Mérnöki tervezési folyamat - Engineering design process

A mérnöki tervezési folyamat egy gyakori lépéssorozat, amelyet a mérnökök használnak funkcionális termékek és folyamatok létrehozásakor. A folyamat rendkívül iteratív - a folyamat egyes részeit gyakran sokszor meg kell ismételni, mielőtt be lehet írni egy másikat - bár az iterált rész (ek) és az ilyen ciklusok száma egy adott projektben eltérő lehet.

Ez egy döntéshozatali folyamat (gyakran iteratív), amelyben az alapvető tudományokat, a matematikát és a mérnöki tudományokat alkalmazzák az erőforrások optimális átalakítására egy meghatározott cél elérése érdekében. A tervezési folyamat alapvető elemei közé tartozik a célok és kritériumok meghatározása, szintézis, elemzés, konstrukció, tesztelés és értékelés.

A mérnöki tervezési folyamat gyakori szakaszai

Fontos megérteni, hogy a mérnöki tervezési folyamatnak különféle keretei/tagolásai vannak. A különböző terminológiák eltérő mértékű átfedéssel rendelkezhetnek, ami befolyásolja, hogy az adott modellben mely lépések kerülnek kifejezetten kimondásra, vagy „magas szintnek” minősülnek az alárendeltnek. Ez természetesen ugyanúgy vonatkozik az itt megadott példaképekre/sorozatokra.

A mérnöki tervezési folyamat egyik példaképe a következő szakaszokat írja le: kutatás, konceptualizálás, megvalósíthatósági értékelés, tervezési követelmények megállapítása, előzetes tervezés, részletes tervezés, gyártástervezés és szerszámtervezés, valamint gyártás . Mások, megjegyezve, hogy "a különböző szerzők (mind a szakirodalomban, mind a tankönyvekben) meghatározzák a tervezési folyamat különböző fázisait, amelyekben különböző tevékenységek zajlanak", egyszerűbb/általánosabb modelleket javasoltak - például a probléma meghatározását, a koncepcionális tervezést , az előzetes tervezést, részletes tervezés és tervezési kommunikáció . A folyamat másik összefoglalója, az európai mérnöki tervezési szakirodalomból, tartalmazza a feladat tisztázását, a koncepcionális tervezést, a kiviteli alak tervezését, a részlettervezést . (MEGJEGYZÉS: Ezekben a példákban más kulcsfontosságú szempontok - például a koncepció kiértékelése és a prototípus -készítés - egy vagy több felsorolt ​​lépés részhalmazai és/vagy kiterjesztései.)

Kutatás

A tervezési folyamat különböző szakaszai (és még korábban is) jelentős időt foglalhatnak magukban az információk megtalálásával és a kutatással . Figyelembe kell venni a meglévő irodalmat, a meglévő megoldásokhoz, költségekhez és piaci igényekhez kapcsolódó problémákat és sikereket.

Az információforrásnak relevánsnak kell lennie. A fordított tervezés hatékony technika lehet, ha más megoldások is rendelkezésre állnak a piacon. Egyéb információforrások közé tartozik az internet, a helyi könyvtárak , a rendelkezésre álló kormányzati dokumentumok, a személyes szervezetek, a szakfolyóiratok , a szállítói katalógusok és az elérhető szakértők .

Tervezési követelmények

A tervezési követelmények megállapítása és a követelményelemzés elvégzése , amelyet néha problémameghatározásnak neveznek (vagy kapcsolódó tevékenységnek tekintenek), a tervezési folyamat egyik legfontosabb eleme, és ezt a feladatot gyakran a megvalósíthatósági elemzéssel egyidejűleg hajtják végre. A tervezési követelmények szabályozzák a fejlesztendő termék vagy folyamat tervezését a mérnöki tervezési folyamat során. Ide tartoznak az olyan alapvető dolgok, mint a funkciók, attribútumok és specifikációk - amelyeket a felhasználói igények felmérése után határoznak meg. Néhány tervezési követelmény magában foglalja a hardver és szoftver paramétereit, karbantarthatóságát , rendelkezésre állását és tesztelhetőségét .

Megvalósíthatóság

Bizonyos esetekben megvalósíthatósági tanulmány készül, amelyet követően ütemterv, erőforrás -terv és becslés készül a következő fázisra. A megvalósíthatósági tanulmány a javasolt projektnek a döntéshozatali folyamatot támogató lehetőségeinek értékelése és elemzése . Felvázolja és elemzi a kívánt eredmény elérésének alternatíváit vagy módszereit. A megvalósíthatósági tanulmány segít szűkíteni a projekt hatókörét a legjobb forgatókönyv meghatározása érdekében. Egy megvalósíthatósági jelentés készül, amelyet követően a megvalósíthatósági felülvizsgálat elvégzésére kerül sor.

A megvalósíthatósági értékelés célja annak meghatározása, hogy a mérnöki projekt folytatódhat -e a tervezési fázisban . Ez két kritériumon alapul: a projektnek egy megvalósítható ötleten kell alapulnia, és a költségek korlátain belül kell lennie . Fontos, hogy tapasztalattal és jó ítélőképességgel rendelkező mérnökök vegyenek részt a megvalósíthatósági tanulmány ezen részében.

