Процесс инженерного проектирования - Engineering design process

В процесс инженерного проектирования представляет собой обычную серию шагов, которые инженеры используют при создании функциональных продуктов и процессов. Процесс очень итеративный - части процесса часто необходимо повторять много раз, прежде чем можно будет ввести другую - хотя повторяющиеся части и количество таких циклов в любом проекте могут различаться.

Это принимать решение процесс (часто итеративный), в котором фундаментальные науки, математика и инженерные науки применяются для оптимального преобразования ресурсов для достижения поставленной цели. Среди основных элементов процесс проектирования являются установление целей и критериев, синтез, анализ, построение, тестирование и оценка.[1]

Общие этапы процесса инженерного проектирования

Важно понимать, что существуют различные обрамления / формулировки процесса инженерного проектирования. Различная используемая терминология может иметь разную степень перекрытия, что влияет на то, какие шаги будут указаны явно или считаться «высокоуровневыми» по сравнению с подчиненными в любой данной модели. Это, конечно же, применимо к любым конкретным примерным шагам / последовательностям, приведенным здесь.

В одном из примеров процесса инженерного проектирования выделяются следующие этапы: исследование, концептуализация, оценка осуществимости, установление требований к конструкции, предварительный дизайн, рабочий проект, планирование производства и проектирование инструмента, а также производство.[2] Другие, отмечая, что «разные авторы (как в исследовательской литературе, так и в учебниках) определяют разные фазы процесса проектирования с различными действиями, происходящими внутри них», - предложили более упрощенные / обобщенные модели, такие как определение проблемы, концептуальный дизайн, предварительный проект, рабочий проект и проектная коммуникация.[3] Другое краткое изложение процесса из европейской литературы по инженерному дизайну включает: уточнение задачи, эскизный проект, воплощение проекта, рабочий проект.[4] (ПРИМЕЧАНИЕ: в этих примерах другие ключевые аспекты, такие как оценка концепции и прототипирование, являются подмножествами и / или расширениями одного или нескольких перечисленных шагов.)

Исследование

На различных этапах процесса проектирования (и даже раньше) может потребоваться значительное количество времени, затрачиваемого на поиск информации и исследование.[5] Следует учитывать существующую применимую литературу, проблемы и успехи, связанные с существующими решениями, затратами и потребностями рынка.[5]

Источник информации должен быть актуальным. Разобрать механизм с целью понять, как это работает может быть эффективным методом, если на рынке доступны другие решения.[5] Другие источники информации включают Интернет, местные библиотеки, доступные государственные документы, личные организации, торговые журналы, каталоги поставщиков и индивидуальные эксперты имеется в наличии.[5]

Требования к дизайну

Создание дизайна требования и проведение анализ требований, иногда называемый определение проблемы (или считается связанной деятельностью), является одним из наиболее важных элементов в процессе проектирования,[6] и эта задача часто выполняется одновременно с анализом осуществимости. Требования к дизайну определяют дизайн разрабатываемого продукта или процесса на протяжении всего процесса инженерного проектирования. К ним относятся такие базовые вещи, как функции, атрибуты и технические характеристики - определяется после оценки потребностей пользователей. Некоторые требования к конструкции включают параметры оборудования и программного обеспечения, ремонтопригодность, доступность, и проверяемость.[2]

Осуществимость

В некоторых случаях технико-экономическое обоснование выполняется, после чего разрабатываются графики, планы ресурсов и оценки для следующего этапа. Технико-экономическое обоснование - это оценка и анализ потенциала предлагаемого проекта для поддержки процесса принимать решение. В нем излагаются и анализируются альтернативы или методы достижения желаемого результата. Технико-экономическое обоснование помогает сузить масштаб проекта для определения наилучшего сценария. Составлен технико-экономический отчет, после которого выполняется пост-технико-экономическое обоснование.

Цель технико-экономического обоснования - определить, можно ли реализовать проект инженера в этап проектирования. Это основано на двух критериях: проект должен быть основан на достижимой идее, и он должен быть в пределах ограничения по стоимости. Для участия в этой части технико-экономического обоснования важно иметь инженеров с опытом и здравым смыслом.[2]

Создание концепции

Концептуальное исследование (концептуализация, концептуальный дизайн ) часто является этапом планирования проекта, который включает в себя создание идей и учет плюсов и минусов их реализации. Этот этап проекта делается для минимизации вероятности ошибки, управления затратами, оценивать риски, и оценить потенциальный успех предполагаемого проекта. В любом случае, как только инженерная проблема или проблема определена, необходимо определить потенциальные решения. Эти решения можно найти, используя идея, умственный процесс, посредством которого генерируются идеи. Фактически, этот шаг часто называют Идея или «Создание концепта». Ниже перечислены широко используемые техники:[2]

  • триггерное слово - произносится слово или фраза, связанные с рассматриваемой проблемой, и вызываются последующие слова и фразы.
  • морфологический анализ - независимые проектные характеристики приведены в таблице, и для каждого решения предлагаются разные инженерные решения. Обычно к морфологической карте прилагается предварительный набросок и краткий отчет.
  • синектика - инженер представляет себя предметом и спрашивает: «Что бы я делал, если бы был системой?» Этот нетрадиционный метод мышления может найти решение возникшей проблемы. Важнейшим аспектом этапа концептуализации является синтез. Синтез - это процесс взятия элементов концепции и их правильной организации. Творческий процесс синтеза присутствует в каждом дизайне.
  • мозговой штурм - этот популярный метод предполагает обдумывание разных идей, как правило, в составе небольшой группы, и принятие этих идей в той или иной форме в качестве решения проблемы.

