Proces projektowania inżynierskiego

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

Jest to proces decyzyjny (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.

Typowe etapy procesu projektowania inżynierskiego

Ważne jest, aby zrozumieć, że istnieją różne ramy / artykulacje procesu projektowania inżynierskiego. Różne stosowane terminy mogą w różnym stopniu się pokrywać, co wpływa na to, jakie kroki zostaną określone wyraźnie lub uznane za „wysoki poziom” w porównaniu z podrzędnymi w danym modelu. Dotyczy to oczywiście w równym stopniu wszelkich podanych tutaj przykładowych kroków/sekwencji.

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

Badania

Różne etapy procesu projektowania (a nawet wcześniejsze) mogą wiązać się ze znaczną ilością czasu poświęconego na lokalizowanie informacji i badania . Należy wziąć pod uwagę istniejącą stosowną literaturę, problemy i sukcesy związane z istniejącymi rozwiązaniami, kosztami i potrzebami rynkowymi.

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

Wymagania projektowe

wymagań projektowych i przeprowadzanie analizy wymagań , czasami nazywane definiowaniem problemu (lub uważane za czynność pokrewną), jest jednym z najważniejszych elementów procesu projektowego, a zadanie to jest często wykonywane w tym samym czasie, co analiza wykonalności. Wymagania projektowe kontrolują projekt opracowywanego produktu lub procesu w całym procesie projektowania inżynierskiego. Obejmują one 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 to ocena i analiza potencjału proponowanego projektu do wsparcia procesu podejmowania decyzji . Przedstawia i analizuje alternatywy lub metody osiągnięcia pożądanego rezultatu. Studium wykonalności pomaga zawęzić zakres projektu w celu określenia najlepszego scenariusza. Generowany jest raport wykonalności, po którym przeprowadzana jest ocena wykonalności.

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

Generowanie koncepcji

Studium koncepcyjne ( konceptualizacja , projekt koncepcyjny ) jest często fazą planowania projektu, która obejmuje tworzenie pomysłów i uwzględnianie zalet i wad wdrażania tych pomysłów. Ten etap projektu ma na celu zminimalizowanie prawdopodobieństwa popełnienia błędu, zarządzanie kosztami, ocenę ryzyka i ocenę potencjalnego sukcesu zamierzonego projektu. W każdym przypadku po zdefiniowaniu zagadnienia lub problemu inżynierskiego należy zidentyfikować potencjalne rozwiązania. Rozwiązania te można znaleźć za pomocą ideacji , mentalnego procesu, w którym powstają idee. W rzeczywistości ten krok jest często określany mianem Ideation lub „Generowanie koncepcji”. Poniżej przedstawiono szeroko stosowane techniki:

słowo wyzwalające - wypowiadane jest słowo lub fraza związana z omawianym zagadnieniem, a następnie przywoływane są kolejne słowa i frazy.
analiza morfologiczna - niezależne cechy projektowe są zestawione na wykresie, a dla każdego rozwiązania proponowane są różne rozwiązania inżynierskie. Zwykle do wykresu morfologicznego dołącza się wstępny szkic i krótki raport.
synektyka – inżynier wyobraża sobie siebie jako przedmiot i pyta: „Co bym zrobił, gdybym był systemem?” Ta niekonwencjonalna metoda myślenia może znaleźć rozwiązanie problemu. Istotnym aspektem etapu konceptualizacji jest synteza. Synteza to proces przejmowania elementów koncepcji i układania ich we właściwy sposób. Proces twórczy syntezy obecny jest w każdym projekcie.
burza mózgów – ta popularna metoda polega na wymyślaniu różnych pomysłów, 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 porównania i zestawienia względnych mocnych i słabych stron możliwych alternatyw.

Projekt wstępny

Projekt wstępny lub projekt wysokiego poziomu obejmuje (zwany także projektem FEED lub podstawowym), często wypełnia lukę między koncepcją projektu a projektem szczegółowym, szczególnie w przypadkach, gdy poziom konceptualizacji osiągnięty podczas tworzenia pomysłów 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. (Różni się to w szczególności 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” inicjuje projekt koncepcyjny, tworząc „jak” z oceny projektu koncepcyjnego zastosowanej do wykonalnych koncepcji projektu koncepcyjnego. Następnie „jak” jest uwzględniane we wstępnym projekcie za pomocą przydzielonych wymagań. Tam stają się „co” i kierują wstępnym projektem, aby zająć się „jak” na tym niższym poziomie.

Szczegółowy projekt

również obejmować zakup materiałów. Na tym etapie szczegółowo opracowuje się każdy aspekt projektu/produktu poprzez pełny opis poprzez modelowanie bryłowe , rysunki oraz specyfikacje .

projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) sprawiły, że faza projektowania szczegółowego stała się bardziej wydajna. Na przykład program CAD może zapewnić optymalizację w celu zmniejszenia objętości bez obniżania jakości części. Może również obliczać naprężenia i przemieszczenia 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 masowo wytwarzać wyrób oraz jakich narzędzi należy użyć w procesie produkcyjnym . Zadania do wykonania w tym kroku obejmują wybór materiałów, wybór procesów produkcyjnych, określenie kolejności operacji oraz wybór narzędzi, takich jak przyrządy, uchwyty, narzędzia do cięcia metalu i formowania metalu lub tworzyw sztucznych. Zadanie to obejmuje również dodatkowe iteracje testowania prototypów, aby upewnić się, że wersja produkowana masowo spełnia testów kwalifikacyjnych .

Porównanie z metodą naukową

Inżynieria to sformułowanie problemu, 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 szczegółowe w poszukiwaniu wiedzy (w przypadku nauk „czystych” lub podstawowych) lub rozwiązania ( w przypadku nauk „stosowanych”, takich jak inżynieria). Kluczowa różnica między procesem inżynieryjnym a procesem naukowym polega na tym, że proces inżynieryjny koncentruje się na projektowaniu , kreatywności i innowacjach , podczas gdy proces naukowy kładzie nacisk na odkrywanie (obserwację) .

Studia

Metody są nauczane i rozwijane na uniwersytetach, w tym:

Projektowanie inżynierskie , Wydział Inżynierii Uniwersytetu w Bristolu
Dyson School of Design Engineering , Imperial College w Londynie
TU Delft, inżynieria wzornictwa przemysłowego.
University of Waterloo, inżynieria projektowania systemów

Zobacz też

Linki zewnętrzne

„Kryteria akredytacji programów inżynierskich, inżynierska komisja akredytacyjna” (PDF) . POMAGAĆ W PRZESTĘPSTWIE.
Ullman, David G. (2009) Proces projektowania mechanicznego, Mc Graw Hill, wydanie 4, ISBN 978-0072975741
Eggert, Rudolph J. (2010) Engineering Design, wydanie drugie, High Peak Press, Meridian, Idaho, ISBN 978-0131433588