تتكون عملية التصميم الهندسي من مجموعة من الخطوات الممنهجة، التي يستخدمها المهندسون في تصميم المنتجات والعمليات الهندسية. و هي عبارة عن عمليات تكرارية، حيث أنه في بعض الأجزاء يتم التكرار كثيراً قبل الدخول في العملية التي تليها علي شحيدة الملك وكرم الملك
... هي عملية صنع قرار (تكرارية غالباً) يدخل في تطبيقها العلوم الأساسية، الرياضيات، والعلوم الهندسية لتحويل المصادر الأولية بكفاءة إلي الأهداف المرغوبة. من ضمن العناصر الأساسية لعملية التصميم؛ تحديد الأهداف والمعايير، والجمع، والتحليل، والبناء، والاختبار، ثم التقييم.
المراحل الأساسية لعملية التصميم الهندسي
أحد أُطر عملية التصميم الهندسي تتحدد في المراحل التالية: البحث، ثُم التصوّر، و دراسة الجدوي، و تعيين متطلبات التصميم، ومن ثَم تصميم مبدئي، ثُم التصميم المفصّل كامل التوصيف، ثم خطة العمل وأدوات التصميم وصولاً للتصنيع.[2] آخرون (بعض الؤلفين في مجالات البحث والكتب العلمية) يعرّفون المراحل المختلفة لعملية التصميم باختلاف الأنشطة المصاحبة خلال العملية، حيث يقترحون نماذج أكثر بساطة وعموميةً؛ كتعريف المشكلة، والتصميم التصوّري، ثم التصميم المبدئي، ثم التصميم المفصّل، ثم عملية التصميم والتواصل.[3] خلاصة القول في عملية التصميم حسب الأدبيات الهندسية الأوربية، أنها توضيح المهمات، والتصميم التصوري، ثم تجسيد التصميم، ثم التصميم كامل التوصيف.[4] في هذه الأمثلة، بعض النقاط الأخري مثل تقييم التصوّر و النمذجة يندرجوا ضمن أو يعتبروا امتداداً لواحدة أو أكثر من الخطوات المذكورة. من المهم جداً فهم هذا بالإضافة إلي بعض المفاصل الأخري لعملية التصميم، كما أنه قد يكون للمصطلحات المختلفة المستخدمة درجات متفاوتة من التداخل، قد يؤثر علي الخطوات علي مستوي عالي في أي نموذج.
البحث
يمكن أن تتضمن مراحل مختلفة من عملية التصميم (أو قبلها) مقداراً كبيراً من الوقت المنصرم في البحث و العثور علي المعلومات.[5] أخذاً بالاعتبار الأدبيات المعمول بها فعلياً والمشاكل و النجاحات المرتبطة بالحلول والتكلفة و احتياجات السوق.[5] و مصدر المعلومات ينبغي أن يكون ملائماً ومتضمناً للحلول الحالية. و في حالة توافر حلول أخري في السوق تكون الهندسة العكسية وسيلة فعالة.[5] مصادر أخري للمعلومات مثل الإنترنت، المكتبات المحلية، الوثائق الحكومية المتاحة، المؤسسات الخاصة، الجرائد التجارية، الكتالوجات، والخبرات الشخصية المتاحة.[5]
متطلبات التصميم
يعتبر وضع متطلبات التصميم وإجراء تحليل المتطلبات، والذي يطلق عليه أحيانًا تعريف المشكلة (أو باعتباره نشاطًا ذي صلة)، أحد أهم العناصر في عملية التصميم،[6] و غالبًا ما يتم تنفيذه في نفس الوقت الذي يتم فيه دراسة الجدوى. و تتحكم متطلبات التصميم في تصميم المنتج أو العملية التي يتم تطويرها، طوال عملية التصميم الهندسي. و التي تتضمن الأشياء الأساسية مثل الوظائف والسمات والمواصفات - و التي يتم تحديدها بعد تقييم احتياجات المستخدم. تشمل بعض متطلبات التصميم مثل أجهزة وبرامج، والقابلية للصيانة، التوافر، والقابلية للاختبار.[2]
الجدوي
