บทที่ 420: ต้นไม้ใหญ่ย่อมต้องลมแรง

บทที่ 420: ต้นไม้ใหญ่ย่อมต้องลมแรง

ดังนั้น เมื่อพิจารณาเปรียบเทียบทั้งหมดแล้ว กลไกการแกว่งแบบเปล จึงมีความเป็นไปได้สูงสุดที่จะทำให้สำเร็จ

ถ้าอย่างนั้นก็ใช้กลไกแบบเปลไปเลย

แกนควบคุมหลักของกลไกการแกว่งแบบเปลจะใช้ ไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งมีขนาดเล็ก ราคาถูก และมีความน่าเชื่อถือสูง สามารถเขียนโปรแกรมควบคุมที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้สามารถควบคุมการแกว่งของเพลาหลักได้อย่างแม่นยำ

แต่การผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์ในประเทศยังทำไม่ได้ ผลจากการสำรวจก็ไม่ได้ช่วยอะไรเลย

ทำได้เพียงใช้รุ่น IT8051 ของ สหรัฐฯ เท่านั้น

ส่วนเซ็นเซอร์ป้อนกลับตำแหน่งก็สามารถใช้ ลำกล้องวัดแสง ที่มีอยู่แล้วได้เลย

สุดท้ายคือ มอเตอร์ขับเคลื่อน กลไกการแกว่ง

กลไกการแกว่งแบบเปลของเครื่องจักรกลึงห้าแกนมีข้อกำหนดหลักสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อน คือ ความแม่นยำสูง และ การตอบสนองแบบไดนามิกสูง ต้องสามารถบรรลุความแม่นยำในการระบุตำแหน่งระดับซับไมโครเมตร และมีความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว (ระดับมิลลิวินาที) เพื่อให้เป็นไปตามความแม่นยำของเส้นทางในการแปรรูปพื้นผิวที่ซับซ้อน

นอกจากนี้ยังต้องการ แรงบิดสูง และ เสถียรภาพ นั่นคือต้องสามารถให้แรงบิดที่เพียงพอในสภาวะความเร็วต่ำหรือหยุดนิ่ง และการทำงานต้องราบรื่น ไม่มีปรากฏการณ์สั่นสะท้านหรือการกระตุกไต่คลาน อีกทั้งยังต้องสามารถรองรับการแปรรูปต่อเนื่องเป็นเวลานาน มอเตอร์ต้องมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นต่ำ มีความน่าเชื่อถือสูง และมีรอบการบำรุงรักษาที่ยาวนาน ต้องเข้ากันได้กับ ระบบเซอร์โว ความแม่นยำสูง รองรับการควบคุมแบบวงปิด และบรรลุการควบคุมประสานงานของการเคลื่อนที่หลายแกนพร้อมกัน

ก่อนหน้านี้ เฉิงสือ ได้ใช้ เครื่องจักรกลึงสี่แกน

น ซึ่งเดิมใช้ สเต็ปปิ้งมอเตอร์ และ ดีซีเซอร์โวมอเตอร์ ที่ผลิตในประเทศแล้วพบว่าไม่ได้ผล สุดท้ายจึงต้องใช้ สเต็ปปิ้งมอเตอร์แบบไฮบริด ที่ผลิตโดย โรงงานไมโครมอเตอร์จินหลิง โดยจับคู่กับ ตัวขับแบบละเอียด ที่เขาออกแบบเอง โดยใช้ ชิป CMOS CD4017 ที่ผลิตในประเทศมาทำวงจรแบ่งความถี่ เพื่อแบ่งมุมสเต็ปออกเป็นส่วนย่อย และจำลองผลของ "กึ่งวงปิด" (Quasi-Closed Loop)

แต่วิธีนี้ใช้ได้กับเครื่องจักรกลึงสี่แกนเท่านั้น แต่ไม่สามารถตอบสนองเครื่องจักรกลึงห้าแกนได้

