ปฏิบัติการวิชาสื่อสาร
สารบัญ
ระบบอำนวยการเดินเรือไทยแลนด์ 4.0
Thailand 4.0 Navigation Information Center ( Thailand 4.0 NIC )
บทสรุปผู้บริหาร
องค์ความรู้นี้ เป็นการสร้างระบบศูนย์กลางข้อมูลสำหรับช่วยในการนำเรือของนักเดินเรือ โดยรวบรวมเอาข้อมูลจากแหล่งเซนเซอร์ต่าง ๆ เช่น เรดาร์ จีพีเอส เครื่องหยั่งน้ำ และระบบเอไอเอส นำมาแสดงผลบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ และพล็อตตำบลที่เรือปัจจุบันในแผนที่เดินเรือ ใช้ซอฟต์แวร์แบบโอเพ่นซอร์ส และพัฒนาฮาร์ดแวร์ให้มีขนาดเล็กลง จากเดิมที่เคยติดตั้งใช้งานบนเครื่องคอมพิวเตอร์พีซี เปลี่ยนมาเป็นบอร์ดคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋ว “ราสเบอรี่พาย (Raspberry Pi 3 Model B)” ข้อมูลจากเซนเซอร์ต่าง ๆ ที่ใช้ในการเดินเรือ จะส่งมาทางพอร์ตอนุกรมแบบ RS422 ไปรวบรวมที่ตัวเราท์เตอร์ก่อน จากนั้นจึงส่งไปประมวลผลยังบอร์ดราสเบอรี่พาย ข้อมูลทั้งหมดภายหลังจากการประมวลผล จะถูกส่งไปแสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์โดยใช้โปรแกรมโอเพ่นซีพีเอ็น (OpenCPN) ผลทดสอบการทำงานของระบบพบว่า ระบบที่ได้พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ มีข้อได้เปรียบหลายประการคือ มีขนาดเล็กมาก ประหยัดพื้นที่ติดตั้ง ใช้พลังงานน้อยกว่า ราคาถูกกว่ามาก ฮาร์ดแวร์มีความซับซ้อนน้อยกว่า ไม่มีอุปกรณ์ที่มีส่วนเคลื่อนไหว ทำให้มีเสถียรภาพสูงในการใช้งานบนเรือ ในสภาวะทะเลที่มีคลื่นลมแรง เมื่อเทียบกับระบบเดิมที่เคยมีมาก่อนหน้านี้
ความสำคัญของผลงาน
ความเป็นมาและสภาพปัญหา
ความเป็นมา:
ในปีการศึกษา 2558 โรงเรียนนายเรือดำเนินโครงการวิจัยต่อเรือฝึกเอนกประสงค์ร่วมกับอู่มาร์ซัน ซึ่งเป็นเรือฝึกขนาดเล็กความยาวตลอดลำ 16 เมตร บรรจุกำลังพลได้ 30 นาย ตามภาพที่ 1 เพื่อใช้ในการฝึกภาคปฏิบัติของวิชาเดินเรือในร่องน้ำ กฏการเดินเรือสากล และการเทียบเรือของนักเรียนนายเรือทุกชั้นปีตามภาพที่ 2
ภาพที่ 1 เรือฝึกเอนกประสงค์ของโรงเรียนนายเรือ
ภาพที่ 2 การฝึกเดินเรือในร่องน้ำเจ้าพระยาของนักเรียนนายเรือ
บนเรือฝึกลำนี้จึงได้ถูกออกแบบให้มีการติดตั้งเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ตามภาพที่ 3 สำหรับช่วยในการเดินเรือที่เป็นมาตรฐานของเรือใหญ่ไว้อย่างครบถ้วน เช่น เครื่องเรดาห์ เครื่องหยั่งน้ำ เข็มทิศ จีพีเอส แผนที่เดินเรืออิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ เป็นต้น ทั้งนี้ เพื่อให้นักเรียนนายเรือได้ทำความรู้จัก และมีความคุ้นเคยกับการใช้งานเครื่องมือช่วยในการเดินเรือต่างๆ และนำเอาความรู้ที่ได้รับไปปฏิบัติงานบนเรือใหญ่ ภายหลังจากสำเร็จการศึกษา
