตอบสนองต่อปริมาณความต้องการของลูกค้าได้ โดยใช้ตัวเลข Cycle time 45 นาทีต่อโหลด มา เปรียบเทียบกับตัวเลข Takt time 60 นาทีต่อโหลด ในบริบทของการใช้งานคําว่า Cycle time เช่นนี้ จะ เห็นว่ามีเพียงตัวเลขที่ถูกต้องสําหรับ Cycle time เพียงตัวเลขเดียว คือ 45 นาทีต่อโหลด ไม่ใช่ 60, 105, 120 หรือตัวเลขอื่นใด

ปรากฏการณ์ของกระบวนการซักอบรีดอัตโนมัติที่กําหนดในตัวอย่างที่ 1 นั้น มีขั้นตอนการอบ เป็นขั้นตอนที่เป็นคอขวด (Bottleneck) เนื่องจากใช้เวลานานที่สุด แม้ว่าเครื่องซักจะทํางานเสร็จแล้ว แต่ ก็ต้องรอนิ่งๆ (Idle time หรือ Wait time) อีก 15 นาที จนเครื่องอบเสร็จ Operator จึงจะสามารถนํา ผ้าออกมาจากเครื่องซักและขนย้ายไปเข้าเครื่องอบได้ ทํานองเดียวกัน แม้ว่าเครื่องรีดจะทํางานเสร็จก่อน แต่ก็ต้องรองานใหม่อีก 15 นาที จากเครื่องอบ จึงจะมีงานมาให้เริ่มขั้นตอนการรีดได้ หากเราไปยืนสังเกต ผ้าที่ออกมาจากเครื่องรีดอย่างต่อเนื่องและจับเวลาระหว่างแต่ละครั้งที่ผ้าออกมาจากเครื่อง ก็จะเห็นว่ามี ผ้า 1 โหลดออกมาทุกๆ 45 นาที เนื่องจาก Takt time มีค่าเป็น 60 นาทีต่อโหลด ซึ่งหมายว่าลูกค้า ต้องการผ้าออกมาจากกระบวนการซักอบรีดไม่ช้ากว่า 60 นาทีต่อโหลด กระบวนการนี้จึงสามารถ ตอบสนองต่อปริมาณความต้องการของลูกค้าได้ ดังนั้น หากท่านใดตอบคําถามในตัวอย่างที่ 1 ว่ามี Cycle time เป็นค่าอื่นที่ไม่ใช่ 45 นาทีต่อโหลด นิยามและวัตถุประสงค์ของการนิยามนั้นอาจแตกต่างไปจากที่ อธิบาย ณ ที่นี้ ซึ่งไม่ได้หมายความว่าผิด แต่หมายความว่าไม่ได้ถูกนิยามให้มาใช้ในบริบทที่กําลังอธิบายนี้

ความหมายของ Cycle Time

เมื่อทําความเข้าใจและกําหนดบริบทของวัตถุประสงค์ในการใช้คําว่า Cycle time แล้ว ความหมายที่ผู้เขียนเห็นว่าใกล้เคียงและชัดเจนระดับหนึ่งที่จะใช้อธิบายคําว่า Cycle time ได้อย่าง กว้างๆ คือ

“The average interval between successive deliveries”
“ช่วงระยะเวลาโดยเฉลี่ยระหว่างสินค้าชิ้นหนึ่งกับสินค้าชิ้นถัดไปที่ออกมาจากกระบวนการ”

เหตุที่ผู้เขียนใช้คําว่าเป็นความหมายที่ “ใกล้เคียงและชัดเจนระดับหนึ่ง” เนื่องจากใน กระบวนการผลิตจริงมีความซับซ้อนและเงื่อนไขต่างๆมากกว่าที่ยกมาอธิบายในตัวอย่างที่ 1 ความหมาย ของคําว่า Cycle time ที่ยกมากล่าวถึงนี้อาจไม่ชัดเจนพอที่จะสื่อสารรายละเอียดที่เกิดขึ้นในกระบวนการ ผลิต แต่ก็เพียงพอที่จะสื่อสารถึงแนวคิดและวัตถุประสงค์ของการนําคําว่า Cycle time ไปใช้ต่อได้ และก็ ชัดเจนเพียงพอที่จะแยกแยะความหมายอื่นที่มีวัตถุประสงค์ในการใช้งานอย่างอื่นออกไป สําหรับ กระบวนการผลิตจริง เพื่อให้สื่อสารเกี่ยวกับ Cycle time และวิเคราะห์กระบวนการผลิตได้แม่นยํามาก ขึ้น อาจมีการแบ่ง Cycle time เป็นประเภทต่างๆ เช่น Theoretical cycle time, Actual cycle time, Manual cycle time, Machine cycle time, Auto cycle time, Standard cycle time, Average cycle time เป็นต้น ซึ่งไม่ได้อยู่ในขอบเขตที่อธิบายในบทความนี้

ตัวอย่างการคํานวณ Cycle Time

เพื่อให้เข้าใจความหมายของคําว่า Cycle time ชัดเจนขึ้น ผู้เขียนขออธิบายโดยใช้ตัวอย่าง โดย เริ่มจากตัวอย่างที่มีความซับซ้อนน้อยไปหาตัวอย่างที่มีความซับซ้อนมาก ดังต่อไปนี้

ตัวอย่างที่ 2: กระบวนการซักผ้ากระบวนการหนึ่งใช้เครื่องซักผ้าจํานวน 3 เครื่อง แต่ละเครื่องใช้เวลาซัก ผ้า 90 นาทีต่อโหลด กระบวนการซักผ้านี้มี Cycle time เป็นเท่าไร

ภาพที่ 2: ตัวอย่างกระบวนการซักผ้า

เนื่องจากเครื่องซักผ้าทำงานขนานกัน หากนำผ้า 3 โหลด เข้าเครื่องทั้ง 3 เครื่องพร้อมกัน ก็จะใช้เวลา 90 นาที จึงจะได้ผ้าซักแล้วออกมา 3 โหลด Cycle time จึงคำนวณได้จาก:

Cycle time = ระยะเวลา / จำนวนงาน: = 90 min / 3 loads; = 30 min/load

ทั้งนี้ แม้ว่าในความเป็นจริง ผ้าอาจเข้าเครื่องซักแต่ละเครื่องไม่พร้อมกัน และได้ผ้าซักแล้วออกมาไม่พร้อม กัน แต่ถ้าจับและบันทึกช่วงเวลาระหว่างที่ผ้าโหลดหนึ่งออกมากับผ้าโหลดถัดไปออกมาหลายๆครั้ง เป็น ระยะเวลานานมากพอ ก็จะพบว่าค่าเฉลี่ยเข้าใกล้ 30 นาทีต่อโหลด

ตัวอย่างที่ 3: กระบวนการประกอบ Printed Circuit Board (PCB) กระบวนการหนึ่งเป็นกระบวนการ แบบ Manual ประกอบด้วย 5 ขั้นตอน ได้แก่ (1) ทําความสะอาด PCB (2) เสียบ IC Chip ลงใน PCB (3) บัดกรีแต้ม (4) บัดกรีจริง (5) ทําความสะอาดชิ้นงาน โดยกําหนดให้มีการทํางานเป็นแบทช์ แบทช์ละ 5 ชิ้น ซึ่งในแต่ละขั้นตอนต้องทําให้ครบทุกชิ้นในแบทช์ก่อนแล้วจึงทําขั้นตอนถัดไป ถ้ามี Operator 1 คน กระบวนการนี้มี Cycle time เป็นเท่าไร