في بعض الحالات، يتم إجراء دراسة جدوى بعد وضع الجداول الزمنية وخطط الموارد والتقديرات للمرحلة التالية.و تعتبر دراسة الجدوى تقييم وتحليل إمكانات مشروع مقترح لدعم عملية صنع القرار. حيث تحدد وتحلل البدائل أو الطرق لتحقيق النتيجة المرجوة. و تساعد دراسة الجدوى على تضييق نطاق المشروع لتحديد أفضل سيناريو. و يتم إنشاء تقرير الجدوى بعد الانتهاء من مراجعة الجدوي. الغرض من تقييم الجدوى هو تحديد ما إذا كان مشروع الهندسي يمكنه المضي قدمًا في مرحلة التصميم. و يعتمد هذا على معيارين: يجب أن يستند المشروع إلى فكرة قابلة للتحقيق، ويجب أن يكون ضمن حدود التكلفة. من المهم جداً أن يكون لديك مهندسين لديهم الخبرة والحكم الجيدين للمشاركة في هذا الجزء من دراسة الجدوى.[2]
التصور
غالباً ما تكون دراسة التصور (التصميم المفاهيمي) هي مرحلة تخطيط المشروع التي تتضمن إنتاج الأفكار ومراعاة إيجابيات وسلبيات تنفيذ تلك الأفكار. تتم هذه المرحلة من المشروع لتقليل احتمالية الخطأ، وإدارة التكاليف، وتقييم المخاطر، وتقييم النجاح المحتمل للمشروع المستهدف. على أي حال، بمجرد تحديد مشكلة أو مسألة هندسية، يجب تحديد الحلول المحتملة. يمكن العثور على هذه الحلول باستخدام التفكير، وهي العملية العقلية التي يتم من خلالها توليد الأفكار. في الواقع، غالباً ما تسمى هذه الخطوة بـ Ideation أو "Concept Generation". فيما يلي الأساليب المستخدمة على نطاق واسع:
- كلمة مفتاحية - كلمة أو جملة مرتبطة بالموضوع، ويتم استحضار الكلمات والعبارات اللاحقة.
- التحليل المورفولوجي (تحليل صرفي) - يتم سرد خصائص التصميم المستقل في مخطط، ويتم اقتراح حلول هندسية مختلفة لكل حل. عادةً، يصاحب الرسم المورفولوجي رسم أولي وتقرير قصير.
- يتخيل المهندس نفسه على أنه العنصر ويسأله: "ماذا أفعل لو كنت أنا النظام؟" قد تجد طريقة التفكير غير التقليدية هذه حلاً للمشكلة المطروحة. الجوانب الحيوية لخطوة التصور هي التوليف. التوليف هو عملية أخذ عنصر المفهوم وترتيبه بالطريقة الصحيحة. عملية الإبداع التجميعي موجودة في كل تصميم.
- العصف الذهني - تتضمن هذه الطريقة التفكير في أفكار مختلفة، عادة كجزء من مجموعة صغيرة، واعتماد هذه الأفكار بشكل ما كحل للمشكلة.
يجب أن تخضع الأفكار المتولدة بعد ذلك للتقييم، وهذه الخطوة تستخدم أدوات مختلفة لمقارنة مواطن القوة والضعف في البدائل الممكنة.
التصميم الأولي
إن التصميم الأولي، أو التصميم عالي المستوى (يسمى أيضًا FEED) يشتمل غالباً علي ما يسد فجوة بين تصميم التصور والتصميم التفصيلي، خاصة في الحالات التي لا يكون فيها مستوى المفاهيم الذي تحقق أثناء التفكير في التصور كافياً للتقييم الكامل. لذلك في هذه المهمة، يتم تعريف النظام الكلي، وقد يتوفر مبكراً التخطيط والرسومات التخطيطية وتخطيطات المشروع. (يختلف هذا بشكل كبير من حيث المجال، الصناعة، والمنتج). فأثناء التصميم التفصيلي والتحسين، تتغير معالم الجزء الذي يتم إنشاؤه، لكن التصميم الأولي يركز على إنشاء الإطار العام لبناء المشروع.[2]
يصف كل من S. Blanchard و J. Fabrycky ذلك على النحو التالي: "إن الماهيات تكون في بداية الشروع في التصور، والكيفيات من تقييم عملية التصور تُطبق في الجدوي. بعد ذلك تُؤخذ الكيفيات في التصميم الأولي من خلال وسائل المتطلبات المخصصة. و انطلاقاً من الماهيات وصولاً للكيفيات علي هذا المستوي فقط. "
التصميم المفصّل
بعد الـ FEED (إدارة كامل التصميم الهندسي من الواجهة حتي الخلفية) تأتي مرحلة التصميم كامل التوصيف (التوصيف الهندسي) و التي من الممكن أن تتضمن شراء المواد كذلك. و توضح هذه المرحلة بالتفصيل كل جانب من جوانب المشروع / المنتج من خلال الوصف الكامل بالنمذجة والرسومات والمواصفات.