ภาพที่ 3 เครื่องมือช่วยเดินเรือต่าง ๆ ที่ติดตั้งบนเรือฝึก
สภาพปัญหาที่เกิดขึ้น:
ระบบแผนที่อิเล็กทรอนิกส์ หรือ “โต๊ะพล็อตอัจฉริยะ” ที่ได้พัฒนาขึ้นโดยกรมอิเล็กทรอนิกส์ทหารเรือ ได้ถูกนำมาติดตั้งให้ใช้งานบนเรือลำนี้ด้วยตามภาพที่ 4 แต่เนื่องด้วยเรือลำนี้มีขนาดเล็ก สพานเดินเรือมีลักษณะเปิดโล่ง ทำให้ความชื้น และไอเค็มน้ำทะเลเข้าไปสร้างปัญหาให้กับเครื่องโต๊ะพล็อตอัจฉริยะ ซึ่งติดตั้งอยู่ภายใต้คอนโซลของสพานเดินเรือ ทำให้ระบบชำรุดและใช้งานไม่ได้ เนื่องจากระบบนี้ ได้ถูกออกแบบฮาร์ดแวร์ให้ใช้งานกับเครื่องคอมพิวเตอร์พีซีแบบเดสทอปที่ใช้ภายในสำนักงานทั่ว ๆ ไป จึงไม่มีความคงทนต่อการใช้งานในสภาวะแวดล้อมที่เป็นอยู่ปัจจุบัน ด้วยเหตุและปัญหาตามที่ได้กล่าวมา จึงเป็นที่มาของการศึกษาและพัฒนาสิ่งประดิษฐ์เพื่อแก้ปัญหาการปฏิบัติงานในครั้งนี้
ภาพที่ 4 โต๊ะพล็อตอัจฉริยะของกรมอิเล็กทรอนิกส์ทหารเรือ
แนวทางการแก้ปัญหาและพัฒนา
การที่จะนำเครื่องคอมพิวเตอร์เดสทอปที่ถูกออกแบบให้มีความคงทนเป็นพิเศษ เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์สำหรับใช้ภายในโรงงานอุตสาหกรรม (Industrial Grade) จะใช้งบประมาณเป็นหลักแสนบาท เพื่อให้สามารถแก้ปัญหาได้ทันเวลา ประหยัดงบประมาณของโรงเรียนนายเรือ และกองทัพเรือ ส่งเสริมการเรียนรู้แบบ Active Learning ให้กับนักเรียนนายเรือได้รู้จักการนำความรู้ที่ได้เรียนมาประยุกต์ใช้ เพื่อแก้ไขปัญหาในการปฏิบัติงานได้ อีกทั้งยังเป็นการสร้างนวัตกรรม ตามนโยบายของรัฐบาลไทยแลนด์ 4.0 น.อ.รศ.อุดมศักดิ์ บุญประเสริฐ และทีมงาน จึงได้มีแนวคิดที่จะนำ “ระบบฝังตัว” หรือ “สมองกลฝังตัว” ซึ่งทำงานเป็นเสมือนเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋ว นำมาใช้แทนเครื่องคอมพิวเตอร์เดสทอปตัวที่ใช้อยู่ปัจจุบัน โดยระบบฝังตัวที่เลือกมาใช้งานคือ บอร์ดควบคุมราสเบอรี่พาย 3 (Raspberry Pi3) ตามภาพที่ 5 เนื่องด้วยมีจุดเด่นและข้อได้เปรียบหลายประการ ซึ่งจะกล่าวอธิบายถึงรายละเอียดในหัวข้อถัดไป
ภาพที่ 5 ระบบฝังตัวราสเบอรี่พาย 3
กระบวนการผลิตผลงาน/ขั้นตอนการดำเนินงาน
ระบบที่ได้พัฒนาขึ้นใหม่นี้ใช้ชื่อว่า “ระบบอำนวยการเดินเรือไทยแลนด์ 4.0” ภาพโดยรวมของระบบแสดงตามไดอะแกรมในภาพที่ 6
ภาพที่ 6 ระบบอำนวยการเดินเรือไทยแลนด์ 4.0