ภาพที่ 3: ตัวอย่างกระบวนการประกอบ PCB

เนื่องจากในกรณีนี้เป็นกระบวนการแบบ Manual ซึ่ง Operator
ต้องทําขั้นตอนหนึ่งให้เสร็จก่อนแล้วจึง สามารถทําขั้นตอนถัดไปได้ เวลาที่ต้องใช้ในหนึ่งรอบการทํางานของ Operator สําหรับ 1 แบทช์ จึงต้อง นําเวลาในแต่ละขั้นตอนมารวมกัน Cycle time จึงคํานวณได้จาก

Cycle time = ระยะเวลา / จํานวนงาน: = (20 s + 10 s + 30 s + 50 s + 30 s) / 1 batch; = 140 s/batch; = 140 s / 5 pc; = 28 s/pc

ดังนั้น กระบวนการประกอบ PCB นี้จึงมีค่า Cycle time เป็น 28 s/pc

ตัวอย่างที่ 4: เนื่องจากปริมาณความต้องการ PCB มีมากขึ้น กระบวนการประกอบ PCB ในตัวอย่างที่ 3 ไม่สามารถตอบสนองต่อปริมาณความต้องการที่เพิ่มขึ้นได้ ฝ่ายวางแผนการผลิตจึงได้ขอ Operator เพิ่มขึ้น 1 คน จากเดิม 1 คน เป็น 2 คน สําหรับประกอบ PCB โดยให้ Operator#1 ทําขั้นตอนที่ 1 ถึง 3 และ Operator#2 ทําขั้นตอนที่ 4 ถึง 5 ดังแสดงในภาพที่ 4 และทําเป็นแบทช์ แบทช์ละ 5 ชิ้น เหมือนเดิม ในกรณีนี้ Cycle time ของกระบวนการประกอบ PCB มีค่าเป็นเท่าไร

ภาพที่ 4: ตัวอย่างกระบวนการประกอบ PCB ที่ใช้ Operator 2 คน

Cycle time ของแต่ละ Operator สามารถคํานวณได้ดังนี้

C.T. Operator#1 = (20 s + 10 s + 30 s) / 5 pc: = 60 s / 5 pc = 12 s/pc

C.T. Operator#2 = (50 s + 30 s) / 5 pc: = 80 s / 5 pc = 16 s/pc

จะเห็นว่า Operator#1 ใช้เวลาในการส่งมอบชิ้นงานโดยเฉลี่ย 12 วินาทีต่อชิ้น ในขณะที่ Operator#2 ใช้เวลาในการส่งมอบชิ้นงานโดยเฉลี่ย 16 วินาทีต่อชิ้น นั่นหมายความว่า Operator#1 ต้องรอ Operator#2 โดยเฉลี่ย 4 วินาทีต่อชิ้น อีกนัยหนึ่งก็คือ Operator#2 (ขั้นตอนที่ 4 ถึง 5) เป็น Bottleneck ของกระบวนการประกอบ PCB ดังนั้น ในกรณีนี้ Cycle time ของกระบวนการประกอบ PCB จึงมีค่าเป็น 16 วินาทีต่อชิ้น

ข้อมูลอ้างอิง: [1] https://www.theleanthinker.com/2010/04/28/takt-time-cycle-time; [2] https://medium.com/tdg-sm/lead-time-และ-cycle-time-คืออะไร-และต่างกันอย่างไร-8312e3a56fc; [3] https://moo-story-chat.blogspot.com/2012/11/takt-time.html; [4] https://www.thailandindustry.com/indust_newweb/articles_preview.php?cid=10502; [5] https://toggl.com/takt-time-cycle-time-lead-time; [6] https://www.simplilearn.com/time-confusion-cycle-time-takt-time-lead-time-part-1-article; [7] https://www.minterapp.com/takt-time-vs-cycle-time-vs-lead-time; [8] https://www.mudamasters.com/en/lean-toolbox-lean-production-lean-transformations/takt-cycle-process-and-lead-time; [9] https://connected-knowledge.com/2015/05/26/cycle-time-revisited; [10] https://hbswk.hbs.edu/archive/hbs-toolkit-basic-operations-self-instructional-workbook

ดาวน์โหลด

[ดาวน์โหลดเอกสาร]

โพรโทคอลสื่อสารในงานอุตสาหกรรม (Industrial Communication Protocols)

dtmd-saw — Thu, 10 Oct 2019 07:41:37 +0000

บทความ | ธงชัย ธงวิจิตรมณี ทีมระบบไซเบอร์-กายภาพ (CPS) หน่วยทรัพยากรด้านการคำนวณและไซเบอร์-กายภาพ (NCCPI) ภาพประกอบ | กรรวี แก้วมูล

ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม (Industrial Automation Systems) ทำหน้าที่เชื่อมโยงอุปกรณ์ต่าง ๆ ประกอบด้วย เครื่องกล อิเล็กทรอนิกส์ เซนเซอร์ ตัวขับเร้า (actuator) และคอมพิวเตอร์ที่ถูกออกแบบเพื่อลดหรือหลีกเลี่ยงการสั่งงานจากมนุษย์ และสามารถทำงานได้หลากหลายตามที่ต้องการได้ เพื่อให้เกิดประโยชน์ในด้านการลดค่าใช้จ่าย มีคุณภาพเพิ่มขึ้น และมีประสิทธิภาพโดยรวมมากขึ้น ตลอดจนมีความปลอดภัยในการทำงาน [1,2] การสื่อสารในอุตสาหกรรม (Industrial Communication) เป็นระบบสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม และมีส่วนสำคัญมากในการพัฒนาระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมให้มีความทันสมัย รายงานนี้เป็นการศึกษาการสื่อสารในอุตสาหกรรม Industrial Communications ที่มีโพรโทคอลหลักที่ใช้แพร่หลาย เช่น PROFINET, PROFIBUS, EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus RTU, Modbus TCP เป็นต้น

การพัฒนาการสื่อสารในอุตสาหกรรม

ระบบสื่อสารในอุตสาหกรรมได้ผ่านการพัฒนาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่เริ่มแรกในปีคริสต์ทศวรรษ 1980 [3,4] จนถึงปัจจุบัน โดยอาจแบ่งการพัฒนาที่สำคัญออกเป็น 3 ช่วง ได้แก่ 1. Classical Fieldbus system 2. Industrial Ethernet และ 3. Wireless networks in automation โดยรายงานฉบับนี้จะกล่าวถึงเฉพาะสองลำดับแรกเท่านั้น

1) Classical Fieldbus System

การสื่อสารในอุตสาหกรรมในยุคเริ่มแรกจะใช้คำว่า Fieldbus system โดยคำนี้ถือกำเนิดจากกระบวนการในโรงงานเคมีและได้ถูกใช้มาจนถึงปัจจุบัน และนิยามของคำนี้จาก International Electrotechnical Commission (IEC) 61158 ระบุว่า “A fieldbus is a digital, serial, multidrop, data bus for communication with industrial control and instrumentation devices such as-but not limited to-transducers, actuators and local controllers.” และ Fieldbus ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อทดแทนการเชื่อมต่อสายสัญญาณแบบ Star ซึ่งเป็นการเชื่อมสายสัญญาณจุดต่อจุดระหว่างขาเข้าและขาออกของอุปกรณ์ดิจิทัลหรืออนาล็อกกับอุปกรณ์ควบคุมศูนย์กลาง โดยเชื่อมต่อสายสัญญาณเป็นแบบ Line หรือ Bus ด้วยสายสัญญาณเส้นเดียวและมีขั้วต่อปลายทางแบบ DB 9 pins โดยมีอินเตอร์เฟซแบบ RS232 หรือ RS485 ระบบการสื่อสารแบบ Fieldbus ถูกให้ความสำคัญจากแนวคิดเรื่อง Automation Pyramid ซึ่งมีรายละเอียดใน The International Society of Automation (ISA) ในมาตรฐานเลขที่ 95 หรือ ISA-95 [5]

