شما در حال خواندن درس پیاده‌سازی ساختار عملکرد از فاز دوم طراحی هستید.

پیاده سازی ساختار عملکرد در طراحی مفهومی (Functions Structure Establishment)

یکی از رویکردهای رایج در طراحی مفهومی این است که ابتدا عملکردهای مورد نیاز محصول را تعیین کنیم و سپس در مورد روش انجام آن‌ها تصمیم بگیریم، مثلاً برای طراحی دستگاه بُخار ساز، ابتدا عملکردهای اصلی مثل {ذخیره‌ کردن آب} و {داغ کردن آب} و {خروج بخار در محیط} را شناسایی می‌کنیم و بعداً تصمیم می‌گیریم که آب “در محفظه‌ی پلاستیکی” ذخیره شود و دمای آن “به روش اولتراسونیک” افزایش یابد و بخار آن “از راه یک نازل (Nozzle) قابل کنترل” خارج شود. در این درس، تمرکزمان روی بخش اول است تا کارکردهای مورد نیاز محصول و ارتباطشان با یکدیگر را شناسایی کنیم و به تصویر ساده و شفافی برسیم که در اصطلاح طراحی مهندسی، ساختار عملکرد (Functions Structure) نامیده می‌شود.

روش‌های مختلفی برای تشکیل یا پیاده‌سازی این ساختار وجود دارد، اما اکثر طراحان از نمودارهای بلوکی و جریان‌های انرژی و سیگنال و ماده استفاده می‌کنند که روش آن را در این درس یاد می‌گیرید. همچنین روشِ توصیف با جریان‌های انرژی و سیگنال و ماده را قبلاً در درس سیستم‌های فنّی آموزش دادیم که زیربنای پیاده‌سازی ساختار است و باید آن را قبلاً مطالعه کرده باشید.

در این درس فانکشن‌ها را در میان {} قرار داده‌ایم تا آن‌ها را ساده‌تر شناسایی کنید.

منظور از عملکرد، کارکرد یا فانکشن در طراحی مهندسی چیست؟

در منابع طراحی، فانکشن یا عملکرد یا کارکرد (Function) به یک عمل یا کار مشخص گفته می‌شود که انجام آن از یک سیستم فنّی (مثل دستگاه، ماشین، قطعه، کارخانه) انتظار می‌رود، مثلاً اصلی‌ترین کارکردهایی که از لامپ معمولی، نوار نقاله و چسب نواری انتظار داریم به ترتیب {روشن کردن محیط} و {جابه‌جا کردن بار} و {چسباندن قطعات} است. با توجه به این که یک “فانکشن” انجام عمل را نشان می‌دهد، باید حتماً به صورت فعل بیان شود و لذا عباراتی مثل ارزان و محکم و قشنگ و سبک بودن محصول را شامل نمی‌شود. همچنین “کارکرد” با “روش انجام کار” متفاوت است، مثلاً وقتی می‌گوییم که این دستگاه برای {جابه‌‌جا کردن بار} توسط نوار نقاله طراحی شده است، عبارت {جابه‌جا کردن بار} یک فانکشن را توصیف می‌کند اما عبارت “توسط نوار نقاله” جزء آن نیست و روش انجامش را نشان می‌دهد.

به جز کلمه‌ی function در منابع طراحی از عبارات دیگری هم استفاده می‌شود که آشنایی با آن‌ها برای ورود به بحث ساختار عملکرد ضروری است. در تصویر زیر، نمونه‌ای از این عبارات را مشاهده می‌کنید.

هم خانواده‌های کلمه‌ی function در طراحی

عملکردهای مفید و غیرمفید (ضروری و غیرضروری)

 فانکشن‌ها می‌توانند مفید یا غیرمفید باشند، مثلاً “تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی” در موتور الکتریکی مفید است اما “حرارتی که ایجاد می‌کند” مفید نیست. همچنین بریدن قطعات توسط اره نواری مفید است، اما ضایعاتی که ایجاد می‌کند مفید نیست. برای بررسی کارکردها باید هر دو نوعِ مفید و غیرمفیدشان را در نظر بگیریم، چون همانطور که برای انجام عملکردهای مفید برنامه‌ریزی می‌کنیم، کاهش یا تعدیل عملکردهای غیرمفید هم به برنامه‌ریزی نیاز دارد.

عملکرد کلّی و جزئی (یا ریزعملکرد)

عملکرد کلی (Overall Function) به اصلی‌ترین و مهم‌ترین کارکرد یک سیستم (یا زیرسیستم) گفته می‌شود، مثلاً اصلی‌ترین و مهم‌ترین کارکردهای کلّی خودرو و کامپیوتر به ترتیب عبارتند از {جابه‌جا کردن مسافران} و {پردازش اطلاعات}. معمولاً این توصیف‌های کلّی را با انتزاعی‌سازی به دست می‌آوریم، مثلاً با این که می‌توانیم صدها صفحه‌ در مورد فانکشن‌های خودرو بنویسیم، اما چکیده‌ی همه‌ی آن‌ها به یک توضیح کوتاه و اساسی و مهم منتهی می‌شود که همان عملکرد کلی است.

