วันจันทร์ที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2560

รู้ทันนักวิจัย (๑) บน simulation ทุกอย่างเป็นไปได้หมด MO Memoir : Monday 3 April 2560

มีหลายคน (โดยเฉพาะคนที่ทำงานตามบริษัทและไม่ได้อยู่ในสถาบันการศึกษาหรือสถาบันให้ทุนวิจัย) ยุให้ผมเขียนบทความทำนองนี้มานานแล้ว ซึ่งผมก็ได้แต่ผัดผ่อนไปเรื่อย ๆ แต่พักหลัง ๆ เริ่มเห็นปัญหาทำนองนี้บ่อยครั้งขึ้น ทำให้ต้องลงมือเขียนซะที
 
เวลาที่เราเรียนหนังสือ เป็นเรื่องปรกติที่เราจะพบว่าการแก้ปัญหาอย่างใดอย่างหนึ่งนั้น มันมีมากกว่า ๑ วิธีในการแก้ปัญหา แต่สิ่งหนึ่งที่เรามักจะไม่ได้เรียนกันก็คือ แต่ละวิธีการนั้นมันมีข้อดีข้อเสียอย่างใด แต่ละวิธีนั้นเหมาะแก่สภาพแวดล้อมอย่างใด ตัวอย่างเช่นในการส่งของเหลวจากถังใบหนึ่งไปยังถังอีกใบหนึ่ง คุณอาจจะเลือกส่งด้วย (ก) การใช้ปั๊มสูบหรือ (ข) ใช้ความดันอัดในถังต้นทาง เพื่อให้ของเหลวไหลจากถังต้นทางไปยังถังที่อยู่ปลายทาง คำถามที่ควรจะต้องมีการถามตามมาก็คือทั้ง ๒ วิธีการนี้มีข้อดีข้อเสียอย่างไร และถ้าคุณเลือกวิธีการใช้ปั๊ม คุณควรเลือกใช้ปั๊มชนิดไหน งานตรงนี้เป็นหน้าที่ของ "อาจารย์" ผู้สอน ที่ต้องสอนให้ผู้เรียนนั้นรู้จัก "เลือกใช้ทางเลือกที่เหมาะสมกันแต่ละสถานการณ์" ไม่ใช่สอนแบบกวดวิชาที่เน้นไปที่ "การท่องจำสูตรสำเร็จ"
 
"นักวิจัย" มักจะเป็นผู้ที่มีความรู้ความชำนาญเฉพาะทาง ดังนั้นจึงไม่แปลกถ้าจะพบว่าเวลามีปัญหาให้เขาแก้ เขาจะเลือกนำเสนอเฉพาะแนวทางที่เขาถนัดเท่านั้น ถ้าแนวทางนั้นมีข้อดีอยู่ ๑ ข้อ ในขณะที่มีข้อเสีย ๑๐๐ ข้อ เขาก็มักจะพูดแต่เฉพาะข้อดีเพียงข้อเดียวของแนวทางเขา โดยไม่กล่าวถึงข้อเสียอีก ๑๐๐ ข้อให้ทราบ ในทางตรงกันข้าม ถ้าเขาทราบว่าแนวทางที่เป็นคู่แข่งนั้นมีข้อเสีย ๑ ข้อ ในขณะที่มีข้อดี ๑๐๐ ข้อ เขาก็จะกล่าวถึงเฉพาะข้อเสียเพียงข้อเดียวของแนวทางคู่แข่งนั้น โดยไม่กล่าวถึงข้อดีอีก ๑๐๐ ข้อเลย เพื่อทำให้คนอื่นคิดว่าแนวทางคู่แข่งของเขานั้นมันไม่มีข้อดี ตัวอย่างของเรื่องนี้หาได้ไม่ยาก พวก NGO ที่ชอบออกมาต่อต้านเรื่องต่าง ๆ ก็เห็นทำกันอย่างนี้ทั้งนั้น
 
