Advance Railways Welding and Inspection research

ระบบการขนส่งทางรางภายในประเทศได้มีการพัฒนาขึ้นมารองรับการขยายตัวทางด้านเศรษฐกิจและอุตสาหกรรมทั้งในปัจจุบันและอนาคต รวมไปถึงการพัฒนาการเชื่อมโยงระบบขนส่งทางรางไปยังประเทศเพื่อนบ้าน เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือในระบบขนส่งของประเทศไทยและการพัฒนาประเทศให้เป็นศูนย์กลางการขนส่งของภูมิภาครวมไปถึงการรองรับการท่องเที่ยวจึงเป็นสิ่งที่สำคัญและเป็นแผนนโยบายการพัฒนาเศรษฐกิจอันดับต้นของประเทศ (2563 - 2570) โดยเฉพาะการพัฒนาระบบขนส่งทางรางโดยปัจจุบันโครงการรถไฟ รถไฟความเร็วสูง รถไฟฟ้า รถไฟฟ้าใต้ดิน ซึ่งในปัจจุบันระบบขนส่งทางรางเป็นที่นิยมเเละเข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันของเราอย่างมากเพราะถือเป็นเทคโนโลยีเกี่ยวกับระบบการคมนาคมที่สะดวกและรวดเร็ว หลีกเลี่ยงการจราจรที่ติดขัดบนถนน รวมถึงเส้นทางการเดินรถไฟฟ้าที่หลากหลาย เหมาะกับการใช้ชีวิตของคนยุคใหม่ในปัจจุบัน ดังนั้นการขยายความสามารถทางเทคโนโลยีและความเชื่อมั่นในการขนส่งทางรางในประเทศไทยจึงเป็นแนวทางการพัฒนาเศรษฐกิจที่รัฐบาลให้ความสำคัญอย่างมาก ปริมาณการขนส่งด้วยระบบรางของประเทศไทยจึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทั้งการขยายความสามารถของแนวเส้นทางเดิม การเพิ่มเส้นทาง และเพิ่มระบบเดินรถแบบใหม่ทั้งระบบขนส่งมวลชนในเมือง และระบบรถไฟความเร็วสูงระหว่างเมือง ทั้งหมดนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับเปลี่ยนระบบการเดินทางและขนส่งทางบกของประเทศไทย ไปสู่ระบบรางที่มีความปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และมีความน่าเชื่อถือสูง เช่นเดียวกับประเทศที่พัฒนาแล้วอื่นๆ

          จากเหตุผลดังกล่าวเพื่อการพัฒนาระบบขนส่งทางรางภายในประเทศไทยให้มีความก้าวหน้าอย่างยั่งยืน ทางคณะผู้วิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรีจึงนำเสนอการพัฒนางานวิจัยและนวัตกรรมสำหรับระบบขนส่งทางรางสำหรับระบบรางขั้นสูง (Advanced railway research) โดยมีหัวข้องานวิจัยแบบบูรณาการทางด้านการพัฒนาระบบรางที่สอดคล้องกัน 3 หัวข้อ ดังนี้

• Product reliability and repair
• Manufacturing reliability
• Railway product development