การทำงานในแต่ละอุปกรณ์ เริ่มต้นจากส่วนของเซนเซอร์ เป็นส่วนที่มีหน้าที่ในการวัดและส่งค่าข้อของมูลต่าง ๆ ที่จำเป็นในการเดินเรือ ประกอบไปด้วย ระบบของเรดาห์ เรื่องหยังน้ำ จีพีเอส และระบบ AIS ข้อมูลจากเซนเซอร์เหล่านี้จะถูกรวบรวมเข้าด้วยกันด้วยอุปกรณ์ Serial Device Servers ผ่านโปรโตคอล RS232 และแปลงเป็นอีเทอร์เน็ต เพื่อส่งข้อมูลระยะไกล (ไม่เกิน 100 เมตร) ไปยัง VPN เราท์เตอร์ซึ่งทำหน้าที่เป็นศูนย์กลาง (Hub) ในการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประมวลผลและส่วนเอาต์พุต กล้องไอพี ถือว่าเป็นอุปกรณ์อินพุตอีกประเภทหนึ่งมีหน้าที่บันทึกและถ่ายทอดเหตุการณ์สดในขณะที่มีการฝึก เพื่อส่งภาพวีดีโอแบบทันเวลาระยะไกลให้กับผู้บังคับบัญชาที่อยู่บนบก ผ่านทางระบบเครือข่ายไร้สายโดยใช้เราเตอร์ 4G บอร์ดราสเบอรี่พาย 3 ทำหน้าที่เป็นส่วนประมวลผล ติดตั้งโปรแกรมควบคุมการทำงาน Open CPN ที่คอยประมวลผลข้อมูลที่ส่งมาจากเซอร์ต่าง ๆ ข้อมูลที่ผ่านการวิเคราะห์และประมวลผลแล้ว จะถูกส่งไปแสดงผลให้ผู้ใช้งานที่อยู่บนสะพานเดินเรือ ซึ่งอาจจะเป็นจอมอนิเตอร์ของเครื่องพีซี หรือแสดงผลผ่านสมาร์ทโฟนเพื่ออำนวยความสะดวกให้กับผู้ใช้งานคนอื่น ๆ ให้สามารถเข้าถึงข้อมูลได้ทุกที่ภายในเรือที่มีสัญญาณไวไฟ บอร์ดควบคุมอาดูโน่ต่อใช้งานร่วมกับอีเทอร์เน็ตชีลด์ เพื่อทำหน้าที่ส่งข้อมูลจากเซนเซอร์ต่างๆ ไปยังระบบคลาวด์ โดยใช้เว็บเซอร์วิสของ NETPIE
ขั้นตอนการประดิษฐ์
- ประกอบอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องลงในกล่องกันน้ำและกันความชื้น ซึ่งประกอบด้วย แหล่งจ่ายไฟ Serial Device Server, VPN Router, และอุปกรณ์แปลงการสื่อสาร RS422 เป็น RS232
ภาพที่ 7 การติดตั้งฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องลงในกล่องกันน้ำ
- เดินสายสัญญาณต่าง ๆ เช่น สายสื่อสารแบบอนุกรม สายแลน และสายไฟเลี้ยง การใช้ท่อร้อยสาย และการเดินสายไฟต่าง ๆ ให้เข้าที่ พร้อมกับการจัดเก็บให้เป็นระเบียบ
ภาพที่ 8 การเดินสายสัญญาณต่าง ๆ ของระบบเข้าด้วยกัน
ภาพที่ 9 ฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ ที่อยู่ภายในกล่องกันน้ำ
- นำบอร์ดราสเบอรี่พายไปทาน้ำยาเคลือบแผ่นพีซีบีเพื่อกันความชื้นและไอเค็มของน้ำทะเล และนำไปอบแห้ง จากนั้นนำไปใส่เคส และทำแท่นติดตั้งกับจอมอนิเตอร์
ภาพที่ 10 การติดตั้งบอร์ดราสเบอรี่พาย
- ติดตั้งซอฟต์แวร์ Open CPN ติดตั้งแผนที่เดินเรือดิจิตัลของกรมอุทกศาสตร์ และทดสอบการทำงานของส่วนประกอบต่าง ๆ ในระบบ ยกเว้นระบบจีพีเอส ระบบเรดาห์ และระบบเครื่องหยั่งน้ำ
ภาพที่ 11 การติดตั้งในส่วนของซอฟต์แวร์
- นำส่วนประกอบทั้งหมดไปติดตั้งและทดสอบการทำงานบนเรือฝึก ทดสอบการทำงานร่วมกับเซนเซอร์จีพีเอส เครื่องหยั่งน้ำ เรดาร์ และระบบ AIS
ภาพที่ 12 การติดตั้งและใช้งานระบบบนเรือฝึก
วัสดุที่ใช้ในการประดิษฐ์และแหล่งที่มา