สิ่งที่เกิดขึ้นเป็นประจำคือ เวลาที่ทางใครสักคนมีปัญหา (เช่นบริษัทและหน่วยงานต่าง ๆ) และต้องใครสักคนเข้ามาช่วยแก้ปัญหา ผู้ที่เขามักจะเข้าไปปรึกษา (ซึ่งบ่อยครั้งที่เป็นอาจารย์มหาวิทยาลัย) ก็มักจะสวมบทบาทเป็น "นักวิจัย" คือบอกว่าสิ่งที่เขากำลังทำอยู่นั้นสามารถแก้ปัญหาดังกล่าวได้ (แต่มันจะเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด คุ้มค่าต่อการนำไปใช้ในทางปฏิบัติ หรือปฏิบัติได้จริงหรือไม่นั้น เป็นอีกเรื่องหนึ่ง) ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เขาทำอย่างนั้นก็เพราะเขาต้องการได้ทุนวิจัยที่จะนำมาซึ่งแหล่งรายได้และความก้าวหน้าในอาชีพการงาน
 
เมื่อมีปัญหาที่ต้องได้รับการแก้ไข สิ่งแรกที่ผมเห็นว่าควรต้องพิจารณาก่อนก็คือ การหาว่าแนวทางการแก้ไขที่พอจะเป็นไปได้นั้นมีกี่แนวทาง (ซึ่งอาจไม่สามารถหามาได้ทั้งหมด) จากนั้นจึงค่อยพิจารณาถึงข้อดีข้อเสียและข้อจำกัดของแต่ละแนวทาง ก่อนจะเลือกว่าจะลงลึกไปทางด้านใน แต่การที่จะทำอย่างนี้ได้ จำเป็นต้องมีคณะผู้ให้คำปรึกษาที่มีความรู้กว้างและไม่สอดแทรกผลประโยชน์ส่วนตัวเข้าไปในแนวทางเลือกต่าง ๆ ที่นำเสนอ
 
พฤติกรรมหนึ่งของการทำวิจัยในปัจจุบันที่เห็นเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ก็คือ การชอบอ้างผลงานวิจัยและข้อสรุปที่มีการตีพิมพ์เผยแพร่เอาไว้ก่อนหน้านี้ เพื่อที่จะนำมาใช้สนับสนุนงานที่ตัวเองทำอยู่นั้นเลย โดยไม่ได้มีการพิจารณาว่าวิธีการเพื่อให้ได้มาซึ่งผลงานวิจัยและข้อสรุปดังกล่าวนั้นมันสมเหตุสมผลหรือไม่ ในสาขาวิชาชีพของผมนั้น ผลงานที่ส่งไปตีพิมพ์นั้น ไม่ว่าจะเป็นผลการทดลองหรือการสร้างแบบจำลอง (ที่เรียกว่า simulation) ก็ไม่ได้มีการตรวจสอบว่าทำได้จริงตามที่กล่าวอ้าง (หรือมีการทำจริง) ผู้ประเมินก็ทำเพียงแค่ดูว่าสิ่งที่เขียนนั้นมันดูสมเหตุสมผล เป็นสิ่งใหม่ ยังไม่เคยมีใครทำมาก่อน มีค่าควรแก่การตีพิมพ์ ดังนั้นจึงไม่แปลกที่จะพบว่าผลงานที่มีการตีพิมพ์จำนวนไม่น้อย ไม่สามารถทำซ้ำได้ 
 