รูปที่ 1 Automation Pyramid (หรือ Automation Hierarchy)

มาตรฐาน ISA-95 พัฒนาต่อยอดจาก Purdue Reference Model for Computer-integrated Manufacturing (CIM) ซึ่งได้สร้างแนวคิดในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1970 ในยุคที่อุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์เพิ่งพัฒนาในยุคแรก และใน ISA-95 Part 1: Models and Terminology ได้กล่าวถึง Automation pyramid ดังแสดงในรูปที่ 1 ประกอบด้วย 5 ชั้น ตามลำดับดังนี้

เริ่มจากชั้นบนสุดคือชั้นที่ 4 บทบาทหรือหน้าที่ทางธุรกิจ ได้แก่ Enterprise Resource Planning (ERP), Material Requirement Planning (MRP), และ Supply Chain Management (SCM) เป็นต้น

ชั้นที่ 3 การจัดการควบคุมการผลิต ประกอบด้วยชั้นที่ 3 ลงไปจนถึงชั้นที่ 0 โดยชั้นที่ 3 ประกอบด้วย Manufacturing Execution System (MES), Laboratory Information Management System (LIMS), Quality Management (QM) เป็นต้น ชั้นที่2 ประกอบด้วย Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) ชั้นที่ 1 ประกอบด้วย Distributed Control System (DCS), Open Control System (OCS), และ Programmable Logic Controller (PLC) ที่ใช้เชื่อมต่อกับ ชั้นที่ 0 ประกอบด้วย sensors และ ตัวขับเร้า เป็นต้น ซึ่งเป็นกระบวนการทางฟิสิกส์และเคมีที่ระบบต้องการควบคุม โดยการเชื่อมต่อของการจัดการควบคุมการผลิตจะใช้เทคโนโลยี Fieldbus เชื่อมต่อแบบ serial ชนิด RS232 ที่เป็นการเชื่อมต่อจุดต่อจุดในช่วงแรก และ ต่อมาเป็นชนิด RS485 ซึ่งเชื่อมต่อแบบ bus network ที่มีความสามารถแบบ multi-dropper และ multi-point [4] และทำให้ความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ มีจำนวนมากสุดเท่ากับ 32 ชิ้น รวมถึงมีความยาวสายสัญญาณสูงสุดเท่ากับ 1,200 เมตร และมีความเร็วส่งผ่านข้อมูลสูงสุดเท่ากับ 10 Mbit/s ในยุคแรก และต่อมาอาศัยเทคโนโลยี Industrial Ethernet ทำให้มีความเร็วส่งผ่านข้อมูลสูงสุดเท่ากับ 10/100 Mbit/s ในยุคต่อมา

ในพัฒนาการของระบบ Fieldbus จะเห็นได้ว่า โพรโทคอลคือข้อกำหนดที่ใช้เพื่อเป็นมาตรฐานสำหรับการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ หรือภาษาที่ใช้สื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์บนเครือข่าย จะมีความหลากหลายเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1980 อันเกิดจากพัฒนาการของฮาร์ดแวร์ด้าน Microprocessors การพัฒนาของวิศวกรรมด้านการส่งผ่านข้อมูลในสายโทรศัพท์ และที่สำคัญการพัฒนาของวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ที่ได้เสนอรูปแบบมาตรฐาน The International Organization for Standardization (ISO) เกี่ยวกับ Open System Interconnection (OSI) ในช่วงต้นปี ค.ศ 1980 เพื่อเป็นมาตรฐานกลางอ้างอิงการสื่อสารและเปรียบเทียบการทำงานบนเครือข่าย หลังจากนั้น โพรโทคอลเกี่ยวกับ Fieldbus ได้เกิดขึ้นมากมายนับจากนั้น เพราะระบบอัตโนมัติได้ถูกใช้แก้ปัญหาในหลากหลายอุตสาหกรรมไม่เพียงแต่ในโรงงานการผลิต ยังใช้ในระบบการควบคุมอาคารและบ้านเรือน ระบบควบคุมในรถยนต์ ระบบควบคุมในอากาศยาน ระบบควบคุมไฟฟ้ากำลัง และ ระบบควบคุมเครื่องจักรในอุตสาหกรรมผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น ซึ่งการประยุกต์ใช้แก้ปัญหาในหลากหลายอุตสาหกรรมก็มีข้อกำหนดการใช้งาน รวมถึงตัวแปรต้นและตัวแปรตามที่แตกต่างกัน จึงทำให้โพรโทคอลของ Fieldbus มีจำนวนมากและหลากหลาย แต่โพรโทคอลที่สามารถใช้งานได้ต่อเนื่องยังปัจจุบันจะขึ้นอยู่กับปัจจัยสำคัญอันหนึ่งกล่าวคือ โพรโทคอลนั้นจะต้องมีคุณสมบัติแบบเปิดและมีมาตรฐาน (open and standard) ซึ่งหมายถึงเป็นโพรโทคอลที่เปิดเผยข้อมูลแก่สาธารณะเพื่อให้โอกาศบริษัทผู้ผลิตต่าง ๆ สามารถเข้าถึงและใช้โพรโทคอลในอุปกรณ์ที่บริษัทนั้น ๆ ผลิตได้ ไม่ใช่เป็นสมบัติเอกสิทธิ์เฉพาะสำหรับบริษัทหนึ่งบริษัทใดที่ปกปิดและห้ามใช้ทั่วไป และมีมาตรฐานรองรับที่อุปกรณ์ที่ผลิตจากหลากหลายบริษัทสามารถทำงานร่วมกันได้ อันนำไปสู่ความน่าเชื่อถือของผู้บริโภคที่จะเลือกใช้โพรโทคอลนั้นและลงทุนซื้อเครื่องจักรในกระบวนการผลิตที่รองรับโพรโทคอลที่มีความน่าเชื่อถือต่อไป และเป็นสูตรสำเร็จที่ทำให้บริษัทผู้ผลิตเครื่องจักรเลือกใช้โพรโทคอลที่ได้รับการยอมรับต่อเนื่องและยืนยาว

นักพัฒนาโพรโทคอลของระบบ Fieldbus ได้พัฒนาตามแนวทางรูปแบบ OSI โดยอาศัยโพรโทคอล Medium Access Control (MAC) ในชั้น data link ในการสื่อสารโดยอาศัยเทคนิค time division multiple access (TDMA) ซึ่ง bandwidth จะถูกใช้ร่วมกันใน time domain เป็นหลัก และการสื่อสารด้วยเทคนิคอื่นกล่าวคือ Frequency Division Multiple Access (FDMA), Code Division Multiple Access (CDMA) และ Space Division Multiple Access (SDMA) ไม่ได้ถูกใช้งานในระบบ Fieldbus

