مفهوم طراحی در مهندسی

نویسندگان :  علی مددی کاهکش – ایمان حسینی

  imanhosseini1373@gmail.com  –  Ali1997.kahkesh@yahoo.com

دانشگاه شهید چمران اهواز – دانشکده مهندسی بیوسیستم

 

 

مفهوم طراحی در مهندسی

 

۱ – مفهوم طراحی

طراحی به وجود آوردن یک نقشه یا برنامه برای ساخت یک شی، از یک نظام است. واژه “طراحی” در زمینه­ های مختلف، مفاهیم متفاوتی می­تواند داشته باشد. در طراحی یک محصول ابعاد مختلفی از جمله زیبایی، کاربردی بودن، صرفه اقتصادی و مسائل اجتماعی – سیاسی باید در نظر گرفته شود. در طراح یک نقشه یا برنامه ممکن است مدت زمان قابل توجهی صرف تحقیق، ایده پردازی، مدلسازی، حل مسئله و بازطراحی شود. بنابراین، “طراحی” می­ تواند به عنوان اسم یا فعل تعریف شود.

 

تعریف طراحی

اسم: “طراحی، تصریح یک کالا توسط یک شخص با میل رسیدن به یک هدف، در یک محیط خاص، همراه با رعایت مجموعه ­ای از الزامات و در نظرگرفتن محدودیت ­هاست. “

فعل: “ساختن یک طرح، در یک محیط (که طراح در آن فعالیت می­کند).”

تعریف دیگری از طراحی می­توان ارایه داد که ذکر آن به شفافیت موضوع کمک شایانی خواهد کرد:” نقشه و یا روشی استراتژیک برای رسیدن به هدفی یکتا”. این تعریف، مشخصه­ ها، نقشه­ ها، پارامترها، هزینه­ ها، فعالیت­ها، فرآیندها، و چگونگی رفتار در چارچوب محدودیت­های قانونی، سیاسی، جامعه، محیطی، امنیتی و اقتصادی را تبیین می­کند.

با توجه به این تعریف، زبانی جهانی و یا نهاد اتحادبخشی برای طراحانِ تمام رشته­ ها وجود ندارد و باعث می­شود نسبت به این موضوع فلسفه­ ها و نگرش­ های بسیاری وجود داشته باشد.

شخصی که طراحی می­کند، طراح نامیده می­شود. این نام برای افراد دیگری که به صورت حرفه­ای در زمینه­ های متنوع طراحی، فعالیت می­کنند به همراه نام آن زمینه آورده می­شود (مثلا طراح لباس، طراح گرافیکی، طراح دکوراسیون و…). مجموعه اعمال یک طراح، فرآیند طراحی نام دارد و همچنین به مطالعه علمی طراحی، “علمِ طراحی” می­گویند.

در تعریفی کلی­ تر، طراحی یک هنر کاربردی و مهندسی است که با فناوری درآمیخته می­شود. طراحی مشخصه­ های بسیاری دارد که هر طراح حرفه­ ای در زمینه خودش آن­ها را به کار می­گیرد.

 

 

۲ – مهندس

کسانی که علم مهندسی را به مرحله عمل می­ رسانند “مهندس” نامیده می­شوند؛ و این درحالی­ است که محدودیت­های عملی، قانونی، امنیتی و اقتصادی را نیز در نظر دارند. پیش نیازهای پایه­ مهندسی معمولا شامل دوره ۴ ساله لیسانس در یک رشته مهندسی، به­ علاوه دوره عملی تحت نظارت یک متخصص، نوشتن تز یا انجام پروژه و در نهایت گذراندن امتحانات دوره مهندسی با موفقیت است.

کار مهندسان، ایجاد یک ارتباط بین اکتشافات علمی (و به کارگیری آن­ها) و انسان، نیازهای کسب­ و کار و کیفیت زندگی است.

