مقدمة في التصميم الهندسي | الوحدة الأولى | الدرس الأول
مقدمة في التصميم الهندسي هو عنوان الدرس الأول من الوحدة الأولى التي تحمل اسم “مبادئ التصميم الهندسي” من مقرر “التصميم الهندسي”.
سنتعرف في موضوع “مقدمة في التصميم الهندسي” على معنى التصميم الهندسي، ومراحله، والأدوار الوظيفية المختلفة فيه، بالإضافة إلى التعرُّف على التفكير التصميمي (Design Thinking)، واستراتيجياته.
لذا قم بقراءة نواتج التعلُّم، ثم أعد قراءها وتأكَّد من تحصيلها بعد انتهائك من دراسة الموضوع.
نواتج التعلُّم
- معرفة التصميم الهندسي.
- تحديد مراحل عملية التصميم الهندسي.
- تصنيف الأدوار الوظيفية في التصميم الهندسي.
- معرفة التفكير التصميمي واستراتيجياته.
هيا لنبدأ!
ما التصميم الهندسي؟ (What is Engineering Design?)
نتعرف في البداية على مفهوم عملية التصميم (Design Process)، وهو:
إن عملية التصميم هي نهج مُنظَّم لحل مشكلة، أو تطوير نظام أو مكوِّن أو عملية جديدة، وتتكون هذه العملية من سلسلة من الخطوات التي يتبعها المهندسون أو المصمِّمون لنقل المشروع من المفهوم الأوَّلي إلى التنفيذ النهائي.
ننتقل بعد ذلك للتعرُّف على مفهوم التصميم الهندسي..
يتضمن التصميم الهندسي إنشاء نظام أو مكوِّن أو عملية لتلبية احتياجات مُحدَّدة، فهو عملية تنطوي على التوظيف الإبداعي للمبادئ العلمية والتحليل الرياضي بهدف تصميم وتطوير وتحسين حلول تلبي الاحتياجات لمشكلة أو مُهِمَّة معينة مع أخذ القيود المُحدَّدة في هذا الإطار في الاعتبار.
غالبًا ما تتضمن عملية التصميم إنشاء نماذج أولية متكررة وإجراء اختبارات وعمليات تحسينية، كما تتضمن التعاون بين المهندسين والعلماء وأصحاب المصلحة، وتتناول هذه العملية أيضًا قيام المهندسين بالتعرُّف على مشكلة معينة، ومن خلال سلسلة من الخطوات والعمليات، يقومون بتطوير حل يُمكِن إنتاجه واختباره واستخدامه.
تُشير مراحل التصميم الهندسي إلى الخطوات التدريجية المتتالية التي يتبعها مهندسو العمليات عند تطوير نظام أو مُكوِّن أو عملية جديدة.
ولكن، لاحظ أن..
قد تختلف المراحل المُحدَّدة لعملية التصميم اعتمادًا على المشروع والضبط الهندسي المطلوب، ولكن العديد من عمليات التصميم الهندسي تتضمن المراحل التالية:
مراحل عملية التصميم الهندسي (Stages of the Engineering Design Process)
- تعريف المشكلة
تحديد وتعريف المشكلة أو الحاجة التي سيعالجها التصميم بشكل واضح.
- البحث والتحليل
البحث وجمع المعلومات والبيانات حول المشكلة، بما في ذلك الحلول والقيود الموجودة.
- تكوين المفهوم
العصف الذهني، واستكشاف الحلول والمفاهيم والأفكار المُتعدِّدة والمحتمَلة للتصميم.
- اختيار المفهوم
تقييم أفضل مفهوم، واختياره بناءً على معايير الجدوى والتكلفة والأداء.
- تطوير التصميم
تطوير المواصفات والخطط التفصيلية للفكرة المُحدَّدة، بما في ذلك المُخطَّطات والنماذج ثنائية وثلاثية الأبعاد.
- النمذجة الأولية
بناء نماذج واقعية أو افتراضية للتصميم، وتصنيعها.
- التقييم والاختبار
تقييم النموذج الأولي بناءً على متطلبات التصميم والمعايير والقيود، واختبار وظائفه وأدائه.
- تحسين التصميم
إجراء تحسينات وتعديلات على التصميم؛ بناءً على اختبار النتائج وتقييمها.
- التنفيذ
إنتاج التصميم النهائي، وتنفيذ ما يتطلبه من تصنيع، وتركيب، وتدريب.