ตัวอย่างของโพรโทคอลในระบบ Fieldbus [4] ที่ใช้วิธีการสื่อสารที่ต่างกัน มีบางโพรโทคอลที่ยังได้รับความสนใจจากผู้ใช้งานในปัจจุบัน เช่น PROFIBUS (Process Field Bus) ซึ่งแนะนำเข้าสู่อุตสาหกรรมจาก BMBF (German department of education and research) และต่อมาใช้โดยบริษัท Siemens , Modbus RTU ซึ่งแนะนำเข้าสู่อุตสาหกรรมจากบริษัท Modicon และต่อมาใช้โดยบริษัท Schneider Electric, CAN (Controller Area Network) ซึ่งแนะนำมาจากอุตสาหกรรมรถยนต์ โดยบริษัท Bosch GmbH และมีการใช้โพรโทคอลอื่น ๆ ซึ่งอาศัยการสร้างชั้น application อยู่บน CAN เช่น DeviceNet, CANopen และ SDS เป็นต้น

ข้อเด่นของระบบ Fieldbus ได้แก่ โพรโทคอลที่เป็นแบบ deterministic ซึ่งสามารถคาดการณ์เหตุการณ์ในอนาคตได้จากข้อมูลปัจจุบันและอดีต มีการสื่อสารแบบ real time มีความทันเวลา (timeliness) และ มีความเชื่อมั่นของสัญญาณ (reliability)

2) Industrial Ethernet

ระบบสื่อสารในโครงข่ายคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล อาศัยเทคโนโลยี Ethernet ซึ่งปัจจุบันได้พัฒนาให้ทันสมัยมาก ในแง่การรับส่งข้อมูล มีความสามารถในการรับส่งข้อมูลได้เร็วมากในช่วง Gigabit ต่อวินาที ตลอดจนความสามารถของ Application Specific IC (ASIC) ในการประมวลผลได้เพิ่มขึ้น รวดเร็วขึ้น และ มีขนาดเล็กลง ทำให้ติดตั้งลงในอุปกรณ์เคลื่อนที่ไร้สายได้ นอกจากนี้ราคาของอุปกรณ์ในระบบ Ethernet ก็ถูกลงมากสามารถพบเห็นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป เมื่อเปรียบเทียบการสื่อสารระหว่าง Ethernet กับ Fieldbus จะเห็นได้ว่ามีความแตกต่างกันในด้านประสิทธิภาพเป็นอย่างมาก จึงมีผลให้มีความต้องการ ใช้การสื่อสารแบบ Ethernet เข้าแทนที่การสื่อสารแบบ Fieldbus ในปัจจุบันมากขึ้นเรื่อย ๆ

ในขณะเดียวกัน ระบบอัตโนมัติมีความต้องการที่ซับซ้อนขึ้น ทำให้จำนวนตัวแปรต้นและตัวแปรตามเพิ่มขึ้นมาก นอกจากนี้ความต้องการใช้งานเกี่ยวกับภาพและเสียงในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ทำให้ระบบ Fieldbus แบบเดิมไม่สามารถรองรับความต้องการในการสื่อสารข้อมูลที่เพิ่มมากขึ้นได้

โดยพื้นฐานแล้วการสื่อสารแบบ Ethernet ไม่สามารถประยุกต์ใช้โดยตรงบนระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม เนื่องจาก Ethernet เป็นการสื่อสารแบบ nondeterministic ทำให้ต้องพัฒนาโพรโทคอลใหม่ที่มีความสามารถนี้ และสามารถควบคุมในเวลาจริง (Real time control) ได้

โพรโทคอลสำหรับ Industrial Ethernet ได้แก่ EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT, Modbus TCP, POWERLINK, SERCOS III และ CC-Link IE โดยมีรายละเอียดในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 รายละเอียด Industrial Ethernet โพรโทคอลต่าง ๆ

ในส่วนของอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับ Industrial Ethernet นั้นประกอบด้วย hardware เช่น Ethernet hub, Ethernet switches, Routers และสายเคเบิล เป็นต้น และ software solution โดยมีบริษัทผู้เล่นรายใหญ่ต่าง ๆ ที่มีสินค้าและบริการ ดังรายนามต่อไปนี้ Siemens, Schneider Electric, Rockwell Automation, Beckhoff Automation, Cisco, Belden, B&R Automation, Eaton, Endress+Hauser, Parker Hannifin, ABB, Bosch Rexroth, GE, Honeywell International, IDEC, Hitachi, OMRON, ACS Motion Control Ltd.

นอกจากนี้ยังมีข้อมูลการวิจัยตลาดเกี่ยวกับ Industrial Ethernet โดยต้องเสียค่าสมาชิกในการเข้าถึงข้อมูลเช่น https://www.marketresearchfuture.com/reports/industrial-ethernet-market-4829 เป็นต้น

การเปรียบเทียบโพรโทคอล Industrial Ethernet สำหรับ PLC

ในเอกสารซึ่งเผยแพร่ใน www.ethercat.org ได้นำเสนอเอกสารเปรียบเทียบโพรโทคอล Industrial Ethernet ได้แก่ EtherCAT, EtherNet/IP, Powerlink, PROFINET IRT (Isochronous Real-Time) และ SERCOSIII โดยแบ่งลักษณะของโพรโทคอลออกเป็น 3 ประเภทได้แก่

1) ชนิด Standard Software และ Standard Ethernet: เป็นโพรโทคอลที่อาศัยลำดับชั้นของTCP/IP และมีกลไกการทำงานเวลาจริงบนชั้นสูงสุด การใช้เทคนิคนี้จะให้ประสิทธิการสื่อสารอยู่ในช่วงที่จำกัด โพรโทคอลที่ใช้เทคนิคนี้ได้แก่ Ethernet/IP
2) ชนิด Open Software และ Standard Ethernet: เป็นโพรโทคอลที่มีชั้นสร้างใหม่อยู่บนชั้นของ Ethernet เดิม และมีการสร้างการควบคุมโดยซอฟต์แวร์ที่เป็นกรรมสิทธิ์ในชั้น 3 และ 4 ในแบบจำลอง OSI เพื่อทำให้การจัดการลำดับเวลาในการสื่อสารเป็นแบบ determinism โพรโทคอลที่ใช้เทคนิคนี้ได้แก่ Powerlink
3) ชนิด Open Software และ Modified Ethernet: เทคนิคนี้อาศัยการสร้างมาตรฐานใหม่และยังคงใช้อุปกรณ์เดิมของ Ethernet แต่มีการเพิ่มเติมด้วยการสร้างซอฟต์แวร์ใหม่ที่เปิดเผยต่อสาธารณะและมีการเพิ่มเติมอุปกรณ์การตัดต่อพิเศษ (Special switch) หรือชิป ASIC ติดตั้งบนอุปกรณ์สื่อสาร โพรโทคอลที่ใช้เทคนิคนี้ได้แก่ EtherCAT, PROFINET IRT และ SERCOS III

ในการประยุกต์ใช้ Industrial Ethernet สามารถแยกความต้องการการใช้งานออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่

ก) กลุ่มต้องการความเร็วต่ำโดยมีความต้องการเวลาในการตอบสนองในช่วง 100 ms ซึ่งกลุ่มนี้มีลักษณะให้มนุษย์มีส่วนร่วมในการสังเกตุการณ์ เช่น การตรวจสอบกระบวนการ โดยส่วนมากระบบอัตโนมัติควบคุมการผลิตและระบบควบคุมอาคารจะอยู่ในกลุ่มนี้

ข) กลุ่มต้องการความเร็วปานกลางโดยมีความต้องการเวลาในการตอบสนองน้อยสุดต่ำกว่า 10 ms ซึ่งเป็นกลุ่มงานการควบคุมเครื่องจักรด้วย PLC

