عملية التصميم الهندسي

قد تستغرق مراحل مختلفة من عملية التصميم (وحتى مراحل سابقة) وقتاً طويلاً في البحث عن المعلومات وإجراء الدراسات . ^{[ 6 ]} ينبغي مراعاة الأدبيات ذات الصلة، والمشاكل والنجاحات المرتبطة بالحلول الحالية، والتكاليف، واحتياجات السوق. ^{[ 6 ]}

ينبغي أن يكون مصدر المعلومات ذا صلة. يمكن أن تكون الهندسة العكسية أسلوبًا فعالًا إذا توفرت حلول أخرى في السوق. ^{[ 6 ]} تشمل مصادر المعلومات الأخرى الإنترنت، والمكتبات المحلية ، والوثائق الحكومية المتاحة، والمنظمات الشخصية، والمجلات التجارية ، وكتالوجات الموردين، والخبراء المتاحين . ^{[ 6 ]}

يُعدّ تحديد متطلبات التصميم وإجراء تحليلها ، والذي يُطلق عليه أحيانًا تعريف المشكلة (أو يُعتبر نشاطًا ذا صلة)، أحد أهم عناصر عملية التصميم ^{[ 7 ]} في بعض الصناعات، وغالبًا ما تُنفّذ هذه المهمة بالتزامن مع تحليل الجدوى. تتحكم متطلبات التصميم في تصميم المنتج أو العملية قيد التطوير، طوال عملية التصميم الهندسي. وتشمل هذه المتطلبات أمورًا أساسية كالوظائف والخصائص والمواصفات ، والتي تُحدد بعد تقييم احتياجات المستخدم. تتضمن بعض متطلبات التصميم معايير الأجهزة والبرامج، وسهولة الصيانة ، والتوافر ، وقابلية الاختبار . ^{[ 3 ]}

في بعض الحالات، تُجرى دراسة جدوى ، وبعدها تُوضع الجداول الزمنية وخطط الموارد والتقديرات للمرحلة التالية. تُعدّ دراسة الجدوى تقييمًا وتحليلًا لإمكانات المشروع المقترح لدعم عملية اتخاذ القرار ، حيث تُحدد وتحلل البدائل أو الطرق المتاحة لتحقيق النتيجة المرجوة. كما تُساعد دراسة الجدوى في تضييق نطاق المشروع لتحديد أفضل سيناريو. بعد ذلك، يُصدر تقرير الجدوى، ثم تُجرى مراجعة لاحقة.

يهدف تقييم الجدوى إلى تحديد إمكانية انتقال مشروع المهندس إلى مرحلة التصميم . ويستند ذلك إلى معيارين: أن يكون المشروع قائماً على فكرة قابلة للتنفيذ، وأن يكون ضمن حدود الميزانية المحددة . ومن المهم إشراك مهندسين ذوي خبرة وحُسن تقدير في هذا الجزء من دراسة الجدوى. ^{[ 3 ]}

تُعدّ دراسة المفهوم ( التصور ، التصميم المفاهيمي ) مرحلةً أساسيةً في تخطيط المشاريع، وتشمل توليد الأفكار ودراسة مزايا وعيوب تطبيقها. تهدف هذه المرحلة إلى تقليل احتمالية الخطأ، وإدارة التكاليف، وتقييم المخاطر ، وقياس مدى نجاح المشروع. على أي حال، بمجرد تحديد المشكلة الهندسية، لا بد من إيجاد حلول محتملة. يمكن التوصل إلى هذه الحلول من خلال عملية توليد الأفكار ، وهي العملية الذهنية التي يتم من خلالها توليد الأفكار. في الواقع، تُسمى هذه الخطوة غالبًا بتوليد الأفكار أو "إنشاء المفاهيم". وفيما يلي بعض التقنيات الشائعة الاستخدام: ^{[ 3 ]}

