بررسی اهمیت وکاربردهای مدلسازی درطراحی مهندسی

حامد داداشپور

دانش آموخته کارشناسی معماری و عضو سازمان نظام مهندسی استان آذربایجان شرقی

کارشناس شرکت ذوب نورد توانا رام

چکیده

در این مقاله ضرورت آموزش اصول مدلسازی سه بعدی رایانه ای به دانشجویان مهندسی بررسی شده است. در بخش ابتدایی مقاله به کاربردهای مدلسازی سه بعدی رایانه ای در فرایند طراحی مهندسی و تأثیر استفاده از آن در سرعت و سهولت کار طراحی پرداخته شده است. به این منظور، سه مرحلۀ اصلی فرایند طراحی مهندسی یعنی «ایده پردازی»، «اصلاح» و «اجرا» به تفکیک بررسی شده و نتایج حاصله در قالب شش گزاره ارائه شده است. این گزاره ها حاکی از نقش محوری مدلسازی سه بعدی رایانه ای در فرایند طراحی مهندسی است که بهره گیری از آن مستلزم فراگیری اصول علمی و کسب مهارت در زمینۀ کار با ابزارهای آن است.

مقدمه

طراحی قلب مهندسی است و یکی از اهداف آموزش مهندسی، تربیت مهندسانی است که بتوانند در چرخۀ طراحی مهندسی فعالیت کنند. طراحی مهندسی فرایندی است که ماحصل آن یک محصول یا یک سیستم است و از سه جنبۀ «کاهش هزینه»، «بهبود کیفیت محصول» و «کاهش زمان چرخۀ محصول» حائز اهمیت است. طراحی مهندسی به عنوان یک فرایند از چندین مرحله تشکیل شده است. هرچند تعداد مراحل این فرایند در منابع مختلف متفاوت است، با این وجود میتوان طبق شکل۱ نمایش داد. در مرحلۀ نخست طراحی، مسئلۀ اصلی طرح و تعریف میشود. در مرحلۀ بعد، ایده های اولیه برای این مسئله تولید میشود. پس از طی مراحل اصلاح و تحلیل محصول، نمونه های اولیه از محصول تولید میشود و در نهایت پس از مستندسازی محصول، طرح کامل شده و به تولید میرسد. در نهایت محصول چرخۀ عمر خود را طی میکند.

شکل ۲ – جایگاه مدل سازی سه بعدی درمعماری

در روشهای سنتی طراحی مهندسی، طراحی محصول و یا سیستم مرحله به مرحله انجام میگرفت و ایده یا محصول پس از طی هر مرحله وارد مرحله بعد میشد. اما در مهندسی همزمان، مهندسان در تمامی مراحل طراحی شامل ایده پردازی، تحلیل و تولید، با هم در ارتباط هستند؛ فارغ از نوع نگاه به طراحی مهندسی ـ سنتی یا همزمان ـ در فرایند طراحی به ابزارهایی نیاز است که مدلسازی سه بعدی یکی از مهمترین آنهاست. البته اهمیت مدلسازی سه بعدی در «طراحی مهندسی همزمان» بیش از نگاه سنتی است. دلیل آن نیز استفاده از مدلهای سه بعدی از ابتدای فرایند برای انتقال ایده و نتایج تحلیل بین گروههای کاری مختلف درگیر در پروژه است.

شکل ۲ ارتباط میان مراحل مختلف فرایند طراحی مهندسی همزمان را نشان میدهد. در این شکل دیده میشود که در طراحی مهندسی همزمان، برخلاف روش سنتی، میان مراحل طراحی ارتباط خطی وجود ندارد و مدل سه بعدی به عنوان نقطۀ اشتراک مراحل مختلف و قلب فرایند طراحی محسوب میشود.

کاربردها و اهمیت مدلسازی در طراحی مهندسی

طراحی مهندسی را می توان متشکل از سه بخش کلی «ایده پردازی»، «اصلاح» و «اجرا» دانست در این قسمت، به بررسی اهمیت و کاربردهای مدلسازی سه بعدی رایانه ای در هر کدام از این بخشها میپردازیم.

۱ – ایده پردازی

یکـی از اولین مراحل طراحی یافتن ایده هایی برای پاسخگویی به یک نیاز است. خلاقیت یکی از تأثیرگذارترین ویژگی های یـک طـراح در ایـن مرحله است ازسوی دیگر قدرت مجسم سازی اطلاعات و تفکر بصری درمرحله ایده پردازی نقش کلیدی ایفا می کند. مدلسازی سه بعدی در ایده پردازی و بهبود طرح میتواند قدرت انتقال ایده را تا حد زیادی افزایش دهد.

(الف) مدلسازی سه بعدی میتواند از طریق کمک به بروز خلاقیت، تسهیل انتقال ایده، تسهیل مجسم سازی اطلاعات و کمک به تفکر بصری به طراح در مرحلۀ ایده پردازی کمک کند.

