มีผู้คนหลายหมื่นคนขับรถข้ามสะพานคอสต้าริค้าทุกวัน โดยไม่ได้คิดว่าสะพานนี้อันตรายหรือไม่ ความไว้วางใจในการใช้สาธารณูปโภคมาจากความสำเร็จในการตรวจติดตามความปลอดภัย (Safety)และความเชื่อถือได้ (Reliability) ของรัฐบาล แต่รัฐบาลทำการตัดสินใจอย่างไรในการจัดสรรทรัพยากรที่มีจำกัดมาทำการบำรุงรักษาสะพานเพื่อยังทำให้มันปลอดภัย
อาจารย์และนักศึกษาจาก Costa Rica Institute of Technology (TEC) ที่ทำโครงการ eBridge นี้ ได้ทำการเก็บและวิเคราะห์ข้อมูลจากสะพานจำนวนมากเพื่อนำมาสร้างระบบประเมินสะพาน เป้าหมายของพวกเขาคือ ทำอย่างไรก็ได้ให้รัฐบาลสามารถทำการตัดสินใจได้รวดเร็วและง่ายขึ้นที่จะซ่อมสะพานหรือไม่ ซึ่งระบบดังกล่าวมาจากการวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมาก
ในสะพานหลักหนึ่งที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลด้วย Minitab ช่วยทำให้รัฐบาลสามารถเข้าซ่อมสะพานได้ก่อนที่จะมีเหตุวิกฤตเกิดขึ้น ตอนนี้ทีมงานของโครงการทำการปรับระบบการตรวจติดตาม ด้วยการตรวจติดตามเก็บข้อมูลจากสะพานที่เลือกเป็นสิ่งตัวอย่าง และประเมินความเชื่อถือได้ และหาข้อสรุปในสิ่งที่พวกเขาวิเคราะห์พบ
สิ่งที่ท้าทาย (The Challenge)
สะพานที่ข้ามผ่านแม่น้ำ Purires ใน Cartago, Costa Rica สะพานนี้รับน้ำหนักรถที่วิ่งผ่านได้วันละ 11,318 คัน เนื่องด้วยทรัพยากรในการซ่อมบำรุงทั่วทั้งประเทศที่มีจำกัดในแต่ละปี รัฐบาลจำเป็นที่จะต้องตัดสินใจว่าสะพานนั้นจะต้องทำการซ่อมแซมในทันทีเลย หรือสามารถรอไปซ่อมแซมในปีต่อๆไปได้
รัฐบาลตัดสินใจเริ่มทำการซ่อมแซมสะพานที่ข้ามผ่านแม่น้ำ Purires (ภาพด้านบน) โยอาศัยข้อมูลที่ได้จากนักศึกษาในการหาจุด Stress ที่เกิดขึ้นบนสะพาน
ทีมงานจากโครงการ eBridge ทำการติดตั้งเซนเซอร์ (sensors) ใต้สะพานเพื่อตรวจวัดการเคลื่อนไหว และ การสั่นสะเทือน (Vibration) ของโครงสร้างเหล็ก (Steel) และ คอนกรีต (Concrete) ในขณะที่มียานยนต์วิ่งผ่าน พวกเขาทำการเก็บข้อมูลจากจุดติดตั้งกว่า 90,000 จุด เพื่อใช้ในการวิเคราะห์และทำนายความเชื่อถือได้ของสะพานและเพื่อหาค่า Stress ที่เกิดขึ้นบนสะพานว่ามีค่าเท่าใดและค่าสูงสุดเท่าไหร่
งานที่ทำจะมีหลายขั้นตอน และต้องใช้กลวิธีทางสถิติร่วมด้วย พวกเขาจำเป็นต้องทำการพัฒนาตัวแบบทางคณิตศาสตร์เพื่อแสดงค่าสมรรถนะของสะพาน (Bridge’s performance) ตามข้อมูลที่ได้เก็บมา จากนั้นทำการวิเคราะห์และจำลองเพื่อทำนายว่าสะพานนั้นจะมีสมรรถนะอย่างไรในแต่ละสถานการณ์ที่แตกต่างกัน
Minitab ช่วยอย่างไร
ทีมงานใช้ Minitab เพื่อทำการวิเคราะห์อนุกรมเวลา (Time Series) จากข้อมูลที่ติดตั้งตัวเซนเซอร์ไว้ เพื่อดูว่าโครงสร้างเหล็กและคอนกรีตนั้นจะรองรับน้ำหนักอย่างไรเมื่อมีการจราจรเกิดขึ้นที่เวลาผ่านไป Federica Picado นักวิจัยในโครงการ eBridge กล่าวว่า“ด้วย Minitab เราสามารถเห็นค่า Outliers และ หาจุด Stress ที่เกิดได้ง่ายขึ้น” Federica Picado นักวิจัยในโครงการ eBridge
จากความพยายามที่จะสร้างวิธีการประเมินสมรรถนะของสะพาน สมาชิกในโครงการใช้การวิเคราะห์อนุกรมเวลาที่มีใน Minitab เพื่อหารูปแบบของข้อมูลที่แปรผันตามเวลา จากแผนภาพด้านบนจะเห็นว่าที่เวลาใดบ้างที่บนสะพานนั้นที่วัสดุมีการเปลี่ยนรูป (Deformation) หรือ มีการเคลื่อนไหว
ทีมงานยังใช้การจำลองแบบ Monte Carlo เพื่อช่วยทำการวิเคราะห์สะพาน วิธีนี้จะทำการสร้างข้อมูลชุดหนึ่งขึ้นมาจากพารามิเตอร์ที่รู้ค่าและสมการที่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรต่างๆ ที่ทำให้นักวิจัยสามารถทำนายผลลัพธ์ที่จำลองสถานการณ์ต่างๆขึ้นมา ซึ่งถ้าในชีวิตจริงการเก็บข้อมูลแบบนี้อาจไม่สามารถทำได้ หรือ เสียค่าใช้จ่ายจำนวนมาก