Затем различные генерируемые идеи должны пройти оценка концепции step, который использует различные инструменты для сравнения и сопоставления относительных сильных и слабых сторон возможных альтернатив.

Предварительный проект

Эскизный проект, или проект высокого уровня, включает (также называемый ПОДАЧА или базовый дизайн), часто устраняет разрыв между концепцией проекта и детальным дизайном, особенно в тех случаях, когда уровень концептуализации, достигнутый во время разработки идеи, недостаточен для полной оценки. Итак, в этой задаче определяется общая конфигурация системы, и схемы, диаграммы, и макеты проекта может обеспечить раннюю конфигурацию проекта. (Это заметно варьируется в зависимости от области, отрасли и продукта.) Во время детального проектирования и оптимизации параметры создаваемой детали изменяются, но предварительный дизайн фокусируется на создании общей основы для построения проекта.[2]

С. Бланшар и Дж. Фабрики описывают это так: «То, что инициирует концептуальный дизайн, порождает« как »из усилий по оценке концептуального дизайна, применяемых к выполнимым концепциям концептуального дизайна. Затем «как» вводятся в предварительное проектирование с помощью установленных требований. Там они становятся «что» и направляют предварительный дизайн для решения «как» на этом более низком уровне ».

Детальный дизайн

После FEED следует этап детального проектирования (детального проектирования), который может состоять из приобретение материалов. На этом этапе каждый аспект проекта / продукта подробно описывается через твердотельное моделирование, рисунки а также технические характеристики.

Системы автоматизированного проектирования (CAD) программы сделали этап рабочего проектирования более эффективным. Например, программа CAD может предоставить оптимизация для уменьшения объема без ухудшения качества детали. Он также может рассчитать стресс и смещение с использованием метод конечных элементов для определения напряжений по всей детали. [7]

Планирование производства

В планирование производства а дизайн инструмента состоит из планирования того, как массовое производство продукт и какие инструменты следует использовать в производство процесс. Задачи, которые необходимо выполнить на этом этапе, включают выбор материалов, выбор производственных процессов, определение последовательности операций и выбор инструментов, таких как приспособления, приспособления, резка металла и инструменты для формования металла или пластика. Эта задача также предполагает дополнительные испытания прототипа итераций, чтобы гарантировать соответствие серийной версии квалификационное тестирование стандарты.[2]

Сравнение с научным методом

Инженерное дело формулирует проблему, которую можно решить с помощью дизайна. Наука формулирует вопрос, который можно решить путем исследования. Процесс инженерного проектирования имеет некоторое сходство с научный метод.[8][9][10] Оба процесса начинаются с имеющихся знаний и постепенно становятся более конкретными в поисках знание (в случае «чистой» или фундаментальной науки) или решение (в случае «прикладной» науки, например инженерии). Ключевое различие между инженерным процессом и научным процессом заключается в том, что инженерный процесс фокусируется на дизайн, креативность и инновации в то время как научный процесс подчеркивает Открытие (наблюдение).

Дипломные программы

Методы преподаются и разрабатываются в университетах, в том числе

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Критерии аккредитации инженерных программ на 2019-2020 годы». ABET. Получено 15 сентября 2019.
  2. ^ а б c d е ж Эртас, А. и Джонс, Дж. (1996). Процесс инженерного проектирования. 2-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, John Wiley & Sons, Inc.
  3. ^ Дым, К. И Литтл П. (2009). Инженерный дизайн. 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, John Wiley & Sons, Inc.
  4. ^ Пал, Г. и Бейтц, В. (1988). Инженерное проектирование: системный подход. Лондон, Великобритания, Совет по дизайну.
  5. ^ а б c d А. Эйде, Р. Дженисон, Л. Машоу, Л. Нортап. Инженерия: основы и решение проблем. Нью-Йорк: McGraw-Hill Companies Inc., 2002.
  6. ^ Ральф П. и Ванд Ю. Предложение по формальному определению концепции дизайна. In, Lyytinen, K., Loucopoulos, P., Милопулос, Дж., и Робинсон, У. (ред.), Разработка требований к дизайну: десятилетняя перспектива: Springer-Verlag, 2009, стр. 103-136.
  7. ^ Видас, П. (1997, 9 апреля). Введение в анализ методом конечных элементов. Извлекаются из «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2011-05-14. Получено 2010-11-23.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  8. ^ Браха, Дан; Маймон, Одед (1997). Процесс проектирования: свойства, парадигмы и структура. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part A: Systems and Humans, 27 (2), 146-166.
  9. ^ Браха, Дан; Маймон, Одед (1998). Математическая теория дизайна: основы, алгоритмы и приложения. Springer. Глава 2.
  10. ^ Дитер, Джордж; Шмидт, Линда (2007). Инженерный дизайн. Макгроу-Хилл. п. 9. ISBN  978-0-07-283703-2.