รูปที่ ๑ Process Flow Diagram (PFD) ของงาน simulation งานหนึ่ง
 
วันศุกร์ที่ผ่านมา ระหว่างนั่งฟังการนำเสนอบทความวิชาการ ที่นิสิตระดับปริญญาเอกคนหนึ่งนำมาจากวารสารวิชาการ (วารสารอินเตอร์ซะด้วย) มานำเสนอในชั่วโมงวิชาสัมมนา ก็มีการนำเสนอแผนผังการผลิตของปฏิกิริยาหนึ่ง (รูปที่ ๑) ที่เป็นงาน simulation สไลด์รูปนี้ผ่านมาให้เป็นไม่กี่วินาที แต่บังเอิญสายตาเหลือบไปเป็นบางจุดที่สะดุดใจ ตอนท้ายก็เลยขอให้ผู้บรรยายย้อนสไลด์กลับมาดูใหม่ เพื่อจะถ่ายรูปเก็บเอาไว้เป็นที่ระลึกหน่อย ลองหาดูเอาเองก่อนนะครับว่ามันมีอะไรแปลก ๆ ไหม สำหรับผมแล้ว มันมีอยู่ ๑ จุด ที่เห็นชัดเจนที่ crop มาให้ดูในรูปที่ ๒ ข้างล่าง
 
รูปที่ ๒ แผนผังการเปลี่ยนไอน้ำความดันต่ำให้เป็นไอน้ำความดันสูงของกระบวนการในรูปที่ ๑ (มุมล่างขวา)

กังหันไอน้ำขนาดใหญ่มีการใช้ไอน้ำปริมาณมาก และน้ำที่จะนำมาผลิตไอน้ำความดันสูงได้ (ที่ต้องมีอุณหภูมิสูงตามไปด้วย เพราะที่ความดันสูง น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้น) ก็ต้องได้รับการปรับสภาพให้มีคุณสมบัติที่เหมาะสม ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปรกติที่จะเอาไอน้ำความดันต่ำที่เกิดจากการขยายตัวของไอน้ำความดันสูงผ่านกันหันไอน้ำ (ได้พลังงานกลออกมา และมีอุณหภูมิลดต่ำลง) ไปใช้ผลิตเป็นไอน้ำความดันสูงใหม่ (จะได้ลดค่าใช้จ่ายในการปรับสภาพน้ำ) แต่การนำไอน้ำความดันต่ำที่ออกมาจากกังหันไอน้ำเพื่อส่งกลับไปผลิตเป็นไอน้ำความดันสูงนั้น จะใช้การ "ควบแน่น" ไอน้ำความดันต่ำให้กลายเป็นของเหลวก่อน (ตรงนี้มีการทิ้งพลังงานไปส่วนหนึ่ง) แล้วจึงค่อยเพิ่มความดันน้ำที่เป็นของเหลวที่ได้จากการควบแน่นให้ไหลเข้าสู่หม้อไอน้ำความดันสูง จากจึงค่อยให้ความร้อนแก่น้ำที่เป็นของเหลวที่ความดันสูงนั้น (ใส่พลังงานจากภายนอกเข้าไป) ให้เปลี่ยนเป็นไอน้ำที่ความดันสูง ส่วนที่ว่าทำไมต้องทำอย่างนี้ ไม่ใช้การเพิ่มความดันให้ไอน้ำความดันต่ำให้มีความดันเพิ่มขึ้น แล้วจึงค่อยให้ความร้อนเพิ่มนั้น เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๕๕ วันพฤหัสบดีที่ ๑ ตุลาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "ต้องควบแน่นก่อน แล้วค่อยต้มใหม่"
 
ที่นี้เรามาลองพิจารณาวัฏจักรที่บทความนั้นเขานำเสนอที่ crop มาให้ดูในรูปที่ ๒ เขาเล่นเปลี่ยนไอน้ำความดันต่ำที่มีอุณหภูมิต่ำ ให้กลายเป็นไอน้ำความดันสูงที่มีอุณหภูมิสูงด้วยการให้ความร้อนเพียงอย่างเดียว โดยไม่มีขั้นตอนการเพิ่มความดันให้กับไอน้ำความดันต่ำ ซึ่งสิ่งที่ควรได้มากกว่าควรเป็นไอร้อนยิ่งยวด superheted steam ที่ความดันเดิม
 
