مقدمه
ازتحليل منطقي علم, به وضوح مي توان چنين استنتاج نمود كه بخشي از كار علم تئوريك است (تفسير) و بخش ديگر , جنبه هاي عملي آن كه عبارتست از پيش بيني و كاربرد تكنيكي. پوپر(k.popper) در كتاب دانش عيني و در مقاله معروف كشكول و فانوس the Bucket and the searchlight)) دو نظريه پيرامون معرفت را طرح مي نمايد و بيان مي دارد كه اين دو هدف به اعتباري دو جنبه مختلف از يك فعاليت واحدند. تفسير, به عبارتي بيان نامعلوم است بر حسب معلوم. طي تكامل تاريخ علم, با روش هاي گوناگون تفسير, روبرو هستيم كه غالباً متضمن نوعي قياس منطقي هستند. قياسي كه نتيجه اش, حادثهء مورد تفسير(Explicandum) است و مقدماتش نيز از قوانين نظام طبيعت بعلاوه شرايط خاص تفسير كننده (initial conditions) تشكيل شده است. در اينجا نيز استنتاج از يك تك مقدمه مبهم است و مفسرها Explicans)) مشتمل بر دو قسم اند. هر تفسيري كه تنها محدود به قضاياي مخصوصه باشد ناقص است و وجود يك قانون كلي در كنار آن ضروريست.
اما كار علم به تفسيرهاي صرفاً تئوريك محدود نمي شود و جنبه هاي عملي نظير طراحي را نيز در بر مي گيرد. ناگفته نماند كه جنبه هاي غير تئوريك علم كه عبارتند از _استنتاج پيش بيني_ و _كاربرد تكنيكي_ نيز اساساً بر پايه همان طرح منطقي قرار دارند كه در تفسير علمي با آن مواجه بوديم. با اين تفاوت كه توالي منطقي براي استنتاج پيش بيني دقيقاً در جهت عكس تفسير مي باشد. در يك تفسير علمي نتيجه بر ما معلوم است و آنچه اهميت دارد جستجوي تفسير كننده اي مقنع و رضايت بخش است. در حاليكه استنتاج پيش بيني در جهت مخالف سير مي كند. در استنتاج پيش بيني تئوري ها و قوانين علمي بر ما معلومند و قضاياي مخصوصه نيز يا با مشاهده تعيين مي گردند ( يا معلوم فرض ميشوند). آنچه كه براي يافتن باقي مي ماند پيامدهاي منطقي است. در اين طرح منطقي پيش بيني P جايگزين نتيجه E در تفسير مي گردد به اضافه اينكه جهت طرح نيز دقيقاً عكس تفسير است.
وجه ديگر علم عبارتست از كاربرد تكنيكي كه طرح منطقي آن نيزدر جهت مخالف تفسير مي باشد. ( ...ساختن يك پل را در نظر بگيريد كه بايد با برخي نيازهاي عملي كه در فهرستي از مشخصات طرح مقرر شده اند وفق دهد. آنچه كه بما داده شده است مشخصات طرح S مي باشد كه وضعيتي مطلوب (پلي كه بايد ساخته شود) را تشريح مي كند. (S مشخصات طرح مورد خواست مشتري است كه الزاماً با مشخصات فني مهندس يكسان نيست) بعلاوه تئوري هاي فيزيكي مربوطه شامل برخي متد هاي تجربي نيز داده مي شوند. آنچه كه لازم است مكشوف گردد برخي قضاياي مخصوصه هستند كه بايد به لحاظ تكنيكي محقق شوند و بصورتي هستند كه مشخصات طرح و نيز تئوري را مي توان از آنها استنتاج نمود. لذا در اين حالت در طرح منطقي ما S جايگزين E مي شود. منظور از اين تحليل آن نيست كه كار مهندس فني فقط به كار زدن تئوري هايي است كه توسط دانشمندان علم نظري تدارك شده اند. به عكس مهندس و مهندس فني پيوسته با مسائل حل نشده مواجه است. اين مسائل در درجات مختلفي از تجربه قرار ميگيرند اما معمولاً طبيعتي تقريباً تئوريك دارند و در تلاش براي حل آنها مهندس فني همچون هر كس ديگر از متد تخمين يا آزمايش و امتحان و ابطال و يا حذف خطا بهره مي گيرد...) ] براي مطالعه بيشتر در اين زمينه رجوع كنيد به كتاب برخورد علمي, J.T. Davies, The scientific Approach [