Koncepció generálása

A koncepció -tanulmány ( konceptualizálás , koncepcionális tervezés ) gyakran a projekttervezés fázisa, amely magában foglalja az ötletek előállítását, és figyelembe veszi az ötletek megvalósításának előnyeit és hátrányait. A projekt ezen szakasza a hiba valószínűségének minimalizálása, a költségek kezelése, a kockázatok felmérése és a tervezett projekt lehetséges sikerének értékelése céljából történik. Mindenesetre, ha egy műszaki probléma vagy probléma meghatározásra került, meg kell határozni a lehetséges megoldásokat. Ezeket a megoldásokat az ötleteléssel , az ötletek létrehozásának szellemi folyamatával lehet megtalálni . Valójában ezt a lépést gyakran ötletelésnek vagy "koncepciógenerálásnak" nevezik . A következők a széles körben használt technikák:

  • kiváltó szó - a szóban forgó kérdéshez kapcsolódó szót vagy kifejezést kimondják, és a későbbi szavakat és kifejezéseket előidézik.
  • morfológiai elemzés - a független tervezési jellemzőket egy táblázat tartalmazza, és minden egyes megoldáshoz különböző műszaki megoldásokat javasolnak. Általában előzetes vázlat és rövid jelentés kíséri a morfológiai diagramot.
  • szinektika - a mérnök önmagát képzeli el elemként, és megkérdezi: "Mit tennék, ha én lennék a rendszer?" Ez a nem szokványos gondolkodási módszer megoldást találhat az adott problémára. A koncepcionálási lépés létfontosságú aspektusa a szintézis. A szintézis az a folyamat, amikor a fogalom elemét átvesszük és a megfelelő módon rendezzük el. A szintézis kreatív folyamata minden tervezésben jelen van.
  • ötletelés - ez a népszerű módszer magában foglalja a különböző ötletek gondolkodását, általában egy kis csoport részeként, és ezeknek az ötleteknek valamilyen formában történő elfogadását a probléma megoldásaként

A különböző generált ötleteknek ezután egy koncepcióértékelési lépésen kell átesniük , amely különféle eszközöket használ a lehetséges alternatívák relatív erősségeinek és gyengeségeinek összehasonlítására és szembeállítására.

Előzetes tervezés

Az előzetes tervezés vagy a magas szintű tervezés magában foglalja (más néven FEED vagy Basic design), gyakran áthidalja a szakadékot a tervezési koncepció és a részletes tervezés között, különösen azokban az esetekben, amikor az ötletelés során elért fogalomalkotás szintje nem elegendő a teljes értékeléshez. Ebben a feladatban tehát a teljes rendszerkonfiguráció van definiálva, és a projekt sematikái , diagramjai és elrendezései biztosíthatják a projekt korai konfigurálását. (Ez nehezen változik szakterületenként, iparágonként és termékenként.) A részletes tervezés és optimalizálás során a létrehozandó alkatrész paraméterei megváltoznak, de az előzetes tervezés a projektre épülő általános keret létrehozására összpontosít.

S. Blanchard és J. Fabrycky így írják le: „A„ mi ”kezdeményező koncepcionális tervezés„ hows ”-ot eredményez a megvalósítható koncepcionális tervezési koncepciókhoz alkalmazott koncepcionális tervezési értékelésből. Ezt követően a „hows” -ot előzetes tervezésbe veszik az elkülönített követelmények segítségével. Ott „mivé” válnak, és előzetes tervezést hajtanak végre, hogy ezen az alacsonyabb szinten „hogyan” foglalkozzanak. ”

Részletes kialakítás

A FEED -et követi a részletes tervezés (részletes tervezés) szakasza, amely anyagbeszerzésből is állhat . Ez a fázis továbbfejleszti a projekt/termék minden aspektusát, teljes leírással, szilárd modellezéssel , rajzokkal és specifikációkkal .

A számítógépes tervezés (CAD) programok hatékonyabbá tették a részletes tervezési szakaszt. Például egy CAD program optimalizálhatja a hangerőt, anélkül, hogy akadályozná az alkatrész minőségét. Ezenkívül kiszámíthatja a feszültséget és az elmozdulást a végeselemes módszerrel, hogy meghatározza a feszültségeket az egész részen.

Termelés tervezés

A gyártástervezés és a szerszámtervezés abból áll, hogy megtervezik, hogyan lehet tömegtermékként előállítani a terméket, és milyen eszközöket kell használni a gyártási folyamatban. Ebben a lépésben az elvégzendő feladatok közé tartozik az anyagok kiválasztása, a gyártási folyamatok kiválasztása, a műveletsor meghatározása, valamint az olyan eszközök kiválasztása, mint a szúrógépek, szerelvények, fémvágás és fém- vagy műanyag -formázó szerszámok. Ez a feladat további prototípus tesztelési iterációkat is magában foglal, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a sorozatgyártású változat megfelel a minősítési tesztelési szabványoknak.

Összehasonlítás a tudományos módszerrel

A mérnöki tudomány olyan problémát fogalmaz meg, amely tervezéssel megoldható. A tudomány olyan kérdést fogalmaz meg, amelyet vizsgálattal meg lehet oldani. A mérnöki tervezési folyamat némileg hasonlít a tudományos módszerhez . Mindkét folyamat a meglévő ismeretekkel kezdődik, és fokozatosan specifikusabbá válik a tudás keresésében ("tiszta" vagy alaptudomány esetén) vagy megoldás ("alkalmazott" tudomány, például mérnöki munka) keresésében . A fő különbség a mérnöki folyamat és a tudományos folyamat között az, hogy a mérnöki folyamat a tervezésre , a kreativitásra és az innovációra összpontosít , míg a tudományos folyamat a felfedezést (megfigyelést) hangsúlyozza .

Fokozatos programok

Módszereket oktatnak és fejlesztenek az egyetemeken, többek között:


Lásd még

Hivatkozások