در سال ۱۹۶۱، در کنفرانس انجمن­ های مهندسین غرب اروپا و ایالات متحده امریکا، عنوان “مهندس حرفه­ ای” به این صورت تعریف شد:

“یک مهندس حرفه­ ای صلاحیتش با توجه به آموزش تحصیلی­ که دیده و پروژه­ هایی که انجام داده مشخص می­شود تا روش­ها و نظریه­ های علمی را برای آنالیز و حل مسائل مهندسی به کارگیرد. او در قبال توسعه و به بکارگیری دانش و علم مهندسی، مخصوصا در تحقیق، طراحی، ساخت، نظارت، مدیریت و تحصیل دیگر مهندسان احساس مسئولیت شخصی می­کند. شغل او عمدتا فکری است و از نوع روال تکراری ذهنی یا فیزیکی نیست؛ که این ویژگی مستلزم تفکر بدیع و خلاق، قدرت قضاوت و توانایی نظارت بر کار فنی و اجرایی دیگران است. تحصیلاتش باید او را به این توانایی برساند که بتواند پیوسته و به دقت پیشرفت علم در شاخه علمی خودش را، با کنکاش آخرین پروژه­های به انجام رسیده در سطح جهانی، دنبال کند؛ اطلاعات مورد نیازش را جمع­آوری کرده و خود به صورت مستقل به کار گیرد. بنابراین او در جایگاهی قرار می­گیرد که در جهت توسعه و به کارگیری علوم مهندسی همکاری می­کند. تحصیلات و دوره­ هایی که میگذراند به گونه ای خواهد بود که علاوه بر احاطه کاملی که بر رشته خود و ویژگی­های خاص آن پیدا می­کند، دانشی عمومی از علوم مهندسی نیز بدست آورد. در زمان نیاز او خواهد توانست مشورت فنی قابل اطیمنانی بدهد و مسئولیت­ های بزرگی در ارتباط با شاخه علمی خودش برعهده گیرد.”

مسئولیت­ های مهندس شامل پیدا کردن موانع و مشکلات، انجام و پیشبرد تحقیقات، تجزیه و تحلیل معیارها، پیدا کردن و ارزیابی راه­کارها، و تصمیم­ گیری است. بخش عمده­ای از زمان یک مهندس صرف تحقیق، جایگذاری، بکارگیری و انتقال اطلاعات می­شود. در واقع، بررسی­ ها نشان می­دهد که مهندسان ۵۶% از وقتشان صرف کارهای مرتبط با اطلاعات می­گردد و ۱۴% آن صرفا به جست وجوی اطلاعات اختصاص داده می­شود.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

۳ – فرایند طراحی مهندسی

فرایند طراحی در مهندسی، مجموعه­ مراحلی­ است که توسط مهندسان در طراحی و تولید محصولات به کار گرفته می­شود.این روند به شدت تکرارشونده است، به گونه­ ای که برخی مراحل آن باید چندین بار تکرار شوند تا بتوان به مرحله بعد وارد شد. هرچند که بخش(ها)ی تکرارشونده و تعداد دفعات تکرار آن(ها) در هر پروژه متفاوت است.

تعریف ABET (هیئت تأیید صلاحیت مهندسی و فناوری) از طراحی مهندسی:

” این یک فرآیند تصمیم­ گیری (اغلب تکراری) است که در آن علوم پایه، ریاضیات و علوم مهندسی، برای تبدیل منابع بهینه، برای رسیدن به یک هدف مشخص، به کار گرفته می­شود. از جمله عناصر اصلی فرایند طراحی می­ توان: تعیین اهداف و معیارها، سنتز، تجزیه و تحلیل، ساخت، آزمایش و ارزیابی را نام برد.”

 

مراحل مشترک فرایند طراحی مهندسی

یک فرایند طراحی مهندسی، شامل مراحل زیر است:

تحقیق، مفهوم سازی، امکان سنجی، ایجاد الزامات طراحی، طراحی اولیه، طراحی دقیق، برنامه ­ریزی تولید و طراحی ابزار و تولید.

با توجه به اینکه نویسندگان مختلف (هم در مقالات پژوهشی و هم در کتب درسی) مراحل مختلفی را برای فرایند طراحی و فعالیت­های مختلف مشمول در آن تعریف می­کنند، برخی مدل­های ساده ­تر و عمومی­ تر را پیشنهاد کرده ­اند، مانند:

تعریف مشکل، طراحی مفهومی، طراحی اولیه، طراحی دقیق و ارتباط طراحی.