- العرض والصيانة
مراقبة التصميم، وصيانته بصورة دورية، وتقييم أدائه.
معلومة
تجدر الإشارة إلى أن عملية التصميم غالبًا ما تكون تكرارية، حيث يرجع المهندسون إلى المراحل السابقة لإجراء التغييرات والتعديلات حسب الحاجة؛ مما يؤدي إلى إنشاء تصميم أفضل وأكثر قوة.
يُمكِنك التعرُّف على المزيد من المعلومات عن التصميمي الهندسي من خلال الرابط التالي..
الأدوار الوظيفية في التصميم الهندسي (Job Roles in Engineering Design)
تختلف الأدوار الوظيفية في التصميم الهندسي حسب المجال المُحدَّد والمراحل المختلفة في عملية التصميم، وتشمل بعض الأدوار الوظيفية الشائعة ما يلي..
- مهندس تصميم
هو المسؤول عن إنشاء تصاميم ومُنتَجات وأنظمة جديدة، وتطويرها، حيث يستخدِم المعرفة والمبادئ الهندسية؛ لإنشاء تصاميم جديدة فعَّالة وعملية وآمنة.
- مهندس مشروع
هو المسؤول عن إدارة تصميم مشروع مُعيَّن، وتطويره، حيث يعمل مع المصمِّمين والمهندسين الآخرين؛ لضمان اكتمال المشروع في وقته المُحدَّد، وضمن حدود الميزانية والمواصفات المطلوبة.
- مهندس نُظُم
هو المسؤول عن التصميم الشامل للأنظمة المُعقَّدة وتكاملها، حيث يعمل مع المهندسين والمُصمِّمين الآخرين؛ للتأكُّد من عمل جميع المُكوِّنات والأنظمة الفرعية معًا بفعالية وكفاءة.
- مهندس باحث
هو المسؤول عن إجراء البحث والتطوير؛ لتحسين المُنتَجات والأنظمة الحالية، أو تطوير مُنتَجات وأنظمة جديدة، كما يُعدُّ مسؤولًا عن جمع البيانات وتحليلها واختبار التصاميم الجديدة وتطوير تقنيات جديدة.
- مهندس تصنيع
هو المسؤول عن تصميم عمليات التصنيع الجديدة، والأجهزة والأدوات وتطويرها، حيث يشمل عمله ضمان أن عملية الإنتاج تتسم بالكفاءة والفعالية من حيث التكلفة، كذلك أن بإمكانها إنتاج مُنتَجات عالية الجودة.
- مهندس جودة
يضمن مهندس الجودة أن التصميم يُلبِّي معايير الجودة والمواصفات، ويعمل مع المهندسين والمُصمِّمين الآخرين على تحديد المشكلات، وحلَّها وتنفيذ ضوابط الجودة في عملية التصميم.
- مهندس التصميم بمساعدة الحاسب
يقوم مهندس التصميم بمساعدة الحاسب (Computer-Aided Design – CAD) بإنشاء وصيانة المُخطَّطات الفنية التفصيلية للتصميم، والنماذج ثنائية وثلاثية الأبعاد، والمواصفات الخاصة بالتصميم، باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسب (CAD)، كما يتعاون مهندس التصميم بمساعدة الحاسب مع مهندسي التصميم والمشاريع لإنشاء المُخطَّطات والنماذج الفنية، وتحديثها.
- مهندس الاختبار والتقييم
يُعدُّ مهندس الاختبار والتقييم مسؤولًا عن اختبار التصميم وتقييمه؛ للتأكُّد من تلبيته لمعايير الأداء والسلامة والموثوقية المطلوبة، حيث يُجري مهندس الاختبار التحليلات والاختبارات على التصميم، ويُقدِّم التغذية الراجعة إلى فريق التصميم لإجراء أي تحسينات ضرورية.
لاحظ أن
تتضمن عملية التصميم الهندسي العديد من الأدوار الوظيفية الأخرى إلى جانب الأدوار المذكورة سابقًا، ويُمكِن أن تختلف الأدوار والمسؤوليات الدقيقة حسب نطاق المشروع والمؤسسة.
التفكير التصميمي (Design Thinking)
ما هو التفكير التصميمي؟
هو نهج يُستخدَم لحل مشكلات التصميم الهندسي؛ لتلبية حاجات المُستخدِم وبناء النماذج الأولية السريعة، ويُعدُّ التفكير التصميمي بمثابة عملية تصميم تتمحور حول المُستخدِم، كما تُساعد في إنشاء حلول مبتكرة وفعالة من خلال فَهم احتياجات المُستخدِمين ورغباتهم والقيود المحيطة بالاستخدام، وتتضمن عملية التفكير التصميمي عادةً المراحل التالية..