ในการใช้ข้อมูลที่เก็บได้จากตัวเซนเซอร์ รวมถึงข้อมูลที่ได้จากคุณสมบัติของโครงสร้างของสะพาน ทางทีมงาน eBridge ได้จำลองตัวแบบด้วย Minitab โดยทำการจำลองค่า load และ ค่า resistance ที่จะทำให้เกิดค่า strain จากการใช้เส้นทางจราจรบนสะพานเหมือนกับข้อมูลที่เก็บได้จากตัวเซนเซอร์ จากจุดนี้พวกเขาจะทำการวิเคราะห์ความเชื่อถือได้ เพื่อทำนายค่าความเชื่อถือได้ เพื่อดูว่าจะมีโอกาสที่สะพานจะพังเสียหายเท่าไหร่ การวิเคราะห์ความเชื่อถือได้จะมีความแม่นยำมากน้อยเพียงใดขึ้นกับการเลือกการแจกแจงของข้อมูลนั้นถูกต้องเพียงใด และ Minitab ก็ช่วยทำให้สิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องที่ง่ายขึ้น ท้ายที่สุดทีมงานได้กำหนดให้ข้อมูลมีการแจกแจงแบบปกติ (Normal Distribution)
Probability Plot ด้านบนแสดงข้อมูลที่ได้จากการจำลองในครั้งแรก
ทีมงานใช้ผลลัพธ์เพื่อทำการเริ่มต้นวิเคราะห์ความเชื่อถือได้ และสร้างข้อมูลที่มีการแจกแจงแบบปกติของแบบจำลองสถานการณ์การจราจรของสะพานที่สอง และทำการวิเคราะห์ความเชื่อถือได้อีกครั้งหนึ่ง จากนั้นพวกเขาทำการเปรียบเทียบผลลัพธ์ของทั้ง 2 สถานการณ์ เพื่อดูว่าค่า load และ ค่า resistance ที่จำลองขึ้นมานั้นมีค่าเกินกว่าความสามารถในการรองรับของสะพานแล้วยังมีความปลอดภัยหรือไม่
ฮีสโตแกรม ใช้เพื่อประเมินการกระจายตัวของข้อมูล และยังสามารถใช้ร่วมในระหว่างการวิเคราะห์เพื่อเป็นการทวนสอบคุณสมบัติการแจกแจงของข้อมูลที่เรากำหนดไว้แต่เริ่ม ภาพด้านบนแสดงให้เห็นค่า Load และ ค่า Resistance ของทั้งสองสถานการณ์
ผลลัพธ์
ทีมงานที่ทำการวิเคราะห์พบว่าตัวดัชนีชี้วัดความเชื่อถือได้ของสะพานที่ข้ามแม่น้ำ Purires มีค่าต่ำ ความสามารถของโครงสร้างเหล็กและคอนกรีตของสะพานมีค่าไม่แข็งแรงและเพียงพอที่จะรับน้ำหนักตามที่คิดว่าจะเกิดขึ้นจากการสัญจรทุกวัน และความเสี่ยงของสะพานก็ไม่อยู่ในเกณฑ์ที่สามารถรอการซ่อมแซมได้ เมื่อนำผลประเมินเทียบเคียงกับมาตรฐานสากล สะพานนี้ไม่อยู่ในเกณฑ์ความปลอดภัย รัฐบาล Costa Rica จึงใช้ผลการศึกษานี้เพื่อทำการวางแผนการซ่อมแซมสะพาน
“ในการศึกษาของเราด้วย Minitab ช่วยทำให้เราสามารถสรุปได้ว่า รถบรรทุกที่ข้ามสะพานนี้เป็นเหตุที่ทำให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนรูป” Picado ยังเสริมอีกว่า จริงๆแล้วในระยะเวลา 2 เดือนที่ทำการศึกษาสะพานพบว่าคานเหล็ก (Steel Beam) หนึ่งของสะพานเกิดพังลงมา “ยังโชคดีที่ไม่มีใครได้รับบาดเจ็บ เราดีใจที่รู้ว่าการทำนายของเรานั้นแม่นยำ และรัฐบาลได้ตัดสินใจเข้ามาทำการซ่อมแซมทันทีเมื่อพวกเราแสดงให้เห็นว่าสะพานนี้ไม่ปลอดภัยแล้ว”
ในการซ่อมแซมสะพานที่ข้ามแม่น้ำ Purires ยังคงดำเนินอยู่ โครงการ eBridge จะใช้วิธีการศึกษาแบบเดียวกันนี้กับสะพานอื่นที่มีใน Costa Rica เพื่อทำการประเมินด้วยวิธี Monte Carlo เพื่อวิเคราะห์ความเชื่อถือได้ เพื่อทำนายความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นเพื่อทำให้ประชาชนของ Costa Rica มั่นใจในความปลอดภัย และลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมด้วยการทำนายสิ่งคุกคามทางด้านความปลอดภัย (Safety hazards) ก่อนที่มันจะเกิดขึ้น
บทความต้นฉบับ : https://www.minitab.com/en-us/Case-Studies/Technology-Institute-of-Costa-Rica-eBridge-Project/
เนื้อหาบทความโดยบริษัท Minitab Inc. ประเทศสหรัฐอเมริกา
แปลและเรียบเรียงโดยสุวดี นําพาเจริญ และ ชลทิขา จํารัสพร, บริษัท โซลูชั่น เซ็นเตอร์ จํากัด webadmin@solutioncenterminitab.com
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