(ب) مدلسازی سه بعدی غالباً اولین قدم برای ایجاد یک مدل ـ مجازی یا حقیقی ـ برای مجسم کردن یک طرح است. بررسی رفتار یک محصول در شرایط عملکردی نیازمند کسب درک صحیح از اصول و مفاهیم مهندسی حاکم بر آن رفتار می باشد. شبیه سازی رایانه ای ابزاری است که امکان درک رفتار محصول را بر اساس این اصول و بدون نیاز به ساخت محصول و انجام آزمایشهای تجربی زمان بر و پرهزینه فراهم می سازد.

(پ) مدلسازی سه بعدی یکی از مهمترین پیش نیازها برای شبیه سازی رفتار یک محصول و مشاهده رفتار آن بدون صرف هزینۀ زیاد برای ساختن مدل فیزیکی و انجام آزمایش است. یک طرح در طول فرایند طراحی، از منظرهای مختلف مورد تحلیل و بررسی قرار میگیرد تا اصلاح و تکمیل شود. لذا بسته به ماهیت هر طرح باید آن را از لحاظ ویژگیهای فیزیکی، اقتصادی، عملکردی، قابل ساخت بودن، رعایت عوامل انسانی و موارد متعدد دیگری به دقت مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. خصوصیات فیزیکی طرح مانند حجم، مرکز جرم، مقاومت مکانیکی و سایر موارد، شامل ویژگیهای مربوط به جرم، هندسه و ویژگیهای حرارتی آن است. ابزارهای رایج مدلسازی سه بعدی دسترسی به تمامی اطلاعات مذکور برای یک مدل را ممکن میسازند

(ت) مدلسازی سه بعدی، طرح هندسه و اطلاعات لازم برای انواع تحلیل را فراهم کرده و بهینه سازی آن را تسهیل میکند.

۲- اصلاح

یک ایده برای نهایی شدن نیازمند بررسی و اصلاح از جنبه های مختلف است. یکی از مهمترین اقدامات در بررسی و اصلاح یک ایده، ساخت مدلی کامل برای ایجاد درک کلی و ملموس از ایده است. مدلسازی فیزیکی مدل در مقیاس مناسب، با استفاده از گل، فوم یا چوب از روشهای قدیمی برای دستیابی به یک مدل سه بعدی از محصول است. هر چند روشهای سنتی ساخت مدل فیزیکی همچنان در برخی از صنایع مرسوم و گاه ضروری است، اما با ظهور مدلسازی رایانه ای، این روشها اغلب جای خود را به نمونه سازی های سریع داده اند. در کنار ساخت مدل فیزیکی تولید یک فضای مجازی و درعین حال ملموس، از دیگر روشهایی است که به حصول درک کلی از ایده کمک میکند. این امر به ویژه برای مدلهایی که امکان ساخت آنها در اندازه واقعی وجود ندارد، اهمیت می یابد.

این فضای مجازی با نام (واقعیت مجازی) شناخته می شود.

۳- اجرا

مرحلۀ نهایی در طراحی مهندسی اجرا و عملیاتی سازی ایده نهایی است. در این مرحله محصول روانۀ بازار مصرف میشود. این مرحله را میتوان به دو بخش کلی «ساخت» و «بازاریابی» تقسیم کرد. تولید نقشه های اجرایی هم به منظور مستندسازی طرح تکامل یافته و هم برای تولید یک محصول به کار میروند.

در گذشته این نقشه ها با دست و سپس با نرم افزارهای نقشه کشی دو بعدی تولید میشد. اما امروزه ابزارهای مدلسازی سه بعدی امکان تولید نقشۀ اجرایی استاندارد با جزئیات و نماهای لازم از مدلهای سه بعدی تولید شده را به راحتی فراهم ساخته اند.

نتیجه گیری

در این پژوهش نقش مدلسازی سه بعدی رایانه ای در فرایند طراحی مهندسی بررسی و نتایج، در شش دستۀ کلی زیر ارائه شد

ـ کاربرد مدلسازی در ایده پردازی: ارتقای تفکر بصری، افزایش قابلیت انتقال ایده و پرورش خلاقیت

ـ کاربرد مدلسازی در مجسم کردن طرح: ساخت مدل سه بعدی، نمونه سازی سریع و واقعیت مجازی

ـ کاربردها در شبیه سازی: شبیه سازی سیالاتی و انیمیشن؛

ـ کاربردها در تحلیل: تحلیل ویژگیهای فیزیکی، مقاومت مکانیکی، اقتصادی، عملکرد و سایر موارد؛

ـ کاربردها در تولید: تهیۀ خروجی مناسب برای انواع روشهای تولید

ـ کاربرد در بازاریابی و خدمات پس از فروش: تهیۀ تصاویر و انیمیشن های نزدیک به واقعیت

منابع و ماخذ:

امجدی نیما، مدلسازی در مهندسی، فصلنامه مدل سازی درمهندسی، ۱۳۹۶

چلبیانی حسن، سیری درمدل سازی معماری، انتشارات سروش، ۱۳۹۴

فصلنامه آموزشی مهندسی ایران