- الفهم
فهم احتياجات المُستخدِم ورغباته والقيود المحيطة به من خلال البحث والملاحظة والمقاَبلات.
- التعريف
تحديد المشكلة عن طريق تكوين معلومات؛ مما تم جمعه خلال مرحلة الفهم، ثم تحديد المشكلة بدقة بناءً على النتائج المرجوة واحتياجات المُستخدِم.
- التفكير
توليد مجموعة واسعة من الأفكار للبحث عن الحلول من خلال العصف الذهني ورسم الخرائط الذهنية وغيرها من التقنيات.
- النموذج الأولي
إنشاء نماذج واقعية أو افتراضية للأفكار المتولِّدة في مرحلة التفكير.
- الاختبار
اختبار النماذج الأولية مع المُستخدِمين، وجمع التعليقات؛ لتحسين التصميم بشكل متكرِّر.
التفكير التصميمي عملية مرنة وقابلة للتكييف، تسمح بالتكرار والتحسين في أي مرحلة من مراحل عملية التصميم، مع إمكانية عمل التجارب والتكرار وتصميم النماذج الأولية السريعة؛ مما يسمح لفرق العمل باختبار الافتراضات والتحقُّق منها، وجمع التغذية الراجعة، وإجراء التعديلات اللازمة.
إن التفكير التصميمي عملية تعاونية تتضمن فريقًا مُتعدِّد التخصصات من المُصمِّمين والمهندسين والباحثين وأصحاب المصلحة الذين يعملون معًا لإنشاء حلول تُلبِّي احتياجات المُستخدِمين.
يُستخدَم التفكير التصميمي على نطاق واسع في عمليات التصميم الهندسي؛ مما يساعد فِرق العمل على إنشاء حلول مبتكرة مرتكزة على المُستخدِم؛ لتلبية احتياجات المُستخدِمين وتشجيع الإبداع والتجريب.
استراتيجيات التصميم (Design Strategies)
اعتمادًا على مُتطلّبات واحتياجات كل مشروع، يُمكِن اتِّباع استراتيجيات تصميم مختلفة عند تطوير حل التصميم الهندسي، حيث تتبع كل استراتيجية تصميم عملية مُحدَّدة.
نستعرض فيما يلي أهم استراتيجيات التصميم..
- التصميم الخطِّي (Linear Design)
عملية التصميم الخطي هي نهج مُتدِّرج يتضمن التنقُّل عبر سلسلة من المراحل بطريقة خطية أحادية الاتجاه، مع تكرار محدود أو دون وجود التكرار.
يُستخدَم هذا النهج في المشاريع التي تكون فيها المشكلة مُحدَّدة والحل متاح وفق مُتطلّبات ثابتة، ومن الأمثلة على ذلك، عملية تصميم الجسور، حيث يجب إكمال كل مرحلة من مراحل العملية الخطِّية قبل الانتقال إلى المرحلة التالية، دون وجود فرص حقيقية للتكرار أو لإجراء تغييرات على التصميم بمجرد بدء الإنشاء.
تُعدُّ عملية التصميم الخطِّي أقل مرونة من عمليات التصميم الحديثة، مثل: التصميم الرشيق، والتصميم المرتكز حول المُستخدِم، والتفكير التصميمي والتي تتيح التكرارية وتسمح بالاختبار والتغذية الراجعة بشكل مُتكرِّر.
- التصميم التكراري (Iterative Design)
يُعدُّ التصميم التكراري بمثابة عملية صقل وتحسين مستمرة، حيث يتم تكرار الخطوات للحصول على تصميم أفضل، كما يُسمَح في هذا النوع بالتغذية الراجعة والتكرار في كل خطوة وِفق عملية دورية بطبيعتها.
ومن الأمثلة على التصميم التكراري، تصميم طائرة دون طيار، حيث يتم تكرار كل خطوة بدءًا من تحديد المشكلة إلى النماذج الأولية والاختبار، وذلك حتى تصبح الطائرة دون طيار جاهزة للتسويق، مع الاستعانة بالتغذية الراجعة من المُستخدِمين؛ لتحسين تصميمها بشكلٍ مستمر.