1.1 ماهيت مسائل طراحي
مسائل مهندسي اساساً متفاوت از علوم محض مي باشند . اساس مهندسي نظير تحليل خطاها ، مديريت پيكربندي ، برآورد ريسك و استفاده مجدد براي توسعه راه حلي امكان پذير و مقرون به صرفه از نظر اقتصادي و زماني به جهت حل مسائل و مشكلات جهان واقع مي باشد. يك دانشمند در اكثر موارد يك مهندس نيست ؛ ولي يك مهندس بايد پايه اي قوي در علوم محض داشته باشد. مفهوم طراحي , به عنوان جنبه تكنيكي و كاربردي علوم , تعاريف گسترده اي را بر مي تابد. در اصولي ترين تعبير, طراحي , فرمولبندي نقشه اي براي ارضاي يك نياز بشري است. (... مسائل طراحي بر خلاف مسائل علمي يا رياضي جواب منحصر به فرد ندارند. درخواست جواب صحيح براي يك مساله طراحي درخواستي بي معني است. چون چنين جوابي وجود ندارد. در حقيقت جواب "خوب" امروز ممكن است براي فردا جوابي "ضعيف" باشد. البته در صورتي كه علم در اين فاصله پيشرفت كرده باشد و تغييرات ديگر ساختاري يا اجتماعي به وقوع پيوسته باشد...). طراحي هميشه در معرض قيدهاي مشخص مسئله است. يك مسئله طراحي به هيچ وجه مسئله اي فرضي نيست. آفرينش نتيجه نهايي به وسيله انجام اعمالي مشخص و يا خلق چيزي كه واقعيت فيزيكي دارد. در مهندسي كلمه "طراحي" از نظر اشخاص مختلف معاني مختلفي دارد. در مهندسي مكانيك طراحي به معناي طرح اشياء و سيستمهايي با ماهيت مكانيكي نظير (ماشينها, فراورده ها, سازه ها وسايل و ابزار) است. كه براي طراحي غالب اين قسمتها از رياضيات, علم مواد و علم مهندسي مكانيك بهره مي گيرند. در بعضي رشته هاي مهندسي كلمه طراحي با عبارتهاي ديگري نظير "مهندسي سيستمها" يا "نظريه تصميم گيري كاربردي" جايگزين شده است. اگرچه كه بكارگيري لفظ "كاربردي" به دنبال اصطلاح طراحي از اساس, زايد و بيهوده به نظر مي رسد. چراكه طراحي, مفهومي است كه في نفسه بر جنبه عملي و ما به ازاء خارجي و به تبع آن جنبه هاي كاربردي علوم متمركز شده است. اما صرف نظر از اينكه چه كلماتي در بيان عمل طراحي به كار مي رود, اين موضوع فرايندي است كه در آن اصول علمي و ابزار مهندسي _رياضي, كامپيوتر, نقشه كشي و ..._ به كار گرفته مي شود تا طرحي توليد شود كه در صورت اجرا يكي از نيازهاي بشري را برطرف كند. در مجموع فرايند طراحي مدلي منطقي را شامل مي شود كه از اغلب با تشخيص يك نياز و تصميم گيري درباره آن آغاز مي شود. پس از تكرار بسيار با عرضه نقشه هايي براي رفع نياز پايان مي پذيرد.
شكل 1.1.1
طراحي به واقع ابتكار خلاقانه اي است كه در پي يك نياز و براي بهبود وضع موجود پديد مي آيد. تشخيص نياز و تبيين آن غالباً به تبع بروز يك نارضايتي مبهم يا درك نادرست چيزي جلوه مي كند. اغلب, نياز به هيچ وجه واضح نيست و تشخيص آن معلول شرايط نامناسبي است كه تقريباً بطور همزمان ظاهر ميشوند.
