ประวัดิการไหลของวัสดุ

ประวัติความเป็นมาของการไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม

เป็นเวลานานมาแล้วก่อนที่การไหลของวัสดุจะกลายเป็นเครื่องมือหนึ่งสำหรับการจัดการสิ่งแวดล้อม, ทรัพยากร, และขยะของเสีย เราเคยได้ใช้หลักการของการไหลของวัสดุในสาขาทางด้านอุตสาหการ, เคมี, เศรษฐศาสตร์, วิศวกรรม, และชีววิทยา เป็นต้นมาก่อนแล้ว ในหลักการพื้นฐานของการไหลของวัสดุมีอยู่อย่างง่ายๆ คือการสร้างความสมดุลของสสารที่มีอยู่นั้นเอง หรืออีกนัยหนึ่งก็คือปริมาณวัตถุที่เข้าระบบก็จะต้องเท่ากับปริมาณวัตถุที่ออกจากระบบนั่นเอง ซึ่งจากหลักฐานที่มีอยู่หลักการดังกล่าวได้ถูกอธิบายขึ้นมากว่าสองพันปีที่แล้ว โดยนักเขียนชาวกรีก และต่อมาระหว่างปี ค.ศ. 1743-1794 นักเคมีชาวฝรั่งเศส Antoine Lavoisier ได้กล่าวไว้อย่างชัดเจนในเรื่องสสารทางเคมีว่า ปริมาณสสารจะไม่มีการสูญเสียหรือสูญหายไปแต่จะแปรเปลี่ยนเป็นพลังงานในรูปอื่นๆ ภายหลังจากการเกิดปฏิกิริยา
จนมาถึงในศตวรรษที่ 20 การใช้หลักการของการไหลของวัสดุได้ถูกพัฒนาและปรากฏในงานด้านต่างๆ ของการศึกษาในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน ก่อนที่จะนำวิธีและหลักการของการไหลของวัสดุไปใช้งานจริงนั้น วิธีการดำเนินการได้ถูกพัฒนามาโดยตลอดซึ่งนักวิจัยจำนวนมากได้ใช้กฏของการใช้วัตถุเพื่อมุ่งไปสู่ขบวนการของความสมดุล ในด้านวิศวกรรมการจัดการและเคมีเป็นเรื่องปกติที่จะตรวจสอบวิเคราะห์และสร้างความสมดุลของค่าการเข้าและออกของปฏิกริยาเคมี ในด้านแขนงวิชาเศรษฐศาสตร์ ลีโอนทีฟ (Leontief) ได้กล่าวไว้ในค่าการเข้า-ออกในระหว่างปี ค.ศ.1930-1940 ว่าการลงทุนด้วยพื้นฐานที่ใช้แพร่หลายของวิธีการพิจารณาค่าการเข้า-ออกสามารถแก้ปัญหาของทางเศรษฐศาสตร์ได้ ในการศึกษาครั้งแรกในแขนงของการจัดการทรัพยากรและสิ่งแวดล้อมได้ปรากฏในระหว่างปี ค.ศ.1970-1980 ในพื้นที่หลักๆ สองพื้นที่ของการดำเนินการคือ 1) เมืองขนาดใหญ่ และ 2) การวิเคราะห์ของมลพิษในพื้นที่หนึ่งๆ เช่น เส้นทางน้ำ หรือเขตชุมชนที่อยู่อาศัย ทศวรรษหลังจากนั้น MFA ได้กลายเป็นเครื่องมือที่แพร่หลายในแขนงด้านวิทยาการต่างๆ ประกอบด้วยการควบคุมการจัดการ (process control), การบำบัดของเสียและน้ำเสีย (waste and wastewater treatment), การจัดการสารอาหารในภาคเกษตรกรรม (agricultural nutrient management), การจัดการคุณภาพของน้ำ (water-quality management), การจัดการและนำไปใช้ใหม่ของทรัพยากรธรรมชาติ (resource conservation and recovery), การออกแบบผลิตภัณฑ์ (product design), การประเมินวัฏจักรของชีวิต (life cycle assessment: LCA), และอื่นๆ

การไหลของวัสดุสำหรับการวางแผนผังโรงงานปัจจุบันแปรเปลี่ยนเป็นการไหลของวัสดุสำหรับการจัดการสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ

จากชื่อเรื่องข้างต้นดังกล่าวพยายามที่จะแสดงและชี้ให้ท่านผู้อ่านเห็นถึงการประยุกต์นำไปใช้และประโยชน์จากการไหลของวัสดุ (Flow of Materials) ที่มีมาช้านานแล้วในสาขาต่างๆ เช่น เคมี, วิศวกรรมเป็นต้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสาขาทางด้านอุตสาหการเพื่อการวางแผนผังโรงงาน ซึ่งปัจจุบันนั้น การไหลของวัสดุก็ได้ถูกนำมาใช้งานทางด้านการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม (Material Flow for Environment Management) ซึ่งเป็นงานวิจัยและค้นคว้าของอาจารย์มหาวิทยาลัยชื่อดังในทวีปยุโรป [2] ซึ่งบทความนี้ได้แบ่งออกเป็น 2 ตอนด้วยกันเพื่อให้ผู้อ่านสามารถจะเข้าใจง่ายยิ่งขึ้น ในส่วนตอนที่ 1 ท่านผู้อ่านจะสามารถเข้าใจหลักพื้นฐานในภาพรวมของการวางแผนผังโรงงานและความสำคัญของการไหลของวัสดุในขบวนการผลิต ภายหลังจากนั้นในตอนที่ 2 ก็จะอธิบายถึงหลักพื้นฐานของการไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม พร้อมทั้งตัวอย่างการใช้งานของการไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อมในพื้นที่ต่างๆ ในปัจจุบัน

ตอนที่ 1: การไหลของวัสดุ – หัวใจสำคัญของขบวนการผลิตของการวางแผนผังโรงงาน

การวางแผนผังโรงงานอย่างมีระบบ เป็นวิธีการจัดการสำหรับการวางแผนผังโรงงานอันประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ (Phases), แผนการเชิงปฏิบัติ (Pattern of Procedures), และการกำหนดแบบแผนของแต่ละองค์ประกอบตลอดจนพื้นที่ต่างๆ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการวางแผนผังโรงงานอย่างเป็นสัดส่วนและเหมาะสม สำหรับการวางแผนผังโรงงาน ผลิตภัณฑ์หรือวัตถุดิบ (P: Product), ปริมาณผลิตภัณฑ์ (Q: Quantity), ขบวนการผลิตและอุปกรณ์ (R: Routing), สิ่งสนับสนุนการผลิต (S: Supporting), และเวลา (T: Time) ตลอดจนกิจกรรมหรือพื้นที่ต่างๆ ที่รวมในผังโรงงาน ข้อมูลต่างๆ เหล่านี้ ต่างก็เป็นข้อมูลพื้นฐานขั้นแรกที่จะใช้ประกอบการวางแผนผังโรงงานในแผนการเชิงปฏิบัติของ SLP (The Systematic Layout Planning Pattern)

การไหลของวัสดุ (Flow of Materials) ก็จะเป็นขั้นตอนถัดมาและเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของขบวนการผลิตรวมไปถึงเป็นสิ่งสำคัญสูงสุดของการวางแผนผังโรงงาน ซึ่งผู้วางแผนผังโรงงานจะต้องทำการวิเคราะห์ปริมาณการไหลของวัสดุทิศทางและลำดับขั้นตอนการไหล ตลอดจนพื้นที่ที่เกี่ยวข้องจากข้อมูลพื้นฐานในขั้นแรก (P, Q, R, S, T และกิจกรรมต่างๆ) ดังแผนภูมิที่ได้แสดงในรูปที่ 1 ในพื้นที่การทำงานหรือพื้นที่สำหรับการผลิต และพื้นที่สำหรับสิ่งสนับสนุนการผลิต ที่ได้กำหนดอยู่ในแผนนั้น จะเป็นข้อมูลอย่างดีที่จะพัฒนา และจัดทำแผนภาพแสดงความสัมพันธ์ของกิจกรรมต่างๆ กิจกรรมใดที่มีความสัมพันธ์กับกิจกรรมการบริการ หรือกิจกรรมสนับสนุนการผลิต หรือลักษณะการทำงานต้องติดต่อกันบ่อยครั้ง จะมีความสำคัญมากกว่าความสัมพันธ์พื้นฐานเฉพาะการไหลของวัสดุแต่เพียงอย่างเดียว
เมื่อนำผลการวิเคราะห์การไหลของวัสดุ และความสัมพันธ์ของกิจกรรม (Activity Relationship) ซึ่งจะเขียนอยู่ในรูปของแผนภูมิความสัมพันธ์ (Relationship Chart) มาพิจารณาร่วมกันก็สามารถเขียนเป็นแผนภาพความสัมพันธ์ (Relationship Diagram) โดยพิจารณาความสัมพันธ์กิจกรรมต่างๆ ของแต่ละแผนกในตำแหน่งและทิศทางที่เหมาะสม โดยไม่คำนึงถึงลักษณะรูปทรงของพื้นที่ที่เป็นจริงของแต่ละกิจกรรมว่าเป็นอย่างไร