التصميم للتصنيع
إن التصميم للتصنيع (DFM) هو الفن الهندسي العام لتصميم المنتجات بطريقة يسهل بها تصنيعها.
- معايير التشغيل.
- محفزات بيئية تشغيلية وغير تشغيلية.
- متطلبات الاختبار.
- الأبعاد الخارجية.
- الصيانة والاختبار.
- متطلبات المواد.
- الدقة.
- المعالجة السطحية الخارجية.
- تصميم واقعي.
- متطلبات التعبئة والتغليف.
- العلامة الخارجية.
جعلت برامج التصميم بالكمبيوتر (تصميم بمساعدة الحاسوب) عملية التصميم المفصل أكثر كفاءة. على سبيل المثال، يمكن لبرنامج نمذجة CAD أن يحسن حجم جزء موجود دون الاضرار بجودته. ويمكن أيضا حساب الإجهاد والإزاحة الناتجة عنه باستخدام طريقة طريقة العناصر المنتهية لتحديد الضغوط في جميع أنحاء الجزء.[7]
خطة التصنيع
تتكون خطة الإنتاج و أدوات التصميم من التخطيط لكيفية إنتاج المنتج على نطاق واسع والأدوات التي ينبغي استخدامها في عملية التصنيع. و المهام التي يجب استكمالها في هذه الخطوة تشمل اختيار المواد واختيار عمليات الإنتاج وتحديد تسلسل العمليات واختيار الأدوات مثل أدوات التشطيب و التركيبات و قطع المعادن وأدوات تشكيل المعادن و اللدائن. و تتضمن هذه المهمة أيضاً إجراء اختبارات إضافية لنموذج أولي لضمان توافق الإصدار مع معايير اختبار التأهيل.[2]
مقارنةً مع الطريقة العلمية
تحمل عملية التصميم الهندسي بعض التشابه مع المنهج العلمي.[8] تبدأ كلتا العمليتين بالمعرفة الحالية، وتدريجياً تصبح أكثر تحديداً في البحث عن المعرفة (في حالة العلم "النظري" أو الأساسي) أو البحث عن الحل (في حالة العلم "التطبيقي" ، مثل الهندسة). يتمثل الفرق الرئيسي بين العملية الهندسية والعملية العلمية في أن العملية الهندسية تركز على التصميم والإبداع والابتكار بينما تهتم العملية العلمية بالاكتشاف (المراقبة).
انظر أيضاً
المصادر
- "ABET Definition of Design: "Engineering design is the process of devising a system, component, or process to meet desired needs". www.me.unlv.edu. مؤرشف من الأصل في 10 أكتوبر 201822 مارس 2018.
- Ertas, A. & Jones, J. (1996). The Engineering Design Process. 2nd ed. New York, N.Y., John Wiley & Sons, Inc.
- Dym, C.L. & Little, P. (2009). Engineering Design. 3rd ed. New York, N.Y., John Wiley & Sons, Inc.
- Pahl, G. & Beitz, W. (1988). Engineering Design: a systematic approach. London, UK, The Design Council.
- A.Eide, R.Jenison, L.Mashaw, L.Northup. Engineering: Fundamentals and Problem Solving. New York City: McGraw-Hill Companies Inc.,2002
- Ralph, P., and Wand, Y. A Proposal for a Formal Definition of the Design Concept. In, Lyytinen, K., Loucopoulos, P., Mylopoulos, J., and Robinson, W., (eds.), Design Requirements Engineering: A Ten-Year Perspective: Springer-Verlag, 2009, pp. 103-136.
- Widas, P. (1997, April 9). Introduction to finite element analysis. Retrieved from "Archived copy". مؤرشف من الأصل في 14 مايو 201123 نوفمبر 2010.
- Dieter, George; Schmidt, Linda (2007). Engineering Design. McGraw-Hill. صفحة 9. .