          สำหรับหัวข้องานวิจัยกลุ่มแรกได้แก่ การพัฒนาเทคโนโลยีซ่อมบำรุงระบบราง (โครงการย่อยที่ 1-3) ซึ่งได้รวมหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับ Product reliability and repair และ Manufacturing reliability นั้นได้มีแนวคิดการนำเสนองานวิจัยแบบทางด้านการตรวจสอบและประเมินความเสียหายของราง และกระบวนการเชื่อมซ่อมรางรถไฟและอุปกรณ์ประกอบราง เนื่องจากปัจจุบันการใช้งานระบบรางรถไฟที่มีอยู่ทั้ง รถไฟ รถไฟฟ้า และรถไฟฟ้าใต้ดิน ย่อมเกิดความเสียหายได้ เช่น รอยแตกที่เกิดจากการล้าตัว (Fatigue crack), ความเสียหายที่เกิดจากการเสียดสี (Abrasion ), และการผิดรูปของรางรถไฟ (Deformation) ซึ่งการตรวจสอบโดยไม่ทำลายวิธีการกระแสไหลวน (Eddy current testing) และวิธีการทดสอบด้วยคลื่นคสียงความถี่สูง (Ultrasonic testing) ได้ถูกใช้งานตรวจสอบความเสียหายของรางรถไฟในปัจจุบัน แต่อย่างไรก็ตามการแปลผล (Interpretation) และการประเมินผล (Evaluation) การตรวจสอบยังต้องใช้บุคลากรทางการทดสอบโดยไม่ทำลายในการดำเนินการวิเคราะห์และและตัดสินใจ ซึ่งมีโอกาสผิดพลาดได้สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประเมินขนาดของรอยแตกพื้นผิวที่เกิดจากกระบวนการเชื่อมและการล้าตัวของรางขณะใช้งาน รวมไปถึงการเชื่อมประกอบรางซึ่งอาจเกิดตำหนิและรอยบกพร่องในบริเวณแนวเชื่อมได้ เช่น รอยแตกบนแนวเชื่อม (Welded crack) จากปัญหาดังกล่าวคณะผู้วิจัยที่มีความรู้และประสบการณ์ทางด้านงานเชื่อมและการตรวจสอบโดยไม่ทำลาย การทดสอบระบบราง การประเมินความเสียหายของวัสดุโดยอาศัยแบบจำลองเชิงตัวเลข และวิธีการไฟไนต์เอลิเมนต์ มีแนวคิดในการวิจัยและพัฒนาการประเมินรอยแตกพื้นผิวเชิงปริมาณแบบไม่ทำลาย (Quantitative nondestructive testing) ของรางรถไฟที่ด้วยการทดสอบแบบไม่ทำลายวิธีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Nondestructive testing based on Electromagnetic) โดยอาศัยกระบวนการแบบย้อนกลับ (Inversion strategy) ให้สามารถประเมินความเสียหายของรอยแตกพื้นผิว (Surface crack) ของรางรถไฟที่อาจเกิดขึ้นได้จากการเชื่อมประกอบและการใช้งานของรางรถไฟได้อย่างถูกต้องและแม่นยำมากขึ้น (โครงการวิจัยย่อยที่ 1) หลังจากสามารถประเมินความเสียหายของรางได้แล้วทางคณะผู้วิจัยจึงได้นำเสนอแนวคิดเพื่อให้เกิดการใช้ประโยชน์จากรางได้สูงที่สุด โดยที่ยังคงความสามารถในการใช้งานได้อย่างปลอดภัย โดยนำเสนอแนวคิดการเชื่อมซ่อมซ้ำบริเวณหัวราง เพื่อให้ได้ข้อมูลองค์ความรู้ที่มีคุณค่า ได้แก่ ความรู้ด้านผลกระทบจากการเชื่อมซ่อมต่อวัสดุราง ความสามารถในการใช้งานของการเชื่อมซ่อม การกำหนดวิธีการซ่อมที่เหมาะสมที่สุด การตรวจและประเมินคุณภาพของรอยเชื่อมซ่อม และการกำหนดวิธีการตรวจและประเมินความสามารถในการใช้งานได้ของรอยเชื่อมซ่อม (โครงการวิจัยย่อยที่ 2) นอกจากนั้นทางคณะผู้วิจัยยังมีแนวคิดพัฒนาขั้นตอนวิธีการเชื่อมซ่อมผิวรางประแจที่เกิดความเสียหายจากการสึกหรอ โดยประยุกต์ใช้แนวคิดการขึ้นรูปโลหะแบบสามมิติมาใช้ในการป้อนเติมน้ำโลหะลงบนพื้นผิวที่เกิดความเสียหาย โดยพื้นผิวนี้จะถูกสแกนและสร้างเป็นไฟล์ CAD จากนั้นกำหนดแผนการป้อนเติมน้ำโลหะขึ้นทีละชั้นด้วยตัวแปรการเชื่อมที่สำคัญ ได้แก่ อัตราการป้อนเติมลวด ความเร็วหัวเชื่อมป้อนเติม ในระหว่างการป้อนเติมมีการบันทึกภาพด้วยกล้องถ่ายภายความเร็วสูงซึ่งทำงานร่วมกับชุดเก็บบันทึกสัญญาณทางไฟฟ้าเพื่อวิเคราะห์ความสัมพันธ์ในระหว่างการป้อนเติมน้ำโลหะ จากนั้นทดสอบความสมบูรณ์และสมบัติทางกลของรอยเชื่อมซ่อมและบริเวณชิ้นงานที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนระหว่างการเชื่อม ได้แก่ ความแข็ง ความต้านทานแรงกระแทก รวมถึงการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา (โครงการวิจัยย่อยที่ 3)