******************************

******************************
รูปที่ 1 แผนการเชิงปฏิบัติของการวางแผนผังโรงงานอย่างเป็นระบบ [1]



วิธีสร้างแผนภูมิและแผนภาพการไหลของวัสดุในขบวนการผลิต (Flow Process Chart and Flow Diagram)

แผนภูมิการไหลของวัสดุในขบวนการผลิต (Flow Process Chart) คือแผนภูมิที่เขียนขึ้นเพื่อบันทึกขั้นตอนการทำงานหรือบันทึกขั้นตอนในกระบวนการแปรรูปวัตถุดิบ จนกระทั่งเป็นผลิตภัณฑ์
แผนภูมิการไหลของวัสดุในขบวนการผลิต แบ่งออกได้เป็น 2 แบบ คือ 1) แบบบันทึกขั้นตอนการทำงานของคน (Man Type) เป็นแผนภูมิที่บันทึกเฉพาะขั้นตอนการทำงานของคนเพียงอย่างเดียวเท่านั้นที่เคลื่อนที่ผ่านไปตามขั้นตอนต่างๆ และ 2) แบบบันทึกขั้นตอนการแปรรูปของวัตถุดิบ (Material Type) เป็นแผนภูมิที่บันทึกเฉพาะขั้นตอนการแปรรูป หรือขั้นตอนที่วัตถุดิบจะต้องผ่าน หรือถูกกระทำในการแปรรูปของวัตถุดิบนั้นจนกระทั่งกลายเป็นผลิตภัณฑ์
การสร้างแผนภูมิการไหลของวัสดุในขบวนการผลิต เราจะใช้เครื่องหมายสัญลักษณ์ของความสัมพันธ์ในขบวนการวิศวกรอุตสาหการที่ Gilbreths เป็นผู้พัฒนาเครื่องหมายในระยะแรก ซึ่งใช้กันแพร่หลายในนักคณิตศาสตร์ วิศวกรเคมี หรือนักปฏิบัติการวิเคราะห์ ภายหลังจากนั้นสมาคมวิศวกรรมเครื่องกล แห่งสหรัฐอเมริกา (ASME) ได้ปรับปรุงเปลี่ยนแปลงเครื่องหมายเหล่านั้น ให้เป็นมาตรฐานสากล ดังแสดงในรูปที่ 2

**********************

**********************
รูปที่ 2 สัญลักษณ์ที่สำคัญในการสร้างแผนภูมิการไหลของวัสดุในขบวนการผลิตตามมาตรฐาน ASM No. 101 [1]

วิธีการสร้างแผนภูมิการไหลของวัสดุในขบวนการผลิต สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธีคือ 1) สร้างเป็นแผนภูมิแบบง่ายๆ ไม่เป็นแบบฟอร์ม โดยเขียนลงในกระดาษเปล่า และ 2) สร้างเป็นแผนภูมิในรูปแบบฟอร์มอย่างละเอียด ตัวอย่างแบบฟอร์มของแผนภูมิการไหลได้แสดงไว้ในรูปที่ 3

************************

************************
รูปที่ 3 ตัวอย่างแผนภูมิการไหลของขบวนการผลิตในใบสั่งซื้อ [3]

แผนภาพการไหลเป็นแบบแปลนที่ย่อส่วนของสภาพการทำงานจริงลงบนแผ่นกระดาษและจะต้องใช้ควบคู่ไปกับแผนภูมิการไหลด้วยกันเสมอ ตัวอย่างแผนภาพการไหลได้แสดงไว้ในรูปที่ 4