นั่นเป็นเพราะ ข้อจำกัดโดยธรรมชาติ ของสเต็ปปิ้งมอเตอร์แบบไฮบริด

สเต็ปปิ้งมอเตอร์พึ่งพาสัญญาณพัลส์ในการ ควบคุมแบบวงเปิด ไม่มีกลไกป้อนกลับตำแหน่ง จึงไม่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดสะสมได้แบบเรียลไทม์ กลไกการแกว่งของเครื่องจักรกลึงห้าแกนต้องการ การประมาณค่าเส้นทาง อย่างต่อเนื่อง (เช่น การประมาณค่าส่วนโค้ง) การควบคุมแบบวงเปิดจะทำให้ข้อผิดพลาดในการระบุตำแหน่งสะสมตามกาลเวลาเนื่องจากช่องว่างทางกล การเปลี่ยนแปลงโหลด และปัจจัยอื่น ๆ ซึ่งในที่สุดความแม่นยำก็จะพังทลายลง

แม้ว่าจะลดมุมสเต็ปลงด้วยการแบ่งย่อย ก็ทำได้เพียงเพิ่มความละเอียดทางทฤษฎีเท่านั้น ไม่สามารถแก้ไขปัญหา การสูญเสียจังหวะ และ การสั่น ในการทำงานจริงได้

นอกจากนี้ ลักษณะแรงบิดไม่เพียงพอ และ การตอบสนองแบบไดนามิกที่ล่าช้า ของสเต็ปปิ้งมอเตอร์แบบไฮบริด

กลไกการแกว่งห้าแกนจำเป็นต้องขับเคลื่อนโต๊ะทำงานหรือหัวเพลาหลัก (ซึ่งมีมวลหลายร้อยกิโลกรัม) และต้องการเอาต์พุตแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำ แต่แรงบิดของสเต็ปปิ้งมอเตอร์จะลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อความเร็วลดลง จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านโหลดได้

เวลาเร่งความเร็วของสเต็ปปิ้งมอเตอร์มักจะอยู่ที่หลายสิบมิลลิวินาที ในขณะที่เครื่องจักรกลึงห้าแกนต้องการให้แกนแกว่งสามารถตอบสนองในระดับมิลลิวินาทีในขณะประมาณค่า เพื่อให้เข้ากับความเร็วในการเคลื่อนที่ร่วมของแกนอื่น ๆ แต่ความเฉื่อยและความเหนี่ยวนำของขดลวดในสเต็ปปิ้งมอเตอร์จะทำให้เกิดความล่าช้าในการตอบสนอง

ข้อบกพร่องทางเทคนิค ของ ตัวขับแบบละเอียดพร้อมวงจรแบ่งความถี่ CD4017 ก็ทำให้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของเครื่องจักรกลึงห้าแกนได้เช่นกัน

เนื่องจากประเทศขาด ชิปแปลง D/A ความแม่นยำสูง ที่มีความละเอียด $12\text{ บิต}$ ขึ้นไป จึงทำได้เพียงการแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบหยาบผ่านเครือข่ายความต้านทาน เพื่อจำลองการแบ่งย่อย ซึ่งความแม่นยำของการจำลองการแบ่งย่อยทำได้สูงสุดเพียง $16\text{ ส่วนย่อย}$ ซึ่งต่ำกว่าความละเอียดระดับซับไมโครเมตรที่เครื่องจักรกลึงห้าแกนต้องการมาก (ต้องใช้หลายหมื่นส่วนย่อย)

วงจรอะนาล็อกไวต่อความผันผวนของแหล่งจ่ายไฟและการเลื่อนของอุณหภูมิ ซึ่งนำไปสู่กระแสขดลวดที่ไม่เสถียร ทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้น การสั่นเพิ่มขึ้น และความแม่นยำลดลงอีก

เครื่องจักรกลึงห้าแกนต้องการ ความแม่นยำตำแหน่งสัมบูรณ์ โดยมีข้อผิดพลาดน้อยกว่า $1\mu\text{m}$ แต่ "กึ่งวงปิด" ไม่สามารถชดเชยข้อผิดพลาดเหล่านี้ได้ ยากที่จะบรรลุการระบุตำแหน่งระดับไมโครเมตร และความเร็วในการตอบสนองแบบไดนามิกค่อนข้างช้า (เวลาเร่งความเร็วปกติหลายสิบมิลลิวินาที)