هم­چنین آگاهی از این نکته لازم است که در مدل­های مذکور و هم­چنین سایرنمونه­ ها، مفاهیم مختلف ممکن است دارای هم­پوشانی باشند که بر تقسیم ­بندی و نام­گذاری مراحل در هر مدل تاثیر می گذارد.

 

تحقیق

بخش زیادی از زمان صرف شده در طراحی یک محصول صرف جمع آوری اطلاعات و تحقیق می‌شود. از منابع اطلاعاتی تحقیق می­ توان به اینترنت، کتابخانه‌های محلی، اسناد دولتی موجود، سازمان‌های شخصی، مجلات تجاری، کاتالوگ فروشندگان و کارشناسان فردی اشاره کرد.

الزامات طراحی

یکی از مهم­ترین عناصر در فرایند طراحی، تعیین اهداف طراحی و انجام تجزیه و تحلیل آن است. الزامات طراحی، فرایند طراحی یک محصول را کنترل می‌کند. برخی از الزامات طراحی عبارتند از: پارامترهای سخت افزاری و نرم افزاری، پایداری، قابلیت دسترسی و تست پذیری.

امکان سنجی

در برخی موارد، امکان پذیر بودن فرایند، بررسی و مطالعه می­شود و پس از آن برنامه ها، منابع و برآوردها برای مرحله بعدی آماده می­شوند. مطالعه و بررسی امکان پذیری فرایند، ارزیابی و تجزیه و تحلیل پتانسیل پروژه، به روند تصمیم گیری در پروژه کمک می­کند. این امکان سنجی روش های دستیابی به نتایج مطلوب را به طور خلاصه تحلیل می کند.

هدف ارزیابی امکان سنجی تعیین این موضوع است که آیا مهندس در این پروژه می تواند به طراحی ادامه دهد یا خیر؟ این­که فرایند طراحی باید بر اساس یک ایده قابل دستیابی باشد و از لحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر باشد. بهتر است که از مهندسان با تجربه در این مرحله از فرایند طراحی کمک گرفت.

مفهوم سازی

اغلب فاز برنامه ­ریزی پروژه است که شامل تولید ایده­ها و توجه به مزایا و معایب اجرای این ایده­ها می شود. این مرحله از یک پروژه برای به حداقل رساندن احتمال خطا، مدیریت هزینه­ ها، ارزیابی خطرات و ارزیابی موفقیت بالقوه پروژه مورد نظر انجام می ­شود.

طراحی اولیه

طراحی اولیه یا طراحی سطح بالا، مابین مفهوم اولیه طراحی و طراحی دقیق قرار می­گیرد. در این مرحله، طرح، نمودارها و پیکربندی اولیه پروژه تعریف شده است. وظیفه طراحی اولیه ایجاد یک چهارچوب کلی برای پروژه است و پارامترهای ایجاد شده در این بخش، هنگام طراحی دقیق و بهینه­ سازی تغییر خواهند کرد.

طراحی دقیق

مرحله بعد طراحی دقیق نام دارد که تهیه مواد مورد نیاز در این مرحله صورت می­گیرد. این مرحله توضیحات کاملی را درباره جنبه­ های مختلف پروژه، از طریق مدل­سازی، نقشه ها و مشخصات، ارایه می­دهد.

برنامه ریزی تولید

این مرحله شامل برنامه ریزی برای تولید جامع محصول است .وظایف این مرحله عبارتند از: انتخاب مواد، انتخاب فرایندهای تولید، تعیین توالی عملیات و انتخاب ابزارها. این مرحله شامل آزمایش­ نمونه اولیه نیز می­شود تا اطمینان حاصل گردد که نسخه تولید انبوه مطابق با استانداردها است.