ค) กลุ่มต้องการความเร็วสูงโดยมีความต้องการเวลาในการตอบสนองต่ำกว่า 1 ms ซึ่งเป็นกลุ่มงานเกี่ยวข้องกับการควบคุมการเคลื่อนไหวหรือหุ่นยนต์

ความสามารถของโพรโทคอลทั้ง 5 พบว่า เวลาในการตอบสนองมีค่า เท่ากับ หรือ น้อยกว่า 1 ms และแต่ละองค์กรที่ควบคุมดูแลโพรโทคอลแต่ละชนิดก็จะประชาสัมพันธ์เกี่ยวกับจุดเด่นของประโตคอลที่ตัวเองดูแล และมักจะมีข้อมูลแสดงผลว่า โพรโทคอลของตัวเองมีเวลาในการตอบสนองมีค่าน้อยที่สุด เมื่อเทียบกับโพรโทคอลอื่น ๆ ดังนั้นการพิจารณาเอกสารจากแหล่งข้อมูลใด ๆ ที่อ้างว่า เป็นโพรโทคอลที่มีเวลาในการตอบสนองมีค่าน้อยที่สุด [6,7] ซึ่งมีนัยยะว่าเป็นโพรโทคอลที่ดีที่สุด จึงต้องทำการวิเคราะห์อย่างระมัดระวังในเรื่องกระบวนการทดสอบที่ใช้เทคนิคแตกต่างกัน เพราะการประชาสัมพันธ์ว่าเป็นโพรโทคอลที่ดีที่สุดจะเล็งเห็นผลให้เกิดผลประโยชน์ทางธุรกิจมหาศาลเกิดขึ้นกับองค์กรที่ควบคุมดูแลโพรโทคอลนั้น ๆ

การวิเคราะห์และสรุปผล

เนื่องจากประเทศไทยไม่ได้ผลิตเทคโนโลยีเกี่ยวกับ Industrial Communications เอง ดังนั้นองค์กรภาครัฐและบริษัทเอกขนจึงต้องให้ความสำคัญในการประเมินเทคโนโลยีที่จะใช้ในแง่ของประสิทธิภาพต่อราคาเสมอ จากข้อมูลทางเทคนิคจะเห็นได้ว่า เทคโนโลยีการสื่อสาร Industrial Ethernet จะมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม โดยจะเป็นเทคโนโลยีการสื่อสารที่บริษัทผู้ผลิตเครื่องจักรใหม่เลือกใช้แทนที่ระบบ Fieldbus เดิม แต่การใช้เทคโนโลยี Industrial Ethernet ยังไม่สามารถแทนที่ระบบ Fieldbus ได้ทั้งหมดในเวลาอันใกล้นี้ เนื่องจากสายการผลิตที่ใช้งานเครื่องจักรเก่ายังมีการใช้งานอยู่มาก ดังนั้นการพัฒนาปรับปรุงสายการผลิตเก่าเป็นแบบใหม่จึงเป็นเหตุปัจจัยที่แต่ละองค์กรหรือบริษัทจะต้องทำการตัดสินใจทางธุรกิจเพื่อให้คุ้มค่ากับการลงทุน

ดาวน์โหลดเอกสารเผยแพร่

โพรโทคอลสื่อสารในงานอุตสาหกรรม (Industrial Communication Protocols)

เอกสารอ้างอิง

S. Vitturi, P. Pedreiras, J. Proenza, and T. Sauter, “Guest Editorial Special Section on Communication in Automation,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 12, no. 5, pp. 1817–1821, 2016.
B.M. WIlamowski and J.D. Irwin, Eds., The Industrial Electronics Handbook, Second Edition, Industrial Communication System. Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011.
T. Sauter, “The three generations of Field-level networks – Evolution and compatibility issues,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 11, pp. 3585-3595, Nov. 2010.
T. Sauter, “Fieldbus System Fundamentals,” in Industrial Communication Technology Handbook, 2nd ed., R. Zurawski, Ed., Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015, pp. 1-50.
ISA-95.00.01-CDV3 Enterprise-Control System Integration Part 1, Available: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.460.8814&rep=rep1&type=pdf
“The Best Ethernet Protocol For Your PLC: 5 Fieldbuses Compared For Industry 4.0,” Kingstar, 2017, Available: https://www.automation.com/pdf_articles/kingstar/Best_Ethernet_Protocol_for_Your_PLC.pdf
“Industrial Ethernet Facts, System Comparison The 5 Major Technologies,” 2nd ed., 2013, Available: https://www.ethernet-powerlink.org/fileadmin/user_upload/Dokumente/Downloads/Industrial_Ethernet_Facts/EPSG_IEF2ndEdition_en_WEB_01__3_.pdf

คุยกันเรื่องเวลา (ตอนที่ 1) : Takt Time

dtmd-saw — Fri, 13 Sep 2019 08:40:09 +0000

บทความ | ดร.ธนกร ตันธนวัฒน์
ทีมระบบไซเบอร์-กายภาพ (CPS)
หน่วยทรัพยากรด้านการคำนวณและไซเบอร์-กายภาพ (NCCPI)
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค)
ภาพประกอบ : ศศิวิภา หาสุข

“เวลาเป็นเงินเป็นทอง”

…เป็นสุภาษิตที่เราคุ้นเคยเป็นอย่างดี ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเราให้ความสำคัญ กับเวลาที่เสียไปกับการทำกิจกรรมใดกิจกรรมหนึ่ง หรือกับการไม่ทำกิจกรรมใดๆเลย ค่อนข้างมาก สำหรับผู้นำแนวคิดลีนไปใช้ในการปรับปรุงกระบวนการผลิต (Lean practitioner) เวลาเป็นตัวแปร สำคัญตัวหนึ่งที่ใช้ในการศึกษาและวิเคราะห์ คำศัพท์พื้นฐานเกี่ยวกับเวลาที่ถูกนำมาใช้ในการศึกษาและ วิเคราะห์อยู่เสมอได้แก่ Takt time, Cycle time, และ Lead time คำศัพท์เหล่านี้เป็นคำศัพท์พื้นฐานที่ ใช้กันในวงการวิศวกรรมอุตสาหการ (Industrial engineering) มาเป็นเวลานานแล้ว สำหรับผู้ที่ไม่ได้ สำเร็จการศึกษามาด้านนี้ หากสืบค้นในอินเทอร์เน็ตก็จะพบบทความ, Blog, หรือ Forum ต่างๆจำนวน มากที่อธิบายความหมายของคำศัพท์เหล่านี้ รวมทั้งตัวอย่างการคำนวณ