เมื่อมาถึงการสร้างเครื่องจักรกลึงห้าแกน ข้อจำกัดของ มอเตอร์ในประเทศ ก็ยิ่งเห็นได้ชัดเจนขึ้น

ปัญหา "การสูญเสียจังหวะ" และ "การสั่น" ของสเต็ปปิ้งมอเตอร์นั้นเด่นชัด จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการการควบคุมเส้นทางความเร็วสูงและความแม่นยำสูงของเครื่องจักรกลึงห้าแกนได้

ส่วน ดีซีเซอร์โวมอเตอร์ ถึงแม้จะมีการกล่าวถึงว่าเริ่มมีการวิจัยแล้ว แต่เทคโนโลยีหลักยังคงต้องพึ่งพาการนำเข้า ระดับความเป็นอิสระต่ำ ความแม่นยำ และความเสถียรก็ยังไม่เป็นไปตามข้อกำหนด

แล้ว เอซีเซอร์โวมอเตอร์ ล่ะ?

เอซีเซอร์โวมอเตอร์ก็เพิ่งเริ่มต้นเช่นกัน และในอนาคตก็จะค่อย ๆ เข้ามาแทนที่ดีซีเซอร์โวมอเตอร์ ดังนั้น ในเมื่อเป็นการเริ่มต้นเหมือนกัน ก็ควรทุ่มเทความพยายามไปกับเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดไปเลย

เฉิงสือตรวจสอบข้อมูลจากการสำรวจครั้งใหญ่ พบว่าปัจจุบันมีเพียงสถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยบางแห่งเท่านั้น (เช่น สถาบันวิจัยไฟฟ้าแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเสิ่นหยาง) ที่กำลังดำเนินการวิจัยพื้นฐาน และองค์กรยังไม่ได้มีความสามารถในการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

ส่วนใหญ่เป็นการเรียนรู้จากแนวทางเทคโนโลยีในช่วงแรกของ ญี่ปุ่น และ เยอรมนี โดยใช้ มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบอะซิงโครนัส หรือ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแร่หายาก แต่เนื่องจากไม่มี อัลกอริทึมเซอร์โวดิจิทัล ที่เป็นทรัพย์สินทางปัญญาของตัวเอง ความบริสุทธิ์ของวัสดุแร่หายากก็ต่ำ คุณสมบัติแม่เหล็กไม่เสถียร ประสิทธิภาพของมอเตอร์จึงต่ำกว่าต่างประเทศ $15\%-20\%$ และความแม่นยำในการควบคุมก็ต่างกันถึง $1-2$ อันดับ

เขาจำได้ว่าเขาเคยอ่านข้อมูลของโครงการวิจัยและพัฒนา เครื่องกัดโครงสร้างแกนห้าแกน ที่ดำเนินการโดยโรงงานเครื่องจักรกลึงแห่งหนึ่งในประเทศ

ข้อสรุปของทีมโครงการคือ: “ระบบสนับสนุนขาดหายไป ไม่สามารถสร้างโซลูชันระบบได้ ระบบเซอร์โวในประเทศไม่สามารถทดแทนการนำเข้าได้ในระยะสั้น ซึ่งเป็นข้อจำกัดในการวิจัยและพัฒนาเครื่องจักรกลึงห้าแกน จึงทำได้เพียงระงับโครงการไว้ก่อน และรอเวลาที่เหมาะสม”

ขณะที่เขาอ่านรายงานนี้ เขาสัมผัสได้ถึงความรู้สึกสิ้นหวังและความเศร้าโศกจากการที่บุคลากรในโครงการต้องทุ่มเทพัฒนาอย่างยากลำบากมาหลายปี แต่สุดท้ายก็ต้องยอมแพ้จากข้อความสั้น ๆ บรรทัดนี้

อันที่จริงมันยังคงติดอยู่ที่ปัญหาเดิม ๆ คือ: ชิป, ตัวเข้ารหัส, เซ็นเซอร์, และ ระบบ

เรื่องเหล่านี้ได้มีการหารือกับผู้เชี่ยวชาญและโรงงานหลายแห่งไปแล้วในการประชุมต้นปี

ผ่านมาไม่ถึงครึ่งปี ก็ยากที่จะเห็นความก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว

จากสถานการณ์การสำรวจ ก็ยังไม่มีองค์กรอื่นใดที่ค้นพบความก้าวหน้า

ตอนนี้ยังเพิ่มปัญหา ตัวลดความเร็ว และ กระบวนการผลิตมอเตอร์ กับ ข้อจำกัดด้านความน่าเชื่อถือ เข้ามาอีก

เรื่องนี้พึ่งพาเขาคนเดียวคงไม่ไหว มันช้าเกินไปและยากมาก ต้องดึงโรงงานหลายแห่งมาร่วมมือด้วย

เครื่องเชื่อมเลเซอร์ ที่กำลังแก้ไขปัญหาชิ้นส่วนทางแสง เขาก็ยังต้องขอให้ หลูไจ่เสวี่ย ช่วยเหลือ

เขามีพลังงานจำกัด จึงต้องนำไปใช้ในเรื่องที่สำคัญกว่า

เจียงยวี่ตง กับ เฉิงจวน กลับมาเยี่ยมพวกเขา

เฉิงสือได้พูดคุยกับเจียงยวี่ตงเกี่ยวกับปัญหานี้ในขณะที่กำลังจิบชา

เจียงยวี่ตงกล่าวว่า: “เรื่องแร่หายากนี้ รัฐบาลกำลังหาวิธีแก้ไขอยู่ จีน มีผลผลิต แร่หายาก สูงมาก แต่กลับถูกบีบคอในด้านความแม่นยำและสิทธิบัตรการกลั่น”

ผลผลิตผลิตภัณฑ์จากการถลุงและแยกแร่หายากของจีนแซงหน้า สหรัฐฯ เมื่อห้าปีที่แล้ว และกลายเป็นผู้ผลิตแร่หายากรายใหญ่ที่สุดของโลก แต่ ประสิทธิภาพการกลั่น ยังต่ำมาก

สิ่งที่เรียกว่า “แร่หายาก” นั้นเป็นเพราะมีปริมาณน้อย

ดังนั้น ยิ่งขุดมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเหลือน้อยลงเท่านั้น

แต่แร่หายากก็ยังเป็น ของจำเป็น ในหลายด้าน เช่น อุตสาหกรรมทหาร อวกาศอิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องจักรกล เป็น ทรัพยากรเชิงกลยุทธ์ อย่างแท้จริง

สหรัฐฯ และ ออสเตรเลีย ต่างก็ปิดผนึกเหมืองแร่หายากของตนเอง และนำเข้าจากจีน

แต่จีนยังคงขยายการผลิตโดยไม่ยับยั้ง ซึ่งก่อให้เกิด การสิ้นเปลืองทรัพยากร และ ความเสียหายทางเศรษฐกิจ อย่างมหาศาล รวมถึง มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา ที่ยากจะฟื้นฟู

ประเทศทุนนิยมกุม อำนาจในการกำหนดราคา จึงพยายามกดราคาเพื่อซื้อให้ได้มากที่สุด ซึ่งแทบไม่ต่างจากการปล้นเลย

เฉิงสือ: “ผมแนะนำให้เราเปลี่ยนแนวคิดเสียใหม่ และเรียนรู้จาก ญี่ปุ่น ที่เราเกลียดที่สุด”

เจียงยวี่ตงเลิกคิ้ว: “อืม?”

เฉิงสือ: “เราอยู่บนเส้นทางของ แลกเปลี่ยนทรัพยากรกับเทคโนโลยีและผลิตภัณฑ์ มานานเกินไปแล้ว เราต้องหาวิธีที่จะเปลี่ยนไปเป็นผู้ซื้อทรัพยากรจากประเทศอื่นมาแปรรูป แล้วค่อยขายคืนให้พวกเขา ตัวอย่างเช่น แร่หายาก รอบ ๆ ประเทศเรามีประเทศที่มีทรัพยากรแร่หายากที่อุดมสมบูรณ์กว่าเรามากมาย เราควรพัฒนา เทคโนโลยีการกลั่น ให้ถึงขีดสุด เปลี่ยนแร่หายากให้เป็น แร่หายากบริสุทธิ์สูง แล้วค่อยขายให้คนอื่น”