پروسه طراحي اغلب مشتمل بر مراحل زير مي باشد:
_ تشخيص نياز
_ تعريف مساله
_ تركيب كردن
_ تحليل و بهينه سازي
_ ارزيابي
_ عرضه
شكل 1.1.2
گام بعدي در طراحي پس از طي مراحل مقدماتي (تشخيص نياز و تعريف مسئله و نيز بدست آوردن مجموعه اطلاعات و خصوصيات ضمني), تركيب كردن راه حل بهينه است. (...تركيب بدون تحليل و بهينه سازي انجام پذير نيست. زيرا سيستم مورد نظر بايد تحليل شود تا معلوم گردد كه آيا كارايي آن با خصوصيات سازگاري دارد يا نه؟ نتيجه تحليل ممكن است آشكار كننده اين واقعيت باشد كه سيستم , سيستم بهينه اي نيست. اگر طرح در يك يا هردوي اين آزمايشها مردود شود عمل تركيب بايد دوباره آغاز شود... طراحي فرايندي تكراري است كه در آن چنديد مرحله را طي مي كنيم. نتايج ارزيابي مي شوند و سپس به مراحل اوليه عمل بر مي گرديم.
شكل 1.1.3
اين امكان وجود دارد كه چندين قطعه يك سيستم تركيب شوند سپس مورد تحليل و بهينه سازي قرار گيرند آنگاه با بازگشت به مرحله تركيب در مي يابيم اين تركيب چه اثري بر ساير اجزاي سيستم گذاشته است. هم در تحليل و هم در بهينه سازي بايد مدلهاي از سيستم ساخته شود كه بتوان راجع به آن نوعي تحليل رياضي به كار برد. هدف از ايجاد مدلهاي رياضي اين است كه مدلي را كه به خوبي مشابه سيستم فيزيكي حقيقي است بيابيم. در يك محيط دانشگاهي توسل به روشهاي رياضي در مسائل طراحي اجتناب ناپذير است. (...براي داشتن تصويري صحيح از موضوع بايستي به اين مطلب توجه شود كه در بسياري از موارد طراحي ملاحظات مهم طرح به گونه اي هستند كه به هيچ وجه به محاسبه و يا تجربه براي تعريف جزء يا سيستم نيازي نيست...هرگز اينگونه نيست كه تصميم گيري در مورد هر طرحي لزوماً با توسل به شيوه هاي رياضي ممكن شود.) در مرحله نهايي طراحي, يعني ارزيابي و عرضه سيستم اين سوال را طرح مي نمايم كه آيا طرح پاسخگوي نياز خواهد بود يا خير. آيا سيستم قابل اعتمادي طراحي كرده ايم؟ آيا توان رقابت با مدلهاي مشابه را دارد؟ آيا به لحاظ ساخت و مصرف توجيه اقتصادي دارد؟ آيا تعمير و نگهداري آن به سهولت ميسر است؟ آيا از فروش يا كاربرد آن سودي حاصل مي شود؟ ارزيابي , آزمون نهايي يك طرح موفق است و غالباً مستلزم آزمايش مدلي از طرح در آزمايشگاه (Prototyping) است.
2.1 ملاحظات طراحي
"ملاحظات طراحي" ويژگيهايي است كه بر طراحي اجزاء و يا كل سيستم اثر مي گذارند. عمده اين ملاحظات كه عموماً در طراحي سيستم ها و سازه ها ي مهندسي لحاظ مي شوند استحكام , قابليت اعتماد, صرفه اقتصادي, ايمني, سهولت تعمير و نگهداري و قابليت رقابت در بازار است . يكي از اين ملاحظات ضريب ايمني مي باشد كه ميزان ايمني يك عضو را ارزيابي مي كند. F عاملي است كه بر جزء مكانيكي ﺘﺄثير مي گذارد و مي تواند نيرو لنگر پيچشي لنگر خمشي تغيير شكل خمشي و ... باشد. اگر F افزايش يابد سرانجام به مقداري مي رسد كه هر افزايشي در آن سبب آسيب رسيدن دائمي به توانايي عملكرد صحيح آن عضو سيستم مي شود. ضريب ايمني در مهندسي به صورت زير تعريف مي گردد:
