فرآیند طراحی و ساخت ماشین آلات صنعتی : طراحی ، فرمول بندی نقشه ای برای ارضای یک نیاز بشری است. ممکن است نیاز ویژه ای که باید ارضا شود دقیقا و به طور کامل تعریف شده باشد. از طرف دیگر نیاز ویژه های که باید ارضا شود ممکن است آن چنان مبهم و فاقد تعریف دقیق باشد که فکر و تلاش فراوانی برای بیان آن به عنوان مسئله ای که حلش موردنیاز است لازم شود. طراحی را نیز می توان به انواعی تقسیم بندی کرد. مانند : طراحی لباس ، طراحی داخلی ، طراحی بزرگراه ، طراحی منظره ، طراحی ساختمان، طراحی کشتی ، طراحی پل ، طراحی به کمک کامپیوتر ، طراحی سیستم گرمایش، طراحی ماشین، طراحی مهندسی ، طراحی فرآیند. در حقیقت انواع بیشماری خواهیم داشت چون طراحی را می توان براساس وسیله یا محصول خاص یا بر حسب حوزه تخصصی تقسیم بندی کرد. مسائل طراحی بر خلاف مسائل علمی یا ریاضی جواب منحصر به فرد ندارند . مثلا ، درخواست یک جواب صحیح برای یک مسئله طراحی درخواستی بی معنی است، چون چنین جوابی وجود ندارد. در حقیقت جواب " خوب " امروز می تواند برای فردا جوابی " ضعیف " باشد ، البته در صورتی که در این فاصله علم پیشرفت کرده باشد و تغییرات دیگر ساختاری و اجتماعی به وقوع پیوسته باشد. تقریبا هر کس به طریقی در زندگی روزمره خود با طراحی سرو کار دارد ، زیرا مسائلی مطرح می شوند و موقعیت هایی پیش می آیند که نیازمند راه حل اند. طراحی یک تعطیلات خانوادگی را در نظر بگیرید. ممکن است بتوان به هفت مکان مختلف سفر کرد که هر یک فاصله متفاوتی از خانه دارند . هزینه رفت و آمد به هر یک از این مکان ها متفاوت است. چنانچه برخی از آنها انتخاب شوند باید شب را هم در وسط راه توقف کرد. بچه ها مایلند به دریا بروند و خانم خانه ترجیح می دهد شهر محل زادگاهش برود و با خویشاوندان دیدار کند. شوهر مایل است تعطیلات را در محلی تفریحی سپری کند. وقتی این نیاز ها به وقت و پول ارتباط داده شوند، راه حل های مختلفی می توان یافت که ممکن است یکی یا چند تا از آنها بهینه باشد، اما راه حلی که انتخاب می شود شامل مسیر مسافرت ، محل های توقف، وسیله نقلیه، نام و محل تفریحگاهها ، هتل ها، محل های اطراق و سایر تسهیلات دور از خانه است. ملاحظه می شود که برای نیل به یکی از راه حل های مسئله تعطیلات، در واقع گروه نسبتا بزرگی از عوامل پیچیده و مربوط به هم را باید در نظر گرفت. طراحی همیشه در معرض قید های مشخص حل مسئله است. مثلا دو تا از قید های مسئله تعطیلات عبارتند از زمان و پول موجود برای گذراندن تعطیلات. همچنین باید توجه داشت که قید هایی نیز در حل مسئله وجود دارد . در این مورد، پاره ای از قیدها، نیاز ها و تمایلات هر یک از اعضای خانواده است. سرانجام ممکن است راه حل یافته شده کاملا بهینه باشد. در مسئله اخیر ، راه حلی را می توان بهینه نامید که با انتخاب آن هر یک از اعضای خانواده در پایان تعطیلات بگوید که به او خوش گذشته است. یک مسئله طراحی به هیچ وجه مسئله ای فرضی نیست. طراحی هدفی واقعی را پیگیری می کند – آفرینش نتیجه نهایی به وسیله انجام اعمالی مشخص و یا خلق چیزی که واقعیت فیزیکی دارد. زمانی که از فرآیند طراحی مکانیکی در ماشین آلات صحبت می شود باید در نظر داشت که این فرآیند در حالت کلی با طراحی صنعتی رایج از اساس متفاوت است. در فرآیند طراحی صنعتی بیشترتمرکز بر اعمال جنبه های هنری در طراحی ظاهری دستگا ها است . و بیشتر در حیطه هنر تجسمی قرار می گیرد در صورتی که در طراحی مکانیکی ، کل فرآیند طراحی شامل طراحی بدنه ، مکانیزم آها ، عملگرها ، و... لحاظ می گردد. با انجام این فرایند نقشه های اجرایی لازم با تمامی جزئیات در اختیار سازنده قرار می گیرد . در این مقاله سعی می شود فرایند طراحی در مهندسی مکانیک به طور خلاصه بیان شود. این فرآیند شامل مراحل زیر است: ۱- نیاز