يُعدُّ التصميم التكراري أكثر مرونة من التصميم الخطِّي، حيث يُتيح جمع التغذية الراجعة والقيام بتغييرات متكررة، ويُستخدَم بشكل شائع في التطوير الرشيق (Agile Development) والتصميم المرتكز على المُستخدِم، والتفكير التصميمي.
- التصميم الشامل (Inclusive Design)
التصميم الشامل هو نهج يأخُذ بالاعتبار احتياجات جميع المُستخدِمين بغضّ النظر عن قدراتهم أو أعمارهم أو أجناسهم أو ثقافتهم أو وضعهم الاجتماعي والاقتصادي، ويَهدُف هذا النوع من التصميم إلى إنشاء حلول مرنة وقابلة للتكيُّف مع معطيات مختلفة مثل: إمكانية الوصول، وسهولة الاستخدام، وشمولية التصميم.
ومن أمثلة التصميم الشامل: تطوير جهاز حاسب يتمتع بتصميم مريح ويُمكِن استخدامه بشكلٍ مناسب من قِبل الأشخاص ذوي الاحتياجات الخاصة وكبار السن والأطفال، ويتضمن تصميم هذا الحاسب إيجاد ميزات، مثل: قابلية تعديل الارتفاع، واستخدام بنط كبير للكتابة، وإمكانية تحويل النص إلى كلام منطوق لتسهيل تفاعل المُستخدِمين ذوي الاحتياجات المختلفة مع الحاسب.
يُشارِك في التصميم الشامل العديد من المُستخدِمين وأصحاب المصلحة ضمن عملية تصميم تكرارية محورها المُستخدِم أو الإنسان؛ مما يُعزِّز الاندماج الاجتماعي، ويُنشئُ حلولًا يُمكِن الوصول إليها من قِبل المُستخدِمين ذوي القدرات أو الخلفيات المتنوعة.
- التصميم المرتكز على المُستخدِم (User-Centered Design)
يتضمن التصميم المرتكز على المُستخدِم (User-Centered Design – UCD) فهم احتياجات المُستخدِم ومعالجتها من خلال الفَهم والبحث والتصميم التكراري، وتبدأ عملية التصميم المرتكز على المُستخدِم بجمع البيانات حول احتياجات المُستخدِم؛ لتوظيفها في عملية التصميم التي تشمل فهم شخصيات المُستخدِمين، وسلوكهم، ثم اختبار مفاهيم التصميم معهم، واستخدام التغذية الراجعة؛ لتحسين التصميم بشكل متكرِّر.
- التصميم المُستدام (Sustainable Design)
التصميم المُستدام هو نهج تكراري مُتعدِّد المجالات يهدف إلى إنشاء حلول صديقة للبيئة وعالية الكفاءة في استخدام الموارد، ويتضمن هذا التصميم عملية تقييم الأثر البيئي للتصميم، والبحث عن فرص الاستخدام الفعَّال للموارد، وفحص دورة حياة التصميم بدءًا من مصادر الموارد المُستخدَمة إلى التخلُّص منها في نهاية عمرها الافتراضي.
يُعدُّ تطوير مصباح يدوي يعمل بالطاقة الشمسية من أمثلة التصميم المُستدام لمُنتَج مادي، وذلك باعتباره يستخدِم إحدى مصادر الطاقة المُتجدِّدة التي تُساهِم في الحدّ من النفايات والتلوث، وتُعزِّز استخدام الموارد بكفاءة.
- التصميم المريح (Ergonomic Design)
يُركِّز التصميم المريح على إنشاء مُنتَجات وبيئات مُحسَّنة تهدف لراحة المُستخدِمين وسلامتهم وزيادة كفاءتهم، وتتضمن عملية التصميم المريح تقييم المتطلّبات المادية والمعرفية للمهام وللمستخدِمين، وتحديد فرص التحسين، ودمج الميزات القابلة للتعديل والتخصيص.
تُعدُّ فأرة جهاز الحاسب مثالًا على التصميم الناجح المُرتكز على المُستخدِم، حيث تم تطويرها لاستبدال أوامر لوحة المفاتيح الأقل كفاءة، وتم تصميمها وِفق حركة اليد الطبيعية للمُستخدِم من أجل سهولة الاستخدام.
يُمكِنك مراجعة محتوى موضوع “مقدمة في التصميم الهندسي” بالكامل من خلال الرابط التالي:
إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “مقدمة في التصميم الهندسي“، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!