- บอร์ดราสเบอรี่พาย จัดหาจาก บริษัท วีนัสซัพพลาย จำกัด
- ฮับและเราท์เตอร์ จัดหาจาก พันทิพย์พลาซ่า
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จัดหาจาก บริษัท อีเลคทรอนิคส์ ซอร์ซ จำกัด
- พีซีบีสั่งทำที่ บริษัท วราพีซีบี จำกัด
สถานที่ตั้งของผลงานสิ่งประดิษฐ์ ท่าเทียบเรือ โรงเรียนนายเรือ
งบประมาณที่ใช้ในสิ่งประดิษฐ์
- งบประมาณที่ใช้นี้ รวมค่าติดตั้งระบบ AIS และการต่อเชื่อมโยงเพื่อนำเข้าข้อมูลจากเซนเซอร์ต่าง ๆ มายังส่วนประมวลผล เป็นจำนวนทั้งสิ้น ๒๙,๕๐๐.๐๐ บาท ได้รับการสนับสนุนงบประมาณจาก โรงเรียนนายเรือ
ผลการดำเนินงาน/ประโยชน์ที่ได้รับ
ด้านเศรษฐกิจและสังคม
- ช่วยประหยัดงบประมาณของกองทัพเรือและประเทศชาติ
- อายุการใช้งาน และความคงทน ได้รับการพัฒนาแก้ไข
- นำไปใช้ประโยชน์ในเชิงพานิชย์ จำหน่ายให้กับเรือของภาคเอกชน เรือสินค้า เรือยอร์จ เรือสำราญ เรือประมง ทั้งในและนอกประเทศ สนับสนุนนโยบายพัฒนาเศรษฐกิจของรัฐบาล “ไทยแลนด์ 4.0 โมเดล”
ด้านความมั่นคงและการพัฒนาประเทศ
- เรือฝึกนักเรียนนายเรือมีเครื่องมือฝึกที่เป็นมาตรฐานการเดินเรือของ IMO
- เป็นตัวอย่างของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในการป้องกันประเทศ
- เป็นตัวอย่างของการพึ่งพาตนเอง เสริมสร้างความมั่นคงในการพัฒนาประเทศ โดยลดการพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศ สามารถพัฒนาต่อยอดไปสู่อุตสาหกรรมป้องกันประเทศได้
หน่วยงาน/บุคคล ที่นำผลงานประดิษฐ์ไปใช้ประโยชน์
- กองวิชาการเรือและเดินเรือ ฝ่ายศึกษา โรงเรียนนายเรือ
ปัจจัยความสำเร็จ
โครงการนี้สำเร็จรุล่วงไปได้ด้วยมีปัจจัยต่าง ๆ ที่เกื้อหนุนดังนี้
- การสนับสนุนจากผู้บังคับบัญชาในทุกระดับ ตั้งแต่ ผอ.กองวิชาวิศวกรรมศาสาตร์ หัวหน้าฝ่ายศึกษาฯ ฝ่ายอำนวยการต่าง ๆ ไปจนถึงผู้บัญชาการโรงเรียนนายเรือ ที่กรุณาอนุมัติโครงการและงบประมาณสนับสนุนในครั้งนี้
- นักเรียนนายเรือ สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า ที่ช่วยมาเป็นลูกมือและได้ผลงานเพื่อไปใช้ประกอบกับวิชาโครงงานวิศวกรรมไฟฟ้า ได้แก่ นนร.อรรถชัย อัจฉริยนิติ, นนร.พิริยะ จันทร, นนร.พีระพัฒน์ แผนเจริญ
- มีห้องปฏิบัติการโครงงานวิศวกรรมไฟฟ้าที่มีความทันสมัย และเครื่องมือ เครื่องใช้ต่าง ๆ ที่พร้อมสรรพ
บทเรียนที่ได้รับ
องค์ความรู้นี้มีส่วนช่วยให้เกิดการประหยัดงบประมาณของกองทัพเรือเป็นอย่างมาก หากเปรียบเทียบกับการจัดหาจากต่างประเทศจะมีราคาประมาณ 3 ล้านบาทต่อ 1 ระบบ และหากต้องการฟีเจอร์เสริม จะต้องมีการจ่ายค่าติดตั้งเพิ่มเติม ระบบที่พัฒนาขึ้นมานี้นอกจากจะใช้กับเรือฝึกของโรงเรียนนายเรือแล้ว ยังสามารถนำไปใช้ติดตั้งในเรือรบของกองทัพเรือได้อีกด้วย ซึ่งจะช่วยเสริมและสนับสนุนในการปฏิบัติภารกิจปกป้องอธิปไตยของชาติ และคุ้มครองผลประโยชน์ของชาติทางทะเล