**********************************

**********************************
รูปที่ 4 ตัวอย่างแผนภาพการไหลจากใบสั่งซื้อ [3]

การวิเคราะห์การไหลของวัสดุในขบวนการผลิต

ผลจากการทราบถึงขบวนการผลิต (Routing) อันเป็นข้อมูลพื้นฐานสำหรับการวิเคราะห์การไหลของวัสดุ (Flow of Materials) จะต้องสามารถทดสอบและพิสูจน์ให้เห็นจริงได้อย่างมีเหตุผลและถูกต้อง หลักการตรวจสอบแบบง่ายๆ ของขบวนการผลิต เริ่มแรกมีการพัฒนาโดย Allan H. Mogensen ซึ่งได้กำหนดวิธีการตรวจสอบในแต่ละขั้นตอนของขบวนการผลิต ดังต่อไปนี้ 1) กำจัด (Eliminate) หน่วยทำงานนี้สำคัญหรือไม่ สามารถกำจัดหรือตัดทิ้งได้หรือไม่, 2) รวม (Combine) เราสามารถรวมหน่วยงานต่างๆ เข้าด้วยกันได้หรือไม่, 3) เปลี่ยนลำดับ ขั้นตอนการทำงาน สถานที่ หรือคน เราสามารถเปลี่ยนหรือจัดใหม่ได้หรือไม่, และ 4) ปรับปรุงรายละเอียด (Improve Details) เราสามารถปรับปรุงวิธีการทำงาน หรืออุปกรณ์ในแต่ละหน่วยทำงานได้หรือไม่
หากขบวนการผลิตเป็นผลที่พอใจแล้ว ผู้วางแผนก็สามารถเริ่มทำการวิเคราะห์การไหลของวัสดุ (Flow of Materials) ได้ ซึ่งในการวิเคราะห์การไหลของวัสดุ เพื่อจะให้ได้ลำดับขั้นตอนการเคลื่อนย้ายวัสดุที่ดีที่สุดนั่นคือ วัสดุที่ไหลผ่านขบวนการต้องเป็นระบบทางตรง ไม่เป็นระบบทางอ้อมหรือวกวนซับซ้อนไปมา โดยการวิเคราะห์การไหลของวัสดุเราจะพิจารณาถึงองค์ประกอบที่สำคัญ 2 ประการ คือ ความเข้มการไหลของวัสดุ และการระบายของเสีย เศษขยะ เศษวัสดุ และอื่นๆ ซึ่งการระบายของเสียและเศษวัสดุ เป็นปัญหาสำคัญของการวางผังในส่วนที่เกี่ยวกับการขนถ่ายวัสดุในโรงงาน ส่วนใหญ่แล้วในระบบการผลิตอาจมีของเสีย หรือเศษวัสดุสูงถึง 20%-30% เศษวัสดุเหล่านี้กลายเป็นเรื่องที่ต้องกังวลในการขน วัสดุบางอย่างอาจสกปรก มีคม มีอันตราย รวมไปถึงอาจสามารถนำมารีไซเคิลกับมาใช้อีกครั้งได้ ซึ่งต่างก็ต้องอาศัยวิธีการที่แตกต่างในการจัดการเศษวัสดุ ดังแสดงตัวอย่างแผนผังการไหลของวัสดุที่ระบุความเข้มการไหลและการสูญเสียในขั้นตอนต่างๆ ของขบวนการผลิตในรูปที่ 5

**************************

**************************
รูปที่ 5 ตัวอย่างแผนผังการไหลของวัสดุ ที่แสดงความเข้มการไหล และการสูญเสีย [1]


ตอนที่ 2: การไหลของวัสดุ – หัวใจสำคัญของการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม

หลังจากที่เราทราบถึงหลักพื้นฐานและความสำคัญของการไหลของวัสดุในขบวนการผลิตในโรงงานพอสังเขปเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ในตอนที่ 2 นี้ก็จะกล่าวถึง การไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม ซึ่งได้ใช้หลักพื้นฐานคล้ายๆ กับการไหลของวัสดุในขบวนการผลิตในโรงงาน

การไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม

เนื่องจากปัจจุบัน “สถานการณ์ภาวะโลกร้อน” เป็นหัวข้อที่สำคัญซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนโลก ซึ่งท่านผู้อ่านก็คงได้รับข่าวสารมามากมายแล้วในปัจจุบัน การวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อมที่ดี จึงเป็นวิธีหนึ่งที่สำคัญสำหรับการป้องกันต่อการเกิดความหายนะและความสูญเสียอย่างรุนแรงในด้านสิ่งแวดล้อมในอนาคต จึงมีนักวิทยาศาสตร์มากมายที่พยายามวิจัยและค้นคว้าหาหนทางแก้ไขในเรื่องดังกล่าว บทความนี้ได้นำเสนอการประยุกต์นำไปใช้หลักพื้นฐานของการไหลของวัสดุเพื่อการจัดการสิ่งแวดล้อม
การไหลของวัสดุสำหรับการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อมนั้นเป็นวิธีการประเมินอย่างเป็นระบบของการไหลและการกักเก็บของวัสดุ โดยกำหนดระบบด้วยหลักสำคัญ 2 ประการ คือ พื้นที่และเวลา ในส่วนพื้นที่ของการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อมสามารถที่จะควบคุมตั้งแต่พื้นที่ที่มีขนาดเล็กจนไปถึงพื้นที่ที่มีขนาดใหญ่ เช่น พื้นที่เขตบริษัท หรืออาคารสถานที่หนึ่งๆ, พื้นที่เขตนิคมอุตสาหกรรม, พื้นที่ลุ่มแม่น้ำ, พื้นที่ชุมชน, จังหวัด จนไปถึงระดับพื้นที่ทั้งประเทศ เป็นต้น
ภายหลังที่ได้กำหนดพื้นที่ที่แน่นอนสำหรับการใช้การไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม เราก็จะกำหนดวัสดุหรือวัตถุที่เราจะศึกษาและประเมินเพื่อการจัดการสิ่งแวดล้อมในเขตพื้นที่ ตัวอย่างเช่น ปริมาณน้ำเสีย, ปริมาณขยะ, สารตะกั่ว, ธาตุไนโตรเจน, ธาตุฟอสฟอรัส หรือธาตุที่เป็นอันตรายอื่นๆ เป็นต้น