سنجی و شناسایی : گاهی اوقات، هنگامی طراحی شروع می شود که مهندس نیازی را تشخیص می دهد و تصمیم میگیرد برای آن چاره ای بیندیشد. تشخیص نیاز، و بیین آن مستلزم کاری خلاق است، زیرا نیاز ممکن است فقط به صورت یک نارضایتی مبهم، یا احساس ناراحتی یا درک نادرستی چیزی جلوه کند. اغلب، نیاز به هیچ وجه واضح نیست . و تشخیص آن معلول شرایط نامناسب ویژه و یا مجموعه ای از شرایط تصادفی است که تقریبا همزمان ظاهر می شوند. مثلا، نیاز به انجام دادن کاری درمورد ماشین بسته بندی غذا ممکن است بر اساس میزان سر و صدا ، اختلاف وزن بسته ها ، و اختلافهای جزئی ولی ملموس در بسته ها یا بسته بندی ها پدید آید. هر چیزی که آزادی طراح را در انتخاب محدود کند یک قید طراحی است. پس از تعریف مسئله و بدست آوردن مجموعه اطلاعات و خصوصیات ضمنی ، قدم بعدی در طراحی ، ترکیب کردن راه حل بهینه است. ترکیب بدون تحلیل و بهینه سازی امکان پذیر نیست. زیرا سیستم مورد طراحی باید تحلیل شود تا معلوم شود که آیا کارایی آن با خصوصیات سازگاری دارد یا خیر. نتیجه تحلیل ممکن است آشکار کننده این واقعیت باشد که سیستم ، سیستم بهینه نیست. ۲- تعیین نوع مکانیزم مورد نیاز . شناسایی بهترین مکانیزم هایی که می تواند ما را به هدف مورد نیاز از ساخت دستگاه برساند. انواع مکانیزم های مکانیکی دسته بندی شده و در کتابهای استاندارد مهندسی آورده شده است. ولی مکانیزم ها می بایستی با توجه به نیاز در دستگاه و محل و متریال مورد استفاده بهینه شود. در اغلب موارد نیاز است چند مکانیزم با هم ترکیب شود تا به نتیجه مورد نظر برسیم. در بسیاری از مسائل طراحی نیاز است با استفاده از روشهای خلاقانه ، تغییراتی درمکانیزم ها ایجاد کرد تا شتاب ، سرعت و جابجایی موردنیاز را تامین کند. در ایجاد مکانیزم ها می توان از قطعات استاندارد مکانیکی که در بازار موجود است استفاده کرد و یا متناسب با این قطعات، مکانیزم را دوباره طراحی کرد. امروزه از شبیه سازی های کامپیوتری در طراحی اولیه مکانیزم ها استفاده می شود . خروجی این شبیه سازی اغلب سرعت ، شتاب و جابجایی قطعات مکانیزم است. با استفاده از این شبیه سازی ها می توان هزینه های ساخت و بهینه سازی را به حداقل رساند. ۳- آنالیز تمامی نیروهای اعمالی در مکانیزم ها . در این قسمت با استفاده از علم فیزیک مکانیک، تمامی نیروهای اعمالی بر هر مکانیزم شناسایی می شود. و بعد آنالیز تنش، می توان ابعاد مکانیزم را برآورد کرد. آنالیز تنش می تواند با استفاده از روشهای ریاضی دستی ویا با استفاده از نرم افزارهای تحلیل تنش، صورت پذیرد. دراین نرم افزارها با استفاده از روش محاسبات عددی (FEM) تحلیل تنش و جابجایی انجام می گیرد . ۴- انتخاب متریال مورد نیاز. بعد از آنالیز نیرو و تنش نوبت به انتخاب متریال می رسد . در انتخاب متریال ملاحظات زیر بایستی در نظر گرفته شود: استحکام، قیمت، سبکی ، انعطاف پذیری، سفتی ، سایش ناپذیری، خوردگی ، اصطکاک ، وزن . ۵- طراحی تمامی اجزای ماشین. در این مرحله تمامی اجزا مکانیزم ها باید با تمامی جزئیات طراحی شود . در این مرحله از روش آنالیز تنش جهت تعیین ابعاد استفاده می شود. ۶- بهینه سازی . در این مرحله مکانیزم و متریال و روش تولید با توجه به هزینه تمام شده بررسی شده و در صورت نیاز ، تغییرات اعمال می شود. ۷- تهیه نقشه های اجرایی . دراین مرحله تمامی اجزای ماشین باید با تمامی جزئیات و تلرانس ها مشخص شده و نقشه ها تولید و مونتاژ تهیه گردد. ۸- تولید نمونه اولیه . در این مرحله نمونه اولیه ازماشین ساخته می شود. تست های مورد نظر روی آن صورت گرفته و در صورت نیاز بهینه سازی قطعات و متریال انجام می گردد. ۹- کنترل کیفیت خروجی ماشین. در مرحله آخر خروجی ماشین مورد ارزیابی قرار می گیرد و در صورت نیاز اصلاحات انجام می پذیرد.