Proces projektowania inżynierskiego - Engineering design process

Proces projektowania inżynierskiego to powszechna seria kroków, które inżynierowie wykorzystują podczas tworzenia funkcjonalnych produktów i procesów. Proces jest wysoce iteracyjny — części procesu często muszą być powtarzane wiele razy, zanim będzie można wprowadzić kolejny — chociaż części, które są iterowane i liczba takich cykli w danym projekcie, mogą się różnić.

Jest to proces podejmowania decyzji (często iteracyjny), w którym nauki podstawowe, matematyka i nauki inżynierskie są stosowane do optymalnego przekształcania zasobów w celu osiągnięcia określonego celu. Do podstawowych elementów procesu projektowania należą ustalenie celów i kryteriów, synteza, analiza, konstrukcja, testowanie i ocena.

Wspólne etapy procesu projektowania inżynierskiego

Ważne jest, aby zrozumieć, że istnieją różne ramy/artykuły procesu projektowania inżynierskiego. Zastosowana terminologia może w różnym stopniu nakładać się na siebie, co wpływa na to, jakie kroki zostaną wyraźnie określone lub uznane za „wysoki poziom” w porównaniu z podwładnymi w danym modelu. Dotyczy to oczywiście w takim samym stopniu wszystkich podanych tutaj przykładowych kroków/sekwencji.

Przykładowe ramy procesu projektowania inżynierskiego obejmują następujące etapy: badania, konceptualizację, ocenę wykonalności, ustalenie wymagań projektowych, projekt wstępny, projekt wykonawczy , planowanie produkcji i projektowanie narzędzi oraz produkcję . Inni, zauważając, że „różni autorzy (zarówno w literaturze naukowej, jak i podręcznikach) definiują różne fazy procesu projektowania z zachodzącymi w nich różnymi czynnościami”, sugerowali bardziej uproszczone/uogólnione modele – takie jak definicja problemu, projekt koncepcyjny, projekt wstępny, projekt szczegółowy i komunikacja projektowa . Kolejne podsumowanie procesu, pochodzące z europejskiej literatury dotyczącej projektowania inżynieryjnego, obejmuje wyjaśnienie zadania, projekt koncepcyjny, projekt wykonawczy, projekt wykonawczy . (UWAGA: W tych przykładach inne kluczowe aspekty - takie jak ocena koncepcji i tworzenie prototypów - są podzbiorami i/lub rozszerzeniami jednego lub więcej z wymienionych kroków.)

Badania

Różne etapy procesu projektowania (a nawet wcześniejsze) mogą wiązać się ze znaczną ilością czasu poświęcanego na lokalizowanie informacji i badania . Należy zwrócić uwagę na istniejącą odpowiednią literaturę, problemy i sukcesy związane z istniejącymi rozwiązaniami, kosztami i potrzebami rynku.

Źródło informacji powinno być odpowiednie. Inżynieria odwrotna może być skuteczną techniką, jeśli na rynku dostępne są inne rozwiązania. Inne źródła informacji obejmują Internet, lokalne biblioteki , dostępne dokumenty rządowe, organizacje osobiste, czasopisma branżowe , katalogi dostawców i dostępni indywidualni eksperci .

Wymagania projektowe

Ustalenie wymagań projektowych i przeprowadzenie analizy wymagań , czasami nazywanej definicją problemu (lub uważaną za czynność powiązaną), jest jednym z najważniejszych elementów w procesie projektowania, a zadanie to jest często wykonywane jednocześnie z analizą wykonalności. Wymagania projektowe kontrolują projekt opracowywanego produktu lub procesu podczas całego procesu projektowania technicznego. Należą do nich podstawowe rzeczy, takie jak funkcje, atrybuty i specyfikacje - określone po ocenie potrzeb użytkownika. Niektóre wymagania projektowe obejmują parametry sprzętu i oprogramowania , łatwość konserwacji , dostępność i testowalność .

Wykonalność

W niektórych przypadkach przeprowadzane jest studium wykonalności , po którym opracowywane są harmonogramy, plany zasobów i szacunki dla następnej fazy. Studium wykonalności jest oceną i analizą potencjału proponowanego projektu do wsparcia procesu podejmowania decyzji . Nakreśla i analizuje alternatywy lub metody osiągnięcia pożądanego rezultatu. Studium wykonalności pomaga zawęzić zakres projektu w celu zidentyfikowania najlepszego scenariusza. Generowany jest raport wykonalności, po którym przeprowadzany jest przegląd powykonawczy.

Celem oceny wykonalności jest ustalenie, czy projekt inżynierski może przejść do fazy projektowania . Opiera się to na dwóch kryteriach: projekt musi opierać się na osiągalnym pomyśle i musi mieścić się w granicach kosztów . Ważne jest, aby inżynierowie z doświadczeniem i dobrym osądem byli zaangażowani w tę część studium wykonalności.

Generowanie koncepcji

Studium koncepcyjne ( konceptualizacja , projekt koncepcyjny ) jest często etapem planowania projektu, który obejmuje tworzenie pomysłów i uwzględnienie zalet i wad wdrażania tych pomysłów. Ten etap projektu ma na celu zminimalizowanie prawdopodobieństwa błędu, zarządzanie kosztami, ocenę ryzyka i ocenę potencjalnego sukcesu zamierzonego projektu. W każdym przypadku, po zdefiniowaniu problemu lub problemu inżynierskiego, należy zidentyfikować potencjalne rozwiązania. Rozwiązania te można znaleźć za pomocą ideacji , procesu umysłowego, w którym generowane są idee. W rzeczywistości ten krok jest często określany jako ideacja lub „generowanie koncepcji”. Poniżej znajdują się szeroko stosowane techniki:

  • słowo wyzwalające - podawane jest słowo lub fraza skojarzona z daną kwestią, a kolejne słowa i frazy są przywoływane.
  • analiza morfologiczna - niezależne charakterystyki projektowe są wymienione na wykresie, a dla każdego rozwiązania proponowane są różne rozwiązania inżynieryjne. Zwykle do wykresu morfologicznego dołączony jest wstępny szkic i krótki raport.
  • synektyka - inżynier wyobraża sobie siebie jako przedmiot i pyta: "Co bym zrobił, gdybym był systemem?" Ten niekonwencjonalny sposób myślenia może znaleźć rozwiązanie problemu. Istotnym aspektem etapu konceptualizacji jest synteza. Synteza to proces wzięcia elementu koncepcji i odpowiedniego ich uporządkowania. Proces twórczy syntezy jest obecny w każdym projekcie.
  • burza mózgów – ta popularna metoda polega na myśleniu o różnych pomysłach, zazwyczaj w ramach małej grupy, i przyjmowaniu tych pomysłów w jakiejś formie jako rozwiązania problemu

Różne wygenerowane pomysły muszą następnie przejść etap oceny koncepcji , który wykorzystuje różne narzędzia do porównywania i kontrastowania względnych mocnych i słabych stron możliwych alternatyw.

Projekt wstępny

Projekt wstępny lub projekt wysokiego poziomu obejmuje (zwany również FEED lub projektem podstawowym) często wypełnia lukę między koncepcją projektu a projektem szczegółowym, szczególnie w przypadkach, gdy poziom konceptualizacji osiągnięty podczas tworzenia idei nie jest wystarczający do pełnej oceny. Tak więc w tym zadaniu zdefiniowana jest ogólna konfiguracja systemu, a schematy , diagramy i układy projektu mogą zapewnić wczesną konfigurację projektu. (To znacznie różni się w zależności od dziedziny, branży i produktu). Podczas szczegółowego projektowania i optymalizacji parametry tworzonej części ulegną zmianie, ale projekt wstępny koncentruje się na stworzeniu ogólnych ram, na których można zbudować projekt.

S. Blanchard i J. Fabrycky opisują to w następujący sposób: „„co” inicjujące projekt koncepcyjny daje „jak” z wysiłków związanych z oceną projektu koncepcyjnego zastosowanym do wykonalnych koncepcji projektu koncepcyjnego. Następnie „jak” są uwzględniane w projekcie wstępnym za pomocą przydzielonych wymagań. Tam stają się „co” i prowadzą wstępny projekt, aby rozwiązać „jak” na tym niższym poziomie”.

Szczegółowy projekt

Po FEED następuje faza Projektowania Szczegółowego (Inżynieria Szczegółowa), która może obejmować również zakup materiałów. Ta faza dalej rozwija każdy aspekt projektu/produktu poprzez pełny opis poprzez modelowanie bryłowe , rysunki oraz specyfikacje .

Programy do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) usprawniły etap projektowania szczegółowego. Na przykład program CAD może zapewnić optymalizację w celu zmniejszenia objętości bez pogorszenia jakości części. Może również obliczyć naprężenie i przemieszczenie przy użyciu metody elementów skończonych w celu określenia naprężeń w całej części.

Planowanie produkcji

Planowanie produkcji i projektowanie narzędzi polega na zaplanowaniu, w jaki sposób wyprodukować produkt masowo i jakie narzędzia należy wykorzystać w procesie produkcyjnym . Zadania do wykonania na tym etapie obejmują wybór materiałów, wybór procesów produkcyjnych, określenie kolejności operacji oraz dobór narzędzi, takich jak przyrządy, uchwyty, narzędzia do cięcia metalu oraz narzędzia do formowania metalu lub tworzyw sztucznych. Zadanie to obejmuje również dodatkowe iteracje testowania prototypów, aby zapewnić, że masowo produkowana wersja spełnia standardy testów kwalifikacyjnych .

Porównanie z metodą naukową

Inżynieria formułuje problem, który można rozwiązać poprzez projektowanie. Nauka formułuje pytanie, które można rozwiązać poprzez badanie. Proces projektowania inżynierskiego wykazuje pewne podobieństwo do metody naukowej . Oba procesy zaczynają się od istniejącej wiedzy i stopniowo stają się bardziej specyficzne w poszukiwaniu wiedzy (w przypadku „czystej” lub podstawowej nauki) lub rozwiązania (w przypadku „stosowanej” nauki, takiej jak inżynieria). Kluczowa różnica między procesem inżynieryjnym a naukowym polega na tym, że proces inżynierski koncentruje się na projektowaniu , kreatywności i innowacyjności, podczas gdy proces naukowy kładzie nacisk na Odkrywanie (obserwację) .

Studia

Metody są nauczane i rozwijane na uniwersytetach, w tym:


Zobacz też

Bibliografia