زماني كه F برابر Fu شود, 1 n = و اساساً ايمني وجود ندارد. در نتيجه حاشيه ايمني با معادله 1- m ═ n تعريف مي گردد. جمله Fu جمله اي كاملاً عمومي براي هر نوع استحكام و كميتي است كه به طور آماري تغيير مي كند. علاوه بر اين جمله F نيز به نوبه خود تغييرات آماري دارد. (... به اين دليل ضريب ايمني n >1 مانع گسيختگي نمي شود. بخاطر ارتباط متقابل بين درجه مخاطره و n بعضي از صاحبنظران ترجيح مي دهند بجاي ايمني ضريب طراحي را به كار ببرند. بيشترين كاربرد ضريب ايمني هنگامي است كه تنش را با استحكام مقايسه مي كنيم تا ميزان ايمني را تخمين بزنيم...). بنابراين از ضريب ايمني براي محاسبه ترديدهاي ناشي ازاستحكام قطعه (كه ممكن است به دلايل شكل هندسي قطعه و گوناگوني فنون پردازش سردكاري و گرم كاري تغيير يابد) و بارگذاري روي آن (كه سازنده و طراح هيچ كنترلي بر روي آن ندارد) به كار مي رود. از جمله ديگر ملاحظات طراحي كه به نسبت ازاهميت بيشتري برخوردارند مي توان به صرفه اقتصادي, در دسترس بودن , زيبايي و قابليت اعتماد قطعه يا سازه اشاره نمود. سنجش آماري احتمال عدم گسيختگي يك قطعه مكانيكي حين كار, قابليت اعتماد آن قطعه ناميده مي شود. قابليت اعتماد R را با عددي در گسترهء 1 ≤ R<0 سنجيد. قابليت اعتماد R= 0.9 بيانگر آن است كه به احتمال % 90 قطعه وظيفه خود را بدون گسيختگي انجام خواهد داد. قابليت اعتماد R = 1 را نمي توان بدست آورد و اين مقدار براي R چنين معني مي دهد كه گسيختگي مطلقاً ناممكن است. ] طراحي اجزاء در مهندسي مكانيك/جوزف ادوارد شيگلي[ . هواپيمايي را در نظر بگيريد كه از صدها قسمت جزئي تشكيل شده است و بديهي است چنانچه حتي يك قسمت بسيار جزئي آن بطور ناقص ساخته يا نصب شود ماحصل كار مصيبت بار خواهد بود. گزارش نهايي سازمان هواپيمايي كشوري ايالات متحده امريكا FAA درباره بسياري از نواقص و معايب ساختماني يا مكانيكي حاكي از آن است كه خرابي هاي مزبور در نتيجه يك يا چند ترسيم ناقص و يا نصب ناقص و ناشيانه قطعات ايجاد شده اند. (...طراح مبتكري كه هواپيماي عملياتي طراحي كرده به گونه اي موفق كليه الزامات طراحي را مد نظر قرار مي دهد تا هواپيمايش بتواند سرعتهاي زياد و عمليات شديد را تحمل كند. مطلب مزبور به هيچ عنوان نمي بايست طراحان هواپيماي تفريحي سبك و فوق سبك را به اين گفتار رهنمون سازد كه "من هواپيماي خود را تنها براي پرواز در شرايط آب و هواي خوب و پرواز با ديد كامل VFR طرح و خواهم ساخت. زيرا هواپيماي من نمي تواند بارهاي تنشي را مانند يك هواپيمياي عملياتي طراحي كند." دليل فوق كاذب است هر وسيله اي دير يا زود در معرض برخي سوء استفاده هاي غير مترقبه و در اين مثال نظير مسير پرواز بد آب و هوا عمليات شديد در حين پرواز به منظور اجتناب از برخورد با موانع شرايط طوفاني و ... قرار ميگيرد. عادي ترين نقص يك طرح ضعيف طراحي ناشيانه آن است كه در نتيجه دانش و تجربه اندك طراح يا سازنده به وجود مي آيد...) ]راهنماي طراحي جزئيات هواپيما/م.