กระบวนการเรียนรู้และทำความเข้าใจ Takt time, Cycle time, และ Lead time ดูเหมือนจะตรงไปตรงมาและไม่มีอะไรซับซ้อน อย่างไรก็ตาม จากการสืบค้นในอินเทอร์เน็ตพบว่า แม้แต่ Lean practitioner ผู้คร่ำหวอดในการปรับปรุงกระบวนการผลิต ก็มีการให้นิยามความหมายของคำศัพท์เหล่านี้ไม่ชัดเจนหรือแตกต่างกันไป หรือแม้กระทั่งมีความสับสนในความหมายของคำศัพท์เหล่านี้ ดังจะเห็นได้จากบทความ [1], [2], [3], [4], [5], [6] และ [7] จากการสังเกตพบว่ามีบางกรณีที่คำอธิบายจากแหล่งข้อมูลหนึ่งขัดแย้งกับอีกแหล่งข้อมูลหนึ่ง หรือแม้กระทั่งคำอธิบายและตัวอย่างที่ยกขึ้นมาในแหล่งข้อมูลเดียวกันขัดแย้งกันเอง ดังนั้น คำศัพท์ธรรมดาที่เป็นพื้นฐานในการสื่อสารก็ไม่น่าจะธรรมดาอย่างที่ดูเหมือนจะเป็น ผู้เขียนจึงได้สืบค้น พยายามทำความเข้าใจ เปรียบเทียบความหมายที่แต่ละคนเข้าใจในคำศัพท์แต่ละคำ และเขียนบทความนี้ขึ้นมา ไม่ใช่เพื่อตัดสินว่าความหมายใดถูกหรือความหมายใดผิด แต่เพื่อให้เห็นว่า ในคำศัพท์แต่ละคำ มีประเด็นใดที่คนส่วนใหญ่เข้าใจตรงกัน และมีประเด็นใดที่หลายคนเข้าใจแตกต่างกัน ทั้งนี้ เพื่อว่าหากมีความเข้าใจที่ไม่ตรงกันระหว่างการสื่อสาร ผู้ส่งสารหรือผู้รับสารจะได้สามารถซักไซ้ไล่เลียงในประเด็นต่างๆเพื่อให้เกิดความเข้าใจร่วมกันได้ในที่สุด ซึ่งจะนำมาสู่การทำงานร่วมกันด้วยความเข้าใจ

ความหมายของ Takt Time

Takt time (T/T หรือ T.T.) เป็นคำที่มีรากศัพท์มาจากภาษาเยอรมัน แปลว่าจังหวะดนตรี ([4], [8], [9], [10], และ [11]) ที่มาที่ไปของคำศัพท์สามารถดูได้ในบทความ [12] และ [13] จากการสืบค้นข้อมูลในอินเทอร์เน็ต แม้ว่าจะมีการกล่าวถึงความสับสนในความหมายระหว่าง Takt time, Cycle time, และ Lead time ที่มีอยู่จำนวนมาก ผู้เขียนพบว่า Takt time เป็นคำที่ผู้อธิบายความหมายในวงการส่วนใหญ่เข้าใจตรงกันมากที่สุด (เมื่อเปรียบเทียบกับความเข้าใจความหมายของ Cycle time และ Lead time) คือหมายถึง อัตราที่สินค้าต้องถูกผลิตเพื่อให้ทันต่อความต้องการของลูกค้า มีหน่วยเป็นเวลาต่อหน่วยสินค้า เช่น 30 วินาทีต่อชิ้น, 5 นาทีต่อกล่อง, 2 ชั่วโมงต่อคัน เป็นต้น การคำนวณ Takt time หาได้จาก

ทั้งนี้ เวลาทำงานปกติสุทธิและจำนวนสินค้าที่ต้องการ ต้องพิจารณาบนฐานช่วงเวลาเดียวกัน เช่น ต่อวันเหมือนกัน ต่อสัปดาห์เหมือนกัน หรือต่อเดือนเหมือนกัน เพื่ออธิบายให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น พิจารณาตัวอย่างที่ 1 ดังนี้

ตัวอย่างที่ 1:: ลูกค้ามีความต้องการสินค้า A จำนวน 5,400 ชิ้น/สัปดาห์ บริษัทผู้ผลิตรายหนึ่งมี สายการผลิตที่ใช้สำหรับผลิตสินค้า A ซึ่งต้องใช้วัตถุดิบ RM 1 และ RM 2 สายการผลิตดังกล่าว ประกอบด้วยเครื่องจักร 3 เครื่อง และ พนักงานในสายการผลิตจำนวน 3 คน บริษัทกำหนดให้พนักงาน ทำงาน 6 วันต่อสัปดาห์ วันละ 9 ชั่วโมง ภายใน 9 ชั่วโมงนี้กำหนดให้พักเบรคเที่ยง 1 ชั่วโมง พักเบรคเช้า 15 นาที และพักเบรคบ่าย 15 นาที แผนภาพกรณีนี้แสดงได้ดังภาพที่ 1 คำถามคือ Takt time (T.T.) ใน กรณีนี้มีค่าเป็นเท่าไร

จากข้อมูลที่ได้รับมา Takt time สามารถคำนวณได้โดยการพิจารณาช่วงเวลา 1 สัปดาห์ ซึ่งมี เวลาทำงานปกติสุทธิ (หักเวลาพักเบรค) ที่คำนวณได้ดังนี้

จากสมการ (1) Takt time สามารถคำนวณได้จาก

ดังนั้น Takt time ในกรณีนี้มีค่าเป็น 30 วินาที/ชิ้น นั่นหมายความว่า หากมีผู้สังเกตการณ์ไปจับ เวลาเพื่อหาค่าช่วงเวลาระหว่างที่สินค้าชิ้นหนึ่งไหลออกมาจนถึงสินค้าชิ้นถัดไปไหลออกมา เรียกค่านี้ว่า X1 ถ้า X มีค่าน้อยกว่า T.T. (น้อยกว่า 30 วินาที) แปลว่าสายการผลิตนี้ผลิตสินค้า A ได้เร็วกว่าความ ต้องการของลูกค้า ถ้า X มีค่ามากกว่า T.T. แปลว่าสายการผลิตนี้ผลิตสินค้า A ได้ช้ากว่าความต้องการ ของลูกค้า (ผลิตไม่ทันต่อความต้องการ) และถ้า X มีค่าเท่ากับ T.T. แปลว่าสายการผลิตนี้ผลิตสินค้า A ได้ พอดีกับความต้องการของลูกค้า แน่นอนว่าในทางปฏิบัติ ค่า X ที่ได้จากการจับเวลาระหว่างแต่ละคู่ของ สินค้าที่ไหลออกมามีความผันผวนแตกต่างกันไป อาจเป็น 25 วินาทีบ้าง 29 วินาทีบ้าง ค่าที่ใช้ เปรียบเทียบกับ T.T. ก็จะเป็นค่าเฉลี่ยนั่นเอง ภาพที่ 2 แสดงตัวอย่างของกรณีที่สายการผลิตนี้ผลิตสินค้า ไม่ทัน (X > T.T.) หน้าที่ของ Lean practitioner คือต้องพยายามหาวิธีลด X ให้ลงมาใกล้เคียงกับ T.T. มากที่สุด

จากการคำนวณในตัวอย่างที่ 1 จะเห็นว่าการคำนวณ Takt time ไม่ได้ใช้ข้อมูลจำนวนเครื่องจักรและจำนวนพนักงานในการคำนวณเลย นอกจากนั้น ก็ยังไม่สนใจว่าใช้วัตถุดิบกี่ชนิดหรือตำแหน่งใดที่วัตถุดิบถูกป้อนเข้า เพียงแค่ใช้ข้อมูลความต้องการของลูกค้าและเวลาที่วางแผนทำการผลิตเท่านั้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่า Takt time เป็นตัวเลขที่บ่งชี้ถึงความต้องการ (ในการผลิต) ไม่ใช่ความสามารถ (ในการผลิต) บางครั้งจึงมีการใช้คำว่า Customer takt แทน Takt time ([6]) เพื่อเน้นว่าเป็นค่าที่สะท้อนมาจากฝั่งของลูกค้าเป็นหลัก ส่วนความสามารถในการผลิต ซึ่งในตัวอย่างที่ 1 สะท้อนโดย X เป็นอีกตัวเลขหนึ่ง ซึ่งนำมาเปรียบเทียบกับ T.T. เพื่อประเมินว่าสายการผลิตนี้สามารถตอบสนองความต้องการของลูกค้าได้ทันหรือไม่ หรือมีการผลิตมากเกินความจำเป็น (Overproduction) หรือไม่ ความแตกต่างระหว่างความสามารถที่เป็นอยู่และความสามารถที่ควรจะเป็น มากน้อยเพียงใด ตัวอย่างการคำนวณอื่นๆทำนองเดียวกันสามารถดูได้ในบทความ [8], [10], [11], และ [14]