اگر کارکرد کلّی را تجزیه کنیم، به فانکشن‌های کوچک‌تر و ساده‌تری می‌رسیم که عملکرد جزئی (Subfunction) نامیده می‌شوند. مثلاً {تیز کردن نوک مداد} کلّی‌ترین کاری است که مداد تراش انجام می‌دهد، اما برای تحقق آن باید {نوک مداد در ناحیه‌ی ورودی قرار بگیرد} و {مداد با فشار به داخل هدایت شود} و {با اعمال گشتاور بچرخد} و بعد از طی شدن زمان مناسب {از داخل حفره خارج شود}. این چهار مورد، کارکردهای جزئی (یا Subfunction) هستند که از تجزیه‌ی {تیز کردن نوک مداد} به دست می‌آیند.

فرایند تجزیه تا جایی ادامه پیدا می‌کند که فانکشن‌های جزئی تا حد زیادی ساده و قابل فهم شده باشند و بتوانیم راهکارهای مناسبی برای انجام‌ آن‌ها پیشنهاد کنیم. با این حال، اگر بدانیم که انجام یک فانکشن پیچیده خارج از موضوع طراحی است، نیازی به تجزیه‌ی آن نیست. مثلاً فرض کنید که قرار است خودرویی طراحی کنیم که موتور آن به صورت آماده خریداری می‌شود. در این حالت، نیازی به موشکافی عملکردهای مربوط به موتور نیست و وقتی نوبت به آن رسید، به یک توضیح کلّی و انتزاعی بسنده می‌کنیم.

عملکردهای اصلی و فرعی (یا کمکی)

کارکردهای جزئی را می‌توانیم به دو دسته‌ی اصلی (main subfunctions) و کمکی (Auxiliary subfunctions) تقسیم کنیم. دسته‌ی اول، مستقیماً در انجام فانکشن کلّی (Overall function) مؤثر هستند و ارتباطشان با آن آشکار است. دسته‌ی دوم، مستقیماً تأثیری در انجام فانکشن کلّی ندارند، اما با حمایت از سیستم یا عملکردهای اصلی (دسته‌ی اول) به انجام بهتر آن کمک می‌کنند. مثلاً فانکشن کلی جرثقیل {جابه‌جا کردن بار} است و فانکشن‌های اصلی برای آن عبارتند از {قلاب کردن بار} و {بلند کردن} و {تنظیم ارتفاع} و {تنظیم سرعت} که مستقیماً به {جابه‌جایی} مربوط می‌شوند. ممکن است رفتار سیستم به این ترتیب باشد که ابتدا {وزن بار اندازه‌گیری شود} تا اگر از تحمل سیستم بیشتر بود، {بوق هشدار برای چند ثانیه پخش شود}. این دو فانکشن مستقیماً تأثیری در {جابه‌جایی} ندارند و به همین علت فرعی محسوب می‌شوند.

در بسیاری از موارد، شناسایی اصلی یا فرعی بودن یک کارکرد دشوار است. در این موارد می‌توانیم برای ساده‌تر شدن تصمیم‌گیری، کارکرد مشکوک را اصلی فرض کنیم. این موضوع را در مثال پنجم بیشتر بررسی خواهیم کرد.

توصیف کارکردهای مشابه با افعال یکسان

یک فانکشن را می‌توانیم با افعال متفاوتی توصیف کنیم، مثلاً برای توضیح کارکرد یک گیره، می‌توانیم از افعالی مثل گیره‌بندی، مقیّد کردن، محکم کردن، نگاه‌ داشتن، محدود سازی، حذف درجات آزادی یا سفت کردن استفاده کنیم.

تعدّد افعال، مخصوصاً در کارهای گروهی، باعث گمراهی و سوء برداشت می‌شود. به همین علت، افعال مشخصی برای توصیف عملکردهای فنّی پیشنهاد شده‌‌اند و طراحان حتی‌المقدور از همین پیشنهادات استفاده می‌کنند. مثلاً طراح برای توصیف چرخشِ کامل یک قطعه، فعل Spin را از جدول پیشنهادات انتخاب می‌کند. البته، تا به امروز برای زبان فارسی چنین یکسان‌سازی صورت نگرفته است و لذا اگر از توصیف‌های فارسی استفاده می‌کنید، کماکان نظرات و سلایق‌تان در اولویت است، اما اگر توضیحات را به زبان انگلیسی ارائه می‌دهید، برای توصیف کارکردها حتی‌المقدور از جدول زیر استفاده کنید.

اسامی استاندارد عملکردها یا فانکشن ها در طراحی مهندسی

ترجمه‌ی جدول بالا دشوار است، چون در مورد معادل فارسی این افعال، اتفاق نظر وجود ندارد. با این حال به عنوان یک تلاش ابتدایی، جدول را به صورت زیر ترجمه کردیم.

افعال همسان سازی شده در بیان عملگرهای طراحی

در جداول بالا، سه ستون با عناوین “کلاس”، “اسامی اصلی” و “اسامی جایگزین” وجود دارد. پیشنهادات ارائه شده در ستون اول، انتزاعی‌ترین افعالی هستند که