مقایسه با روش علمی

فرآیند طراحی مهندسی، شباهتی به روش علمی دارد. هر دو فرآیند با دانش موجود شروع می­شوند و به تدریج در جست­وجو برای دانش (روش علمی) و یا راه­ حل (روش مهندسی) تکمیل می­شوند. تفاوت اصلی بین فرآیند مهندسی و فرآیند علمی این است که فرآیند مهندسی بر روی طراحی، خلاقیت و نوآوری تمرکز دارد، در حالی که فرآیند علمی بر کشف (مشاهده) تاکید دارد.

 

 

۴ – مهندس طراح

مهندس طراح شخصی است که ممکن است در هر یک از رشته­های مختلف مهندسی از جمله عمران، مکانیک، برق، شیمی، هوافضا، هسته ای، معماری و… فعالیت کند. مهندسان طراح بر روی محصولات و سیستم هایی کار می­کنند که مستلزم استفاده از تکنیک های پیچیده علمی و ریاضی هستند.

مهندس طراح معمولا با یک تیم از مهندسان و دیگر طراحان کار می­کند، تا طرح های مفهومی و با جزییات کامل به وجود آورد، و از کارکرد آن و تناسب آن با هدف تولید، اطمینان حاصل کند. آن ها ممکن است با طراحان صنعتی و بازاریابان نیز همکاری کنند تا نیازهای مشتریان را برآورده کنند و در جهت صحیح عمل کنند.

 

وظایف مهندس طراح

مهندسین طراح در ابتدا در کنار دیگر طراحان، بر روی طراحی نسخه ی اولیه کالا کار می­کنند.

مسئولیت بعدی بسیاری از مهندسان طراحی، ساخت نمونه اولیه است. یک مدل از محصول ایجاد و بررسی می­شود. در ابتدا کارکرد یا عدم کارکرد نمونه اولیه بررسی می­شود. “آلفا” یا نمونه ی اولیه ای که کار می­کند، برای آزمایش استفاده می­شود؛ آن نمونه هایی نیز که کار نمی­کنند برای بررسی فرم و ساختار استفاده می­شوند. در این مرحله نمونه­ سازی مجازی و دیگر راه­ حل­ های نرم افزاری نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. در این مرحله است که مشکلات طراحی پیدا شده و تصحیح می­گردند. هم چنین ابزار، وسایل ساخت و بسته­ بندی محصولات نیز تولید می­گردند.

زمانی که “آلفا” نمونه اولیه، به صورت گام به گام رفع عیب شد و به مرحله نهایی رسید، طراحی وارد فاز جدید پیش تولید با نام “بتا” می­شود. مهندس طراح، با همکاری مهندس صنایع، مهندس ساخت و تولید و مهندس کنترل کیفیت، شروع به بررسی اولیه اجزا و قطعات مونتاژ، برای ارزیابی روش های تولید می­کنند. این امر غالبا از طریق “کنترل آماری فرآیندها” انجام می­شود. از رایج ترین شیوه­های استانداردیابی استفاده شده “شاخص توانایی تولید” Cpk نام دارد. حداقل امتیاز کسب شده در این مقیاس برای تایید شروع مرحله تولید، نمره ۱ است.

مهندس طراح می­تواند تغییرات و تصحیح­هایی در طی عمر محصول انجام دهد. این روش به مهندسی “گهواره تا گور” نیز معروف است. مهندس طراح در طی چرخه عمر محصول ازتباط نزدیکی با مهندس ساخت دارد.

 

۵ – تعریف مهندسی بیوسیستم

در اروپا، مهندسی بیوسیستم شاخه ­ای از مهندسی‌ست که دانش مهندسی و طراحی را با علوم زیستی­ کاربردی و علوم زیست­ محیطی ترکیب می‌کند. این رشته نشان دهنده تکامل رشته های مهندسی است. بنابراین، مهندسی بیوسیستم شاخه ای از مهندسی است که علوم مهندسی را به منظور حل مشکلات مربوط به نظام زیستی به کار می­گیرد.

در امریکا نیز تقریبا همین تعریف برای مهندسی بیوسیستم ارایه می­شود.