นอกจากนี้ยังไม่มีการรวมการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการที่ต้องควบแน่นไอน้ำความดันต่ำให้กลายเป็นของเหลว (มักเป็นส่วนความร้อนที่ต้องทิ้งไปและไม่สามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้) และการให้ความร้อนแก่น้ำที่เป็นของเหลวที่ความดันสูงเพื่อให้กลายเป็นไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันสูง (ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอหรือ latent heat) ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำให้ระบบกังหันไอน้ำนั้นทำงานได้อย่างต่อเนื่อง เขาเพียงแต่ให้แต่ความร้อนที่ทำให้ไอน้ำความดันต่ำอุณหภูมิต่ำกลายเป็นไอน้ำความดันสูงอุณหภูมิสูง (sensible heat) เพียงอย่างเดียว ดังนั้นจึงไม่แปลกที่จะพบว่า ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่าวัฏจักรที่นำเสนอนี้สามารถประหยัดพลังงานได้
 
อีกปัจจัยหนึ่งที่สำคัญเวลาพิจารณางานวิจัยที่มีการเปลี่ยนพลังงานความร้อนไปเป็นพลังงานกล (หรือไฟฟ้า) ด้วยการใช้กังหันไอน้ำคือ ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานความร้อน และความดันของไอน้ำความดันสูงที่สามารถผลิตได้ สำหรับโรงไฟฟ้าในปัจจุบัน ตัวเลขประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานความร้อนไปเป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยกังหันไอน้ำที่ 40% ก็อาจเรียกได้ว่าเป็นตัวเลขที่มองโลกแง่ดีมาก ๆ แล้ว ในขณะที่ตัวเลข 30% น่าจะให้ค่าที่ใกล้เคียงความเป็นจริงมากกว่า ส่วนความดันของไอน้ำความดันสูงที่จะผลิตได้นั้นขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่ให้ความร้อนว่ามี "อุณหภูมิ" เท่าใด ไม่ใช่มี "ปริมาณ" เท่าใด ประเด็นตรงนี้ค่อยมาว่ากันอีกทีในตอนต่อไป

สำหรับคนที่มีหน้าที่ต้องตัดสินใจในการเลือกตัวเลือกใดตัวเลือกหนึ่งนั้น (ซึ่งอาจจะเป็นผู้มีอำนาจตัดสินใจสูงสุดหรือผู้ที่ต้องนำเสนอผลการคัดเลือกส่งต่อให้ผู้มีอำนาจตัดสินใจสูงสุดพิจารณาอีกที ซึ่งประเด็นที่ผู้มีอำนาจสูงสุดพิจารณาอาจเป็นการพิจารณาในแง่อื่นที่ไม่ใช่ทางด้านเทคนิคก็ได้) นอกเหนือไปจากการที่ต้องมีความรู้ในเรื่องที่ตัวเองต้องตัดสินใจ มีข้อมูลข้อดี-ข้อเสียของแต่ละทางเลือกแล้ว ผมเห็นว่าการตรวจสอบความถูกต้องในการได้มาของข้อมูลที่นำมาประกอบการพิจารณานั้นก็เป็นสิ่งสำคัญด้วย สำคัญมากกว่าการดูแต่ผลสรุปที่แต่ละทางเลือกนั้นนำเสนอมาแล้วนำมาตัดสินใจ เพราะผู้เสนอแต่ละรายนั้นย่อมนำเสนอแต่สิ่งที่ดีเพื่อให้สิ่งที่ตัวเองนำเสนอนั้นได้รับการคัดเลือก ซึ่งตรงนี้ไม่ว่าจะเป็น วิธีการทดลอง การแปลผลการทดลอง หรือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ต่างก็สามารถแต่ง (จะโดยตั้งใจหรือรู้เท่าไม่ถึงการณ์ ก็ตามแต่) ให้ออกมาในแนวที่ตัวเองต้องการได้

เรื่องนี้ไม่ได้เขียนให้นักวิจัยอ่าน แต่เขียนให้คนที่ต้องทำงานกับนักวิจัยอ่าน

ไม่มีความคิดเห็น: