مهندسان ، حل مسئله و فرآیندهای طراحی

 

مهندسان ، حل مسئله و فرآیندهای طراحی
مهندسان افرادی هستند که دانش ریاضیات ، علوم و اقتصاد را برای حل مسائل فنی مرتبط با تأمین نیازهای بشری بکار می گیرند . تعریف ساده از طـــراحی ، خلــق کردن بر طبق طرح اولیه برای یک هدف خاص است . طراحی معمولاً با تعریف ناشیانه مــسئله شروع می شود ، به طوری که راه حل های احتمالی زیادی بـرای آن وجـــود دارد . فـــرآیند طراحی مـــهندسی ( که می توان به عنوان نوع خاصی از حل مسئله به آن نــگریست ) شیوه ای منظم و سیستماتیک مشتمل بر تکرار و تصمیم گیری در هر مرحله است . مراحلی که فهــــرست آن در زیر آمده است ، یکی از بسیار روش های محتمل دسته بندی های فرعی در فرآیند طراحی را نشان می دهد . لازم به تأکید است که فرآیند حل بطور ذاتی سلسله وار و تکرار مکرر است .
تعیین نیاز :
فرآینــد طراحــــــی با تعیین نیــاز توسط افراد آغاز می شود . نیازها ممکن است به درخواست مشتری برای محصولات و خدمات مربوط بـــوده و انگیزه محرکه برای صنایع خصوصی به منظور کسب درآمد باشد. به طور جایگزین ممکن است نیازهـــا از نتایج حاصل از سیاست های حکومتی سرچشمه گیرد.
تعریف مسئله :
از نظر آلبرت اینشتین فرموله کردن یک مسئله به تنهایی ، اغلب بسیار مهم تر از راه حل آن است که ممکن است فقط موضوعی ریاضی یا متکی بر تجربیات باشد. بروز سئوالات جـــدید ، احتمالات تـــازه و توجه به مسائل قدیمی از زاویه نو ، نیاز به تصورات خلاق داشته و پیشرفت های چشمــــگیری را در علوم به وجود می آورد .
وقتی نیاز تعیین شد ، اولین تلاش طـراح برای درک روشــــن از درخـــواست مشتری است که شامل فهمیدن وتعریف مسئله واقعی یا ریشه ای است . این کـــار پیش از ترجـــمان نیازهای مشتری به صـــورت مفهومی ضرورت دارد و در نهایت به راه حـــــل رضایتبخش با ملاحظه محدودیت های طراحی منجر خواهد شد . در این مرحله از طراحی لازم است که طراح در کنار مشتری بــــرای حصول اطمینـــــان از درک نیازهای واقعی کاربر نهایی محصول کارکند . در عمل تعریف مسئله نیازمند تبادل آراء بین طراح ، مشتری و کاربر نهایی است .

جمع آوری اطلاعات :
این مرحله از فرآیند طراحی مشتمل بر جمع آوری و پردازش اطـــــلاعات مرتبط با پــــروژه است . معمولاً مشتری مقداری از دانش مورد استفاده در حل مســئله را دارد . در این رابطه می توان همچنین با افراد آشنا با موضوع مذاکره کرد . بندرت نیز امکان داردکه مسئله دست اول باشد.
اطلاعات بیشتر را می توان با بدست آوردن پاسخ برای سئوالاتی از این قبیل کسب نمود:
 چه مطالبی پیش از این در§ رابطه با این موضوع چاپ شده است ؟
 آیامحصول یا کالایی برای رفع مشکل بنحو§ مطلوب وجود دارد ؟
 چه مزایا یا مشکلاتی در رابطه با راه حل های فعلی وجود دارد§ ؟
 چه شرکتی راه حل جاری را ارائه می کند و هزینه آن چقدراست؟§
برخی از منابع اطلاعات که به فوریت در دسترس هستند عبـــارتند از : کتــــــابخانه ها ، مســـتندات دولتی ، سازمان های حرفه ای، مجلات ، کاتالوگ سازندگان ، افراد خبره ، و شبـــــکه جهانی ( اینترنت ) ، خیلی مهم است که اطلاعات به طور مقابله ای با هم بررسی و منابع مورد استفاده برای داده ها ، مطالب اصلی و شکل ثـــــبت و ذکر شوند . لااقل مــــــــهم ترین اطـــلاعات از لحـــاظ صحت تأیید وسایر موارد به صورت موردی بـــــــررسی گردند . منابع اطلاعات را در فم مناســبی به ترتیب موضوعی و الفبایی ثبت کنید تا در صورت مراجعه بعدی به سرعت و به راحتی قابل دسترسی باشند .
تعیین محدودیت ها و معیارها :
معمولاً حدود یا محدودیت های مربوط به شکل راه حل را به عنوان محدودیت های مسئله لحاظ می کنند . این محدودیت ها اغلب از محدود بودن منابع ناشی می شوند . محدودیت های متداول در فهرست زیر آمده اند :
 بودجه§
 زمان§
 کارکنان§
 مقررات§
 خواص مواد و§ موجود بودن آنها
 اجزاء غیر موجود در بازار برای طراحی اختصاصی§
 رقابت§
§ قابلیت ساخت
معیارهای طراحی ، خواص یا اهداف پروژه هستند که مقایسه با راه حل های قبلی را امکان پذیر می سازند .
معیارهای طراحی متداول در فهرست زیر مشاهده می شوند:
 هزینه ( قیمت )§
 کیفیت§
 قابلیت اطمینان§
 قابلیت§ نگهداری
 وزن§
 عملکرد§
 فاکتورهای انسانی ( سهولت کاربرد )§
§ زیبایی
 ایمنی§
 محیط عملیاتی ( دما ، فشار ،خوردگی )§
 سازگاری با دیگر§ سیستم ها
 آثار بر روی محیط زیست ( به طور مثال آلودگی )§
تولید راه حل های جایگزین :
امیل کارتیر: " هیچ چیز خطرناک تر از یک ایده نیست ، وقتی که آن تنها ایده ای باشد که شما دارید."
بطور ذاتی ، تولید ایده و جستــجو برای راه حــــــل های جایگزین فرآیندی خلاق است که نمی توان آن را با دنبال کردن یک آلگوریتم از قبل تعیین شده انجام داد .
طوفان مغزی یک روش برای استفاده در گروه ( 6 تا 8 نفره و نه بیشتر ) برای تولید محدوده ای از راه حل های محتمل است . بیان آزادانه برای جلسه طوفان مغزی ضروری است . برای رهـــــبر گروه مهم است که قضاوت در مورد هر ایده ای را به پایان جــلسه موکول کند . در خاتمه جــــلسه اعضای گروه همدیگر را به چالش در فرضیات پایه ، تشابهات ، تعیین پارامترهای بحرانی تشویق کرده ودر کنار در نظر گرفتن راه حل های جایگزین خوب ، ابتکار در جابجایی ها و ترکیب مجدد یا حذف اجزاء موجود یا مراحل فرآیند به خرج می دهند.
تحلیل احتمالات :

در ایـــــن مرحله ،راه حـــل های جایــــگزین تحـــلیل می شوند تا بهترین راه حل در روشنی دانش موجود و معیارهای طراحی مشخص شود. تحلیل فوق شامل استفاده از اصول ریاضـی و مهندسی ، قوانین اقتصادی و اطمینان ضمنی از قابلیت عملکرد است . در انتخاب روش تحلیل باید دقـت نمـــود . روش تحلیل ممکن است آسان و سریع با محاسبات دستی بوده یا پیچیده و مبتنی بر برنامه های کامپیوتری باشد . نتـایج دقیق تر که به زمان طولانی تری احتیاج دارند ممکن است بسته به فرصت اعلام شده و محدوده های تعــیین شده در برنامه پروژه بی فایده شوند . علاوه بر این قابلیت اطـمینان داده هاو نتایج ، اغلب به مقدار پـــول اختصاص یافته به بخش تحلیل بستگی دارند.
تعویض های لازم برای موازنه کردن نیاز به اطلاعات عملکردی صحیح در بـــرابر زمان و پول ، بادی در مرحله امان سنجی ( feasibility study phase ) انــــجام شوند . به طـور مثال اگر زمان و پول موجود باشند ، می توان از ساخت و آزمودن مدل ها استفاده کرد . به طور جایگزین ، مــدل های کامپیوتری ، نقشه های مهندسی ، یا به شکل سـاده محاسبه دستی ممکن است برای تشریح شکل و عملکرد طرح به کار روند .
تصمیم در مورد مسیر فعالیت :
در مرحله تصمیم گیری از فرآیند طراحی ، اطلاعـــات حاصل از مرحله تحلیل برای تعیین بـــهترین راه حل (ها) به کار می روند . جایگزینی ها و نیاز به مصالحه رسیدن به تصمیم را دشـــوار می سازند . یک روش برای تعیین بهترین راه حل ها ، فهرست کردن مزایــا و معـــایب هر مـــورد است . راه کمی تر ، استفاده از ماتریس ارزیابی است . در این روش ( جدول 1 را بـــبینید ) خـــواص مطلوب و اهــــمیت نسبی آنها ( یعنی ضرائب ارزشی ) در سمت چپ فهرست می شوند. هر انتخاب ستون جداگانه ای دارد کـــه در آن بــرای هر خاصیت امتیازی داده می شود . این امتیازات در ضرائب ارزشی ضرب شده و برای هرانتخاب جمــع بندی می شوند تا بهترین انتخاب تعیین گردد. به طور جایگزین می توان تصمیم گیری را بر اســــاس روش های بهینه سازی پیچیده استوار کرد .
شکل 1 مثالی از یک ماتریس ارزیابی برای مشکل طراحی مربوط به ابداع وسیله ای جهت شــکافتن چوب است . در این مثال ، هر مفهوم برای هر معیار بر مبنای 0 تا 10 امتیاز بندی شده است . امـــتیــاز داده شده در ضریب ارزشی هر معیار ضرب شده و سپس مجموع امتیازات برای هر انتخاب به دســت می آید . توجه کنید که مفهوم 5 با اینکه حداکثر امتیاز را برای سه مورد از شش معیار بدست نیاورده ، انتخاب شده است .
تعیین و ارائه راه حل :
در مرحله تعیین مشخصات ، بهترین راه حل با جزئیات فنی کافی به دیگران منتقل می شود تا ســــــاخت یا اجرای آن امکان پذیر گردد . بسته به نوع پروژه ، این کار ممکن است نیازمند به مستندات مفصل در مورد تحلیل هزینه ، مشخصات مواد و هر نوع استاندارد مربوطه یا مشخصه های لازم مانند کیفیت و تلرانس ها ، خلاصه ای از وزن ، نقشه ها ، یا مونتاژ اصلی و فرعی برای توضیح ابعاد ، شکل و ارتباط اجــــزاء باشد.
ارتباط مؤثر در تمام مراحل طراحی لازم است . در اصل ، این امر شامل فروش ، توضیــــح دادن ، شفاف سازی و در صورت لزوم متقاعد کردن دیگران ( اعضای گروه ، مدیریت ، مشتری ، کاربرها ) در رابطه با ارزشمندی ایده ها است . گاهی این کار ممکن است شکل صحبت غیر رسمی رویاروی یا تلفــــنی به خود بگیرد یا به صورت سخنرانی سازمان یافته در گردهمایی ها ، ارائه شفاهی ، پیشنهاد کتبی ، گـــزارش های پیشرفت یا گزارش های رسمی پروژه باشد .
اجرای تصمیم :
به طور معمول ، این مرحله با ساختن مدل محصول ، فرآیند یا سیستم بسته به مشخصات فنی مندرج در راه حل بهینه آغاز می شود . نتایج حاصل از آزمودن مدل برای اصلاح و نهایی کردن طرح به کار گرفته می شوند . مرحله بعد ممکن است اجرای شکل کامل و حقیقی طرح باشد . ممکن است که این کار مستلزم ساختن کارخانه ای جدید یا اصلاح فرآیندهای یا تسهیلات موجود باشد . در این مرحله مهندس طراح احتمالاً با مهندسین دیگر رشته ها و یا شاید با انواع عملکردهای تجاری و مدیریتی تعامل خواهد داشت .
ممیزی وارزیابی :

مرحله نهایی در فرآیند مهندسی ممیزی و ارزیابی راه حل در عملیات مقیاس بزرگ یا سطح تولید است . این کار به طورمعمول مستلزم نمونه گــــــیری یا دیــــگر راه های آزمایش محصول ، فرآیند یا سیستم برای تأیید مطابقت مشخصات طراحی در عمل است . معمولاً اصلاحات و تغییرات جزیی بیشتری در طرح لازم است تا به طراحی بهینه برسیم. از آنجائیکه تکنولوژی به سرعت تغییر می کند ، مرحله پایانی یک طرح ، مرحله آغازین طرح دیگری در جستجوی نسل بعدی محصولات ، فرآیندها و سیستم ها خواهد بود . انگیزش طرح های جدید ممکن است از روش های بهبود یافته ساخت ، جانشینی مواد بهتر با خواص عالی تر یا نیاز بازار به                                           محصولاتی با طراحی بهتر ناشی شود .


مفاهیم انتخابی :
1. اصل خودکار بودن خروج گوه
2. رها کردن گوه از ارتفاع
3. گوه با محرکه فنری
4. گوه با محرکه انفجاری
5. جرم لغزشی
6. سایر
در جه بندی امتیاز ( R )
10-9 عالی
8-7 خوب
6-5 متوسط
4-3 ضعیف
2-0 نامطلوب



6
180







جدول 1 : ماتریش ارزیابی [2]

انتخاب C انتخاب B انتخاب A ضریب ارزشی خاصیت
امتیاز ارزشیابی شده امتیاز امتیاز ارزشیابی شده امتیاز امتیاز ارزشیابی شده امتیاز
C1× α C1 B1 × α B1 A1 × α A1 α خاصیت 1
β× C2 C2 β× B2 B2 β× A2 A2 β خاصیت 2
C3× γ C3 B3 × γ B3 A3 × γ A3 γ خاصیت 3
بالا ∑ بالا ∑ بالا ∑ مجموع

شکل 1. ماتریس تصمیم برای ارزیابی راه حل های جایگزین بریدن هیزم [1].
مفاهیم انتخابی٭ ضریب ارزشی W
(%) معیار
6 5 4 3 2 1
/ 270/9 210/7 210/7 210/7 180/6 30 هزینه
/ 140/7 20/10 180/9 140/7 200/10 20 سادگی عملیات
/ 120/8 75/5 90/6 105/7 135/9 15 ایمنی
/ 150/10 150/10 60/4 75/5 90/6 15 قابلیت حمل
/ 90/9 90/9 100/10 90/9 80/8 10 دوام
/ 90/9 60/6 80/8 80/8 70/7 10 کاربرد قطعات استاندارد
860 785 720 700 755 100 مجموع
مؤلف: مهندس ابراهیم نجفی بیرگانی

نویسنده  ماه حیدری