• الكلمة المحفزة - يتم ذكر كلمة أو عبارة مرتبطة بالموضوع المطروح، ويتم استحضار الكلمات والعبارات اللاحقة.
• التحليل المورفولوجي - تُدرج خصائص التصميم المستقلة في مخطط، ويُقترح لكل منها حلول هندسية مختلفة. عادةً ما يُرفق بالمخطط المورفولوجي رسم تخطيطي أولي وتقرير موجز.
• التوليفية – يتخيل المهندس نفسه مكان العنصر ويتساءل: "ماذا كنت سأفعل لو كنت النظام؟" قد يجد هذا الأسلوب غير التقليدي في التفكير حلاً للمشكلة المطروحة. الجانب الحيوي في مرحلة وضع التصور هو التوليف. التوليف هو عملية أخذ عناصر المفهوم وترتيبها بالشكل الأمثل. عملية التوليف الإبداعية حاضرة في كل تصميم.
• العصف الذهني – تتضمن هذه الطريقة الشائعة التفكير في أفكار مختلفة، عادةً كجزء من مجموعة صغيرة، واعتماد هذه الأفكار بشكل أو بآخر كحل للمشكلة.

ثم يجب أن تخضع الأفكار المختلفة التي تم توليدها لخطوة تقييم المفهوم ، والتي تستخدم أدوات مختلفة لمقارنة نقاط القوة والضعف النسبية للبدائل الممكنة.

يُعدّ التصميم الأولي، أو التصميم عالي المستوى (ويُسمى أيضًا التصميم الأساسي أو التصميم الهندسي الأولي)، حلقة وصل مهمة بين مرحلة وضع التصور الأولي والتصميم التفصيلي، لا سيما في الحالات التي لا يكون فيها مستوى التصور المُتحقق خلال مرحلة توليد الأفكار كافيًا لإجراء تقييم شامل. في هذه المرحلة، يتم تحديد التكوين العام للنظام، وقد تُوفّر المخططات والرسوم البيانية والتصميمات التخطيطية للمشروع تكوينًا أوليًا له. (يختلف هذا بشكل ملحوظ باختلاف المجال والصناعة والمنتج). خلال مرحلتي التصميم التفصيلي والتحسين، تتغير معايير الجزء الذي يتم إنشاؤه، لكن التصميم الأولي يركز على إنشاء الإطار العام الذي يُبنى عليه المشروع. ^{[ 3 ]}

يصف كل من إس. بلانشارد وج. فابريسكي ذلك على النحو التالي: "إنّ "ماذا" التي تُطلق عملية التصميم المفاهيمي تُنتج "كيف" من خلال جهد تقييم التصميم المفاهيمي المطبق على مفاهيم التصميم المفاهيمي القابلة للتنفيذ. بعد ذلك، تُؤخذ "كيف" في الاعتبار عند تصميم المرحلة الأولية من خلال تحديد المتطلبات. وهناك، تُصبح "ماذا" وتُوجّه تصميم المرحلة الأولية لمعالجة "كيف" على هذا المستوى الأدنى."

يلي مرحلة التصميم الهندسي الأولي ( FEED ) مرحلة التصميم التفصيلي (الهندسة التفصيلية)، والتي قد تشمل أيضاً شراء المواد. وتُفصّل هذه المرحلة كل جانب من جوانب المشروع/المنتج من خلال وصف كامل باستخدام النماذج ثلاثية الأبعاد والرسومات والمواصفات .

ساهمت برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) في رفع كفاءة مرحلة التصميم التفصيلي. فعلى سبيل المثال ، يمكن لبرنامج CAD تحسين حجم القطعة دون المساس بجودتها. كما يمكنه حساب الإجهاد والإزاحة باستخدام طريقة العناصر المحدودة لتحديد الإجهادات في جميع أنحاء القطعة. ^{[ 8 ]}

تتضمن عملية تخطيط الإنتاج وتصميم الأدوات تحديد كيفية إنتاج المنتج بكميات كبيرة والأدوات اللازمة في عملية التصنيع . تشمل المهام في هذه المرحلة اختيار المواد، واختيار عمليات الإنتاج، وتحديد تسلسل العمليات، واختيار الأدوات مثل القوالب، والتركيبات، وأدوات قطع المعادن، وأدوات تشكيل المعادن أو البلاستيك. كما تتضمن هذه المهمة إجراء اختبارات إضافية للنماذج الأولية لضمان استيفاء النسخة المنتجة بكميات كبيرة لمعايير اختبار التأهيل . ^{[ 3 ]}