دزيك[ . در سازه هاي مهندسي اندازه هاي فيزيكي تمام اجزاي باربر سازه ها بايد معين و تعريف شوند. اين اجزاء بايد طوري طراحي شوند كه بتوانند در مقابل نيروهاي واقعي و يا احتمالي كه ممكن است بر آنها ﺘﺄثير نمايد مقاومت كنند. ] مقاومت مصالح ايگور پوپوف/ شاپور طاحوني [ . حتي اگر سازه اي به لحاظ مسائل فني بي نقص طراحي شده باشد نبايد در ظاهر, غير ايمن و غير مستحكم جلوه كند و موجب پريشاني استفاده كنندگان گردد. در نهايت آنچه كه سبب مي شود طراحي و متدهاي آن را يك مدل ذهني منطبق بر منطق بدانيم آن است كه محصول نهايي اين پروسه, قطعه يا سازه اي خواهد بود كه به نوعي همه ملاحظات طراحي و يا دست كم بخشهايي از آنرا كه از اهميت بيشتري برخوردارند ارضا مي كند. شرح جزئيات ملاحظاتي را كه در مسائل طراحي مد نظر قرار مي گيرند بايد در تئوريهاي مهندسي ارزش جستجو نمود. (...مهندسي ارزش يك كوشش سازمان يافته براي تحليل عملكرد سيستم ها ، تجهيزات ، خدمات وموسسات به منظور رسيدن به عملكرد واقعي با كمترين هزينه در طول عمر پروژه است كهسازگار با كيفيت و ايمني مورد نظر است. مهندسي ارزش از جمله تكنيك هاي مطرح و موفقدر زمينه تخصيص بهينه بودجه و صرفه جويي در هزينه طرح ها در طول عمر پروژه مي باشد . يك تكنيك بسيار كارا و مهم براي مصرف بهينه بودجه تخصيص يافته. اين روش در واقع تكنيكي براي افزايش ارزش يك پروژه ، ارضاي نياز مصرف كننده باحداقل هزينه و نيز اجراي پروژه در كوتاه ترين زمان ممكن و با حفظ كيفيت و مطلوبيتمورد نظر است . هدف اصلي بهينه سازي ارزش يك پروژه در مرحله طراحي از طريق راهكارهاي عملي و انتخاب بهترين راه حل براي رسيدن به اهداف پروژه با حداقل هزينه درطول عمر پروژه است.مهندسي ارزش صرفاً مهندسي خوب، و يا يك برنامه پيشنهادي يابرنامه كاري تكراري و روزمره نيست ،بلكه يك رويكرد مستقل و هدفمند براي برخورد باپروژه هاست . از اين رو بايد توجه داشت كه انجام مطالعات مهندسي ارزش خود نيز دارايهزينه است و بايد نسبت به ميزان صرفه جويي كه در هزينه ها به وجود مي آورد قابلتوجيه باشد(…. تعريف انجمن مهندسي ارزش آمريكا (SAVE) بدين صورت است كه "مهندسي ارزش مجموعه تكنيك هاي نظام مند و كاربردي است كه براي تشخيص كاركرد يك محصول / خدمت و توليد آن كاركردها باحداقل هزينه ميباشد " ] موسسه FAR بند 52.248به نقل ازمديريت پروژه ايران/IPM [
شكل 2.1.1
شكست يا موفقيت هر فعاليت مهندسي اگرچه ممكن است در نتيجه خوش شانسي يا بد شانسي باشد ولي مهندسي به طور كلي بر پايه اين موارد بنا نشده است . احتمالا مهمترين ايده در پشت مهندسي ايده اي است كه بتواند بصورت سازمان يافته ، آينده نگرانه ، مبتني بر راه حل عملي و امكان پذير ، مقرون به صرفه اقتصادي و در كوتاهترين زمان يك مساله يا مشكل مطرح شده در جهان واقعي را حل نمايد . شانس ممكن است در بسياري از پروژه هاي مهندسي نقش داشته باشد ولي اكثر مهندسين اين طور فكر مي كنند كه آنها مي توانند نقشي بسيار مهم و حساس در برون داد ها (خروجي هاي) يك فعاليت مهندسي داشته باشند .
What Is a Methodology ? E.V. Berard ترجمه: ابوذر نوذري
مهم ترين تكنيك هاي مهندسي مواردي هستند كه :
1. بتوان آنها را به صورت كمي و كيفي تشريح نموده و توضيح داد .
2. بتوان به طور مكرر از آنها استفاده نموده و هر بار نتايج مشابه بدست آورد.
3. قابل درك و فهم ، در يك بازه زماني منطقي ، براي ديگران باشد .
4. نتايجي قابل ملاحظه ، عميق و بهتر نسبت به ساير تكنيك ها داشته باشد .
5. در دامنه نسبتاً وسيعي از موارد و پروژه ها قابل استفاده باشد .
+ نوشته شده در پنجشنبه بیست و یکم تیر 1386ساعت 23:3 توسط علیرضا رضائی
|