หลักพื้นฐานของการไหลของวัสดุเพื่อการจัดการสิ่งแวดล้อม

หลักพื้นฐานของการไหลของวัสดุเพื่อการจัดการสิ่งแวดล้อมนั้นมีหลักการง่ายๆ คือปริมาณวัสดุหรือวัตถุที่กำหนดก่อนเข้าระบบจะเท่ากับปริมาณวัสดุที่กักเก็บในระบบรวมกับปริมาณวัสดุที่ออกจากระบบนั่นเอง ดังสมการข้างล่าง และในรูปที่ 6 แสดงการพิจารณาการไหลของวัสดุก่อนเข้าและออกจากระบบ

******************************

******************************
รูปที่ 6 การพิจารณาการไหลของวัสดุก่อนเข้าและออกจากระบบ [2]

วิธีปฏิบัติของการไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม

อย่างที่เราทราบกันแล้วจากบทความข้างต้นว่าการไหลของวัสดุได้ถูกนำมาใช้ในสาขาต่างๆ โดยเฉพาะขบวนการผลิตในโรงงาน ในระหว่างปี ค.ศ. 1980, Baccini และ Brunner ได้ทำการพัฒนาวิธีการใช้ของการไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อมไว้อย่างจริงจังและเข้าใจง่าย ดังได้แสดงวิธีการใช้ในแผนภูมิในรูปที่ 7

*****************************

*****************************
รูปที่ 7 ลำดับขั้นตอนการใช้งานด้วยวิธีการไหลของวัสดุ [2]


ตัวอย่างการใช้งานของการไหลของวัสดุเพื่อการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อม

ท้ายของบทความนี้ขอเสนอตัวอย่างการใช้งานของการไหลของวัสดุสำหรับการจัดการสิ่งแวดล้อมที่ใช้อยู่ในปัจจุบันสำหรับการวางแผนการจัดการสิ่งแวดล้อมด้วยวิธีการไหลของวัสดุ ซึ่งมีการนำไปใช้มากมายหลายพื้นที่และหลายด้านด้วยกัน ตัวอย่างเช่น การวางแผนการจัดการน้ำในภาพรวมและสารประเภทพลาสติกในประเทศออสเตรีย แสดงไว้ในรูปที่ 8 และ 9 ,การนำมาใช้ใหม่ของสารแคดเมียมจากขบวนการการเผาขยะชุมชนในรูปที่ 10 และการไหลของวัสดุในประเทศญี่ปุ่นในรูปที่ 11

*************************************

*************************************
รูปที่ 8 การวางแผนการจัดการน้ำด้วยวิธีการไหลของวัสดุ, ประเทศออสเตรีย [2]

*************************************

*************************************
รูปที่ 9 การวางแผนการจัดการพลาสติกด้วยวิธีการไหลของวัสดุ, ประเทศออสเตรีย [2]

*************************************

*************************************

รูปที่ 10 การนำมาใช้ใหม่ของสารแคดเมียมจากขบวนการการเผาขยะชุมชนด้วยวิธีการไหลของวัสดุ [2]

*************************************

*************************************

รูปที่ 11 การไหลของวัสดุในประเทศญี่ปุ่น [4]

เอกสารอ้างอิง
[1] ตรีสัตย์, การออกแบบและวางผังโรงงาน ISBN 974-7949-34-2
[2] Brunner, P. H., Rechberger, H. 2004. Practical Handbook of Material Flow Analysis. Advance Methods in Resource and Waste Management. Lewis Publishers.
[3] ดร.จันทร์ศิริ สิงห์เถื่อน, การวิเคราะห์กระบวนการ (Process Analysis), มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
[4] H. Brunner, 2002. Material Flow Analysis (MFA): a Key Tool for Water Quality Management, Vienna University of Technology
[5] H. Brunner, 2002. Thermal Waste Treatment – a Necessary Element for Sustainable Waste Management, Vienna University of Technology