جالب است بدانیم، در بسیاری از موسسات ایالات متحده، مهندسی بیوسیستم مترادف با مهندسی زیست ­شناسی است. اما در بعضی موسسات، مهندسی بیوسیستم رشته ای گسترده­ تر تلقی می­گردد که شامل مهندسی کشاورزی و زیست شناسی نیز می­شود.

گرایش­های تحصیلی این رشته نیز شامل موارد زیر است:

تولیدات بایوانرژی، توسعه بایوسنسورها، مهندسی زیست­ محیط و اکولوژی، کشاورزی در محیط کنترل شده، فرآوری مواد غذایی و کنترل سلامت غذا (ماشین آلات، آبیاری و ذخیره سازی)، کیفیت آب و بازیافت آب (شامل اندازه­ گیری پاتوژن­ها، مواد شیمیایی و سایر آلاینده­ها).

هم­چنین انجمن­های حرفه­ای که از مهندسی بیوسیستم پشتیبانی می­کنند شامل انجمن مهندسان کشاورزی و بیولوژی امریکا (ASABE)و موسسه مهندسی بیولوژی IBE)) می­شوند.

 

۶ – طراحی در مهندسی بیوسیستم

طراحی در مهندسی بیوسیستم و به طور خاص مهندسی مکانیک ماشین­ آلات کشاورزی، به معنای طراحی اشیا و نظام­هایی با طبیعت مکانیکی و درگیر با عملیات کشاورزی، با استفاده از دانش و مفهوم طراحی مهندسی است. اما با این تفاوت که در مهندسی بیوسیستم طرز نگرش سیستمی یا نظام­گرا حرف اول را می­زند. یعنی در مهندسی بیوسیستم به کشاورزی به عنوان یک نظام زیستی نگاه می­شود. بنابراین طراحی در مهندسی مکانیک بیوسیستم عبارت خواهد بود از: طراحی اشیا و نظام هایی با طبیعت مکانیکی و زیستی درگیر در عملیات کشاورزی و صنایع غذایی با بکارگیری ابزارهای مهندسی و علوم و تکنولوژی روز

 

 

 

 

 

مراجع :

 

[۱]- Ralph, P. and Wand, Y. (2009). A proposal for a formal definition of the design concept. In Lyytinen, K., Loucopoulos, P., Mylopoulos, J., and Robinson, W., editors, Design Requirements Workshop (LNBIP 14), pp. 103–۱۳۶٫ Springer-Verlag, p. 109.

[۲]- Don Kumaragamage, Y. (2011). Design Manual Vol 1

[۳]- Alexander, C. (1964) Notes on the Synthesis of Form, Harvard University Press.

[۴]- Braha, D. and Maimon, O. (1998) A Mathematical Theory of Design

[۵]- Bureau of Labor Statistics, U.S. Department of Labor (2006). “Engineers”. Occupational Outlook Handbook, 2006-07 Edition. Retrieved 2006-09-21.

[۶]- Oxford Concise Dictionary, 1995

[۷]- “engineer”. Oxford Dictionaries. April 2010. Oxford Dictionaries. April 2010. Oxford University Press. 22 October 2011

[۸]- ABET Definition of Design: “Engineering design is the process of devising a system, component, or process to meet desired needs”. www.me.unlv.edu. Retrieved 22 March 2018.

[۹]- Ertas, A. & Jones, J. (1996). The Engineering Design Process. 2nd ed. New York, N.Y., John Wiley & Sons, Inc.

[۱۰]- Dym, C.L. & Little, P. (2009). Engineering Design. 3rd ed. New York, N.Y., John Wiley & Sons, Inc.

[۱۱]- Pahl, G. & Beitz, W. (1988). Engineering Design: a systematic approach. London, UK, The Design Council.

[۱۲]- Robinson, M. A. (2010). “An empirical analysis of engineers’ information behaviors”. Journal of the American Society for Information Science and Technology. 61 (4): 640–۶۵۸

[۱۳]- ASABE official website

 

 

 

 

 

 

 

 

مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی  – مفهوم طراحی در مهندسی  – مفهوم طراحی در مهندسی  – مفهوم طراحی در مهندسی  – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی – مفهوم طراحی در مهندسی