          สำหรับหัวข้องานวิจัยกลุ่มที่สอง ได้แก่ กลุ่มการผลิตชิ้นส่วนและอุปกรณ์ของระบบรางขั้นสูง (โครงการวิจัยย่อยที่ 4-5) ที่เกี่ยวข้องกับ Railway product development ซึ่งทางคณะผู้วิจัยมีแนวคิดในการพัฒนางานวิจัยทางด้านการผลิตชิ้นส่วนและอุปกรณ์รถไฟที่มีขนาดเบา (Light weight parts and equipment) โดยศึกษาการเชื่อมประกอบอะลูมิเนียมที่ถือเป็นวัสดุที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศเป็นอย่างมาก โดยในกระบวนการแปรรูปและการขึ้นรูปวัสดุอะลูมิเนียมมีความจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการเชื่อมเพื่อเป็นหนึ่งในกระบวนการผลิตโครงสร้างอะลูมิเนียมที่สำคัญ สำหรับกระบวนการเชื่อมวัสดุอะลูมิเนียม ถือได้ว่ามีขั้นตอนและความยากเมื่อเทียบกับการเชื่อมวัสดุเหล็กกล้า อีกทั้งชั้นออกไซด์ฟิล์มของอะลูมิเนียมจะมีความแข็งแรงและจุดหลอมเหลวสูงกว่าเนื้อวัสดุอะลูมิเนียมเป็นอย่างมาก คุณสมบัติต่างๆของอะลูมิเนียมเหล่านี้จะส่งผลกระทบให้ความสามารถในการเชื่อมต่ำลง และมีโอกาสที่จะเกิดข้อบกพร่องในงานเชื่อมได้เป็นจำนวนมาก ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีแนวคิดในการทำการทดลอง เพื่อศึกษาตัวแปรที่สำคัญในการทำความสะอาดผิวอะลูมิเนียมออกไซด์ รวมถึงผลกระทบของระดับการทำความสะอาดผิวอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีผลต่อการกำจัดฟองแก๊สในงานเชื่อม อีกทั้งงานวิจัยนี้จะมีการประยุกต์กระบวนการเชื่อมแบบผสมระหว่างการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สคลุมและกระบวนการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม เพื่อพัฒนาแนวเชื่อมให้มีคุณภาพและมีผลิตภาพการผลิตที่สูงสำหรับเป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้ตัวแปรที่ได้จากงานวิจัยในอุตสาหกรรมรถไฟที่เกี่ยวข้องกับงานเชื่อมอะลูมิเนียมต่อไป (โครงการวิจัยย่อยที่ 4) นอกจากนั้นทางคณะผู้วิจัยยังมุ่งเน้นในการพัฒนาระบบต้นแบบชุดทดลองทางกลและระบบไฟฟ้าขับเคลื่อนเพื่อวิเคราะห์คุณภาพกำลังไฟฟ้าทางด้านระบบราง เนื่องจากระบบการจ่ายไฟเพื่อรถไฟฟ้าระบบรางปัจจุบันอาศัยการจำลองระบบรถไฟฟ้าด้วยโปรแกรมสำเร็จรูปเพื่อสามารถตรวจสอบความสำเร็จหรือความผิดปกติทางไฟฟ้าและสามารถประเมินการสั่งจ่ายไฟหรือแก้ไขได้ทันเหตุการณ์ รวมไปถึง ส่งผลต่อการซ่อมบำรุง จากกระบวนการดังกล่าวทั้ง เรื่องของการออกแบบและการคำนวณการไหลของกำลังไฟฟ้าในระบบได้มีการพัฒนาออกแบบโปรแกรมที่ชื่อว่า Sidytrac Studio ซึ่งออกแบบโดยบริษัทที่ทำเกี่ยวกับด้านนี้โดยตรงนั่นคือ บริษัท Siemens ซึ่งโปรแกรมนี้จะแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้ จากคุณสมบัติของโปรแกรม Sidytrac Studio ที่ช่วยลดความยุ่งยากในการจำลอง และการคำนวณการไหลของกำลังไฟฟ้าให้กับ  ระบบการจ่ายไฟฟ้าให้กับรถไฟฟ้าได้ระดับหนึ่ง แต่การบูรณาการทางเทคโนโลยีการเรียนรู้ควรจะต้องมีแผงวงจรแสดงถึงระบบการจ่ายไฟจริงเพื่อให้เห็นและเข้าใจระบบทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ และการเกิดการการผิดปกติ กระแสเกินหรือตก เพื่อให้เห็นว่าระบบยังคงจ่ายไฟได้หรือไม่ และ ควรใส่ระบบป้องกันอย่างไรเพื่อให้ระบบรถไฟฟ้ายังคงสามารถทำงานได้แม้ขณะเกิดสภาวะผิดปกติ ซึ่งหากสามารถพัฒนาสื่อการสอนเชิงนวัตกรรมการเรียนรู้เทคโนโลยีระบบราง ให้รวมทั้งชุดทดลองระบบจ่ายไฟฟ้า, โปรแกรมวิเคราะห์ระบบไฟฟ้า และพัฒนาความรู้พื้นฐานเชิงบรรยาย ให้ไปสู่เชิง Active Learning จะทำให้การเรียนรู้เทคโนโลยีระบบรางสัมฤทธิ์ผลและครบวงจรทั้งการเรียนรู้จากการฟัง มองเห็น ลงมือทำ และ วิเคราะห์ผลได้อย่างมีประสิทธิภาพ (โครงการวิจัยย่อยที่ 5)