จุดเด่น ของผลงานที่มีความเหนือกว่าระบบเดิมซึ่งใช้คอมพิวเตอร์พีซีเป็นส่วนประมวลผลคือ
- นำระบบฝังตัวมาประยุกต์ใช้งานแทนเครื่องคอมพิวเตอร์แบบเดสทอป ทำให้มีความคงทนต่อการใช้งานในทะเล ในสะพานเดินเรือแบบเปิด มีเสถียรภาพสูงกว่า ใช้พลังงานต่ำกว่า
- ราคาถูกกว่าระบบเดิม ๑๐ เท่า ทำงานได้เหมือนกัน แต่มีความเชื่อถือได้ และความทนทานสูงกว่า
- เพิ่มการต่อเชื่อมเข้ากับระบบแสดงตนอัตโนมัติ (Automatic Identification System: AIS)
- เพิ่มการต่อเชื่อมเข้ากับระบบเรดาห์เดินเรือ
- เพิ่มการต่อเชื่อมเข้ากับระบบเครื่องหยั่งน้ำ (Echo Sounder)
- เพิ่มระบบตรวจการณ์ด้วยกล้องและส่งข้อมูลภาพระยะไกล (4G) ไปยังผู้บังคับบัญชา
- สามารถใช้ได้กับระบบไฟฟ้ากระแสตรง 24VDC ของเรือ (ระบบเดิมใช้ไฟฟ้า 220 VAC)
การเผยแพร่/การได้รับการยอมรับ
- ผลงานการประดิษฐ์นี้ มีระดับความเป็นนวัตกรรมของผลงานในระดับสากล (International) มีการนำไปจัดแสดงผลงานในงานนาวีวิจัย 2017 ณ หอประชุมกองทัพเรือ
- นำไปจัดแสดงในงานนวัตกรรมกลาโหม 2017 ณ อาคารสำนักงานปลัดกระทรวง
กลาโหม (พื้นที่ศรีสมาน) ตำบลบ้านใหม่ อำเภอปากเกร็ด จังหวัดนนทบุรี
- นำไปจัดแสดงในงานวันนิทรรศการ รร.จปร. 2017 ณ โรงเรียนนายร้อยพระจุลจอมเกล้า ตำบลพรหมณี อำเภอเมือง จังหวัดนครนายก
รางวัลที่ได้รับ
- รางวัลดีเด่นประเภทสิ่งประดิษฐ์ งานนาวีวิจัย 2017
- รางวัลนวัตกรรมด้านยุทโธปกรณ์ กลุ่มเครื่องช่วยฝึกและการป้องกันกำลังรบ งานประกวดนวัตกรรมของกระทรวงกลาโหมประจำปี 2560
เอกสารอ้างอิง
- ใบแสดงความจำนงการเข้าร่วมประกวดรางวัลนวัตกรรมของกระทรวงกลาโหมประจำปี 2560
- แบบฟอร์มเสนอผลงานสิ่งประดิษฐ์นาวีวิจัย2560
- คู่มือการใช้งานระบบอำนวยการเดินเรือไทยแลนด์4.0
Related posts
ok มากๆ เลยค่ะ
แต่ว่าในการนำไปใช้แล้วพบปัญหาอะไรบ้างหรือไม่คะ ถ้าพบปัญหา ได้มีการแก้ไขอย่างไรคะ
เนื่องด้วยเรือฝึกของโรงเรียนนายเรือมีสพานเดินเรือที่เปิดโล่ง ทำให้เกิดความชื้นจากไอน้ำได้ง่าย โดยเฉพาะไอน้ำเค็มซึ่งมีผลเสียต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จึงแก้ไขปัญหาด้วยการเคลือบแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยน้ำยาป้องกันความชื้นเกรดพรีเมียม และใช้กล่องใส่อุปกรณ์แบบกันน้ำและกันความชื้น ระดับ IP55 ทำให้สามารถใช้งานได้ยาวนานขึ้น
ค่ะ ยังดูเรื่องคอมเม้นท์ไม่ค่อยได้ งงๆ ค่ะ