ตัวอย่างที่ 1 เป็นการอธิบายความหมายของ Takt time แบบที่ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม ใน สถานการณ์จริงซึ่งมีรายละเอียดและความซับซ้อนมากกว่านี้ ความหมายของ Takt time สำหรับ Lean practitioner แต่ละคนก็อาจแตกต่างกันไป สถานการณ์ดังกล่าวแบ่งได้เป็นหลายกรณี เช่น กรณีที่มีเวลา สูญเสียนอกจากเวลาพัก กรณีที่มีสถานีขนาน เป็นต้น บทความนี้จะเจาะลึกเฉพาะกรณีแรกเท่านั้น

กรณีที่มีเวลาสูญเสียนอกจากเวลาพัก

จากตัวอย่างที่ 1 การหักเวลาพักเบรคออกจากเวลาที่ใช้คำนวณ Takt time เป็นเรื่องปกติที่ Lean practitioner เข้าใจตรงกันโดยส่วนใหญ่ เพราะเวลาพักเบรคเป็นเวลาที่ได้รับการวางแผนให้ไม่มีการผลิตอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัตินอกจากเวลาพักเบรคแล้วยังมีเวลาอื่นๆที่สูญเสียไปอีก เช่น ประชุมบริษัท, เครื่องจักรเสีย, Changeover (Setup เมื่อมีการเปลี่ยนสินค้าที่จะผลิต), บำรุงรักษาเครื่องจักร, Warm-up, Shutdown เป็นต้น ซึ่งพบว่าการหักเวลาสูญเสียเหล่านี้ออกจากเวลาที่ใช้คำนวณ Takt time หรือไม่นั้น มีความเห็นและการปฏิบัติที่แตกต่างกันไป บทความ [7] แนะนำให้หักเวลาหยุดที่ไม่ได้วางแผน (unplanned หรือ unscheduled downtime) ออกไป เช่น เครื่องจักรเสีย เป็นต้น ในขณะที่บทความ [6] แนะนำให้รวมเวลาหยุดดังกล่าว รวมทั้ง changeover เข้าไปในเวลาที่ใช้คำนวณ Takt time ด้วย นี่คือตัวอย่างของการตีความและการคำนวณ Takt time ที่หลากหลายในสถานการณ์ที่มีความซับซ้อน (และตรงกับความเป็นจริง) มากกว่าสถานการณ์อย่างง่ายที่มีไว้สำหรับอธิบายความหมายพื้นฐานของคำว่า Takt time

เพื่ออธิบายให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น พิจารณาตัวอย่างที่ 2 ซึ่งยกมาจากตัวอย่างที่ 1 แต่เพิ่มเติมข้อมูลสถิติเครื่องจักรเสียดังนี้

ตัวอย่างที่ 2: จากข้อมูลสถิติที่ผ่านมาพบว่าเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตสินค้า A ในตัวอย่างที่ 1 มีอัตราการ เสียและทำให้ต้องหยุดการผลิตโดยเฉลี่ยเป็น 3 ชั่วโมง/สัปดาห์ ในกรณีนี้ Takt time (T.T.) จะมีค่าเป็น เท่าไร หากคำนวณโดยการหักเวลาเครื่องจักรเสียออกไป

ดังนั้น Takt time ในกรณีนี้ มีค่าเป็น 28 วินาที/ชิ้น เทียบกับ Takt time ที่ไม่หักเวลา เครื่องจักรเสีย 30 วินาที/ชิ้น เพื่อให้ง่ายต่อการอธิบายการคำนวณและการใช้งาน Takt time ทั้ง 2 แนวคิด ผู้เขียนเรียก Takt time ที่ไม่มีการหักเวลาหยุดอื่นใดนอกจากเวลาพักเบรคว่า T.T.a และเรียก Takt time ที่มีการหักเวลาหยุดอื่นๆเพิ่มเติมว่า T.T.b

Takt time ทั้ง 2 แนวคิด ในตัวอย่างที่ 1 (T.T.a) และ ตัวอย่างที่ 2 (T.T.b) เกิดจากการคำนวณ ที่ใช้ตัวเลขความต้องการของลูกค้าเป็นตัวตั้ง ยังไม่ใช่ตัวเลขที่ผลิตได้จริง สมมุติว่ามีการเดินสายการผลิต โดยที่เครื่องจักรไม่เสีย และข้อมูลช่วงเวลาระหว่างที่สินค้าชิ้นหนึ่งไหลออกมาจนถึงสินค้าชิ้นถัดไปไหล ออกมาพบว่ามีค่าเป็น X (ยกมาจากคำอธิบายภาพที่ 2) นอกจากนั้น ข้อมูลสถิติทำให้สามารถคำนวณ เวลาสูญเสียเฉลี่ยต่อชิ้นงานได้เป็น △X ความพยายามปรับปรุงสายการผลิตโดยใช้ T.T.a และ T.T.b แสดงได้ดังภาพที่ 4

เปรียบเทียบการใช้ค่า T.T.a และ T.T.b โดยมีค่า X เป็นค่าอ้างอิง

สำหรับ Lean practitioner ที่มอง X (ตัวเลขที่เก็บมาจากสถานการณ์ที่ไม่มีเครื่องจักรเสีย) เป็น ตัวถูกขับเคลื่อนให้เข้าใกล้ Takt time หากใช้ T.T.a เป็น Takt time (กรณี 2) แม้ว่าจะปรับปรุงให้ X เท่ากับ Takt time ได้ แต่ก็ยังผลิตไม่ทัน เนื่องจากมีการสูญเสียเวลาจากเครื่องจักรเสีย (△X) ที่ยังไม่ได้ นำมาคำนวณ แต่หากใช้ T.T.b เป็น Takt time (กรณี 3) ก็จะเป็นการเผื่อเวลาที่สูญเสียจากเครื่องจักร เสียไว้แล้ว ทำให้สามารถผลิตสินค้าได้พอดีกับความต้องการของลูกค้า สำหรับ Lean practitioner ที่มอง X เป็นตัวถูกขับเคลื่อนให้เข้าใกล้ Takt time การใช้ T.T.b เป็น Takt time จึงสมเหตุสมผล

เมื่อย้อนไปดู Lean practitioner ที่ใช้ T.T.a เป็น Takt time ตัวแปรที่ถูกขับเคลื่อนให้เข้าใกล้ Takt time กลับไม่ใช่ X เนื่องจากเป็นที่เข้าใจดีอยู่แล้วว่าค่า X ที่เก็บได้เป็นค่าที่ไม่รวมเวลาสูญเสียอีก หลายอย่าง แต่เป็น X’ ซึ่งรวมเวลาสูญเสียเหล่านั้น (△X) เข้าไปด้วย มุมมองของการปรับปรุง สายการผลิตโดย Lean practitioner ที่ใช้ T.T.a เป็น Takt time แสดงได้ดังภาพที่ 5

การใช้ค่า T.T.a ที่มีค่า X'(ไม่ใช่ X) เป็นค่าอ้างอิง

จะเห็นว่า แม้การคำนวณ Takt time ทั้ง 2 แนวทางจะแตกต่างกัน แต่เมื่อนำไปใช้งาน (ด้วย วิธีใช้งานที่แตกต่างกัน) ทั้งหมดก็มีเป้าหมายเดียวกัน คือทำให้สายการผลิตนั้นสามารถผลิตสินค้าได้ทัน ตามความต้องการของลูกค้าจริงๆ ไม่ใช่ในทางทฤษฎี จุดที่แตกต่างของทั้ง 2 แนวทางคือจะนำตัวเลขส่วน ที่เป็นเวลาสูญเสีย (△X) ไปฝากไว้ที่ตัวแปรใด ระหว่าง (1) ฝากไว้กับตัวแปรที่จะถูกขับเคลื่อนเข้าหา Takt time (คือฝากไว้ที่ตัวแปร X ได้เป็น X’ หรือ (2) ฝากไว้ที่ Takt time (เดิม T.T.a ได้เป็น T.T.b) ภาพที่ 6 เป็นการรวมภาพที่ 4 และ ภาพที่ 5 เพื่อให้เห็นความเหมือนและความต่างของทั้ง 2 แนวทาง ชัดเจนขึ้น

เปรียบเทียบการใช้ค่า T.T.a และ T.T.b ซึ่งมีค่าอ้างอิงแตกต่างกัน แต่มุ่งหวังผลลัพธ์เหมือนกัน

ประเด็นที่ผู้เขียนตั้งข้อสังเกตคือ แม้ว่าทั้ง 2 แนวทางในการให้นิยามและใช้งาน Takt time จะมี เป้าหมายร่วมกันและใช้งานได้ทั้งคู่ การปรับปรุงกระบวนการผลิตโดยใช้ T.T.b เป็น Takt time อาจเป็น การด่วนสรุปไปแล้วว่าการสูญเสียเวลา (△X) เดิมมีอยู่เท่าไร หลังปรับปรุงก็จะมีอยู่เท่านั้น ค่าที่ถูกนำมา ขับเคลื่อนให้เข้าใกล้ Takt time คือค่า X ซึ่งไม่ได้รวมการสูญเสียเวลา △X เข้าไป การพยายามลด X ให้ น้อยลง แม้ว่าจะสำเร็จ แต่การสูญเสียเวลา△X ก็ยังคงมีอยู่ หากผู้ที่ใช้แนวทางนี้ไม่ได้พิจารณาให้ถี่ถ้วน อาจจะพลาดโอกาสในการลดการสูญเสียเวลา △X นี้ไปได้ นอกจากนั้น ในบางครั้งการการลด X อาจทำ ได้ยากกว่าการลด △X การใช้ T.T.b เป็น Takt time อาจทำให้การปรับปรุงมีต้นทุนสูงโดยไม่จำเป็น การ ใช้ T.T.a จึงเป็นการเปิดโอกาสให้ทุกๆการสูญเสียมาอยู่ภายในกรอบความคิดของการปรับปรุง ตัวอย่าง ของการปรับปรุงสายการผลิตโดยใช้ T.T.a เป็น Takt time และสามารถลดการสูญเสียจากเดิม △X ให้ เป็น △X’ ได้ มีดังแสดงในภาพที่ 7

การใช้ T.T.a เป็นการนำการสูญเสียที่เกิดขึ้นมาอยู่ในกรอบแนวคิดของการปรับปรุงกระบวนการผลิตตั้งแต่ต้น ส่วนการใช้ T.T.b ผู้ใช้จะต้องตระหนักด้วยตนเองให้ได้ว่ายังมีโอกาสลดการสูญเสียที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตได้อีก

นอกจากนั้น สำหรับ Lean practitioner หลายท่านที่ใช้ประสิทธิผลโดยรวมของเครื่องจักร (Overall Equipment Effectiveness: OEE) เป็นตัวชี้วัดความสามารถของสายการผลิต จะทราบดีว่า การสูญเสียนั้นมีหลายรูปแบบ ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วควรจะสอดคล้องกับค่า △X เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความ สับสน Lean practitioner หลายท่านเลือกใช้ T.T.a เป็น Takt time โดยนำเวลาสูญเสียทั้งหมดที่ สะท้อนใน OEE ไปรวมไว้ที่เดียวกัน ([1]) คือที่ X ได้เป็น X’ บทความ [6] อธิบายว่าการกำหนดนิยามเพื่อคำนวณของ Takt time จะต้องสอดคล้องกับการกำหนดนิยามเพื่อคำนวณ OEE

ข้อมูลอ้างอิง

[1] https://www.mudamasters.com/en/lean-toolbox-lean-production-lean-transformations/takt-cycle-process-and-lead-time

[2] https://toggl.com/takt-time-cycle-time-lead-time

[3] https://www.theleanthinker.com/2010/04/28/takt-time-cycle-time

[4] https://www.simplilearn.com/time-confusion-cycle-time-takt-time-lead-time-part-1-article

[5] https://stefanroock.wordpress.com/2010/03/02/kanban-definition-of-lead-time-and-cycle-time

[6] https://www.allaboutlean.com/takt-times

[7] https://world-class-manufacturing.com/takt_time/takt_time.html

[8] https://www.mmthailand.com/การผลิต-กำหนด-takt-time/

[9] https://anapaiwan.blogspot.com

[10] https://www.minterapp.com/takt-time-vs-cycle-time-vs-lead-time

[11] https://www.thaidisplay.com/content-6.html

[12] Haghsheno, S., et al., 2016, “History and Theoretical Foundations of Takt Planning and Takt Control,” Proc. 24th Ann. Conf. of the Int’l. Group for Lean Construction, Boston, MA, USA, pp. 53-62.

[13] https://www.allaboutlean.com/takt-time-pitfalls

[14] https://study.com/academy/lesson/takt-time-formula-calculation.html

ดาวน์โหลดเอกสารเผยแพร่

คุยกันเรื่องเวลา (ตอนที่1)

อุตสาหกรรม – NECTEC : National Electronics and Computer Technology Center

ด้านวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีระบบและเครือข่ายอัจฉริยะ (ITSN)

ทีมวิจัยภายใต้สังกัด

กลุ่มวิจัยไอโอทีและระบบอัตโนมัติสำหรับงานอุตสาหกรรม (IIARG)

ทีมวิจัยภายใต้สังกัด

ติดต่อ

คุยกันเรื่องเวลา (ตอนที่ 2) : Cycle Time

วัตถุประสงค์ของการใช้ Cycle time

ความหมายของ Cycle Time

ตัวอย่างการคํานวณ Cycle Time

ดาวน์โหลด

บทความที่เกี่ยวข้อง

โพรโทคอลสื่อสารในงานอุตสาหกรรม (Industrial Communication Protocols)

การพัฒนาการสื่อสารในอุตสาหกรรม

1) Classical Fieldbus System

2) Industrial Ethernet

การเปรียบเทียบโพรโทคอล Industrial Ethernet สำหรับ PLC

การวิเคราะห์และสรุปผล

ดาวน์โหลดเอกสารเผยแพร่

เอกสารอ้างอิง

บทความที่เกี่ยวข้อง

คุยกันเรื่องเวลา (ตอนที่ 1) : Takt Time

ความหมายของ Takt Time

กรณีที่มีเวลาสูญเสียนอกจากเวลาพัก

ข้อมูลอ้างอิง

ดาวน์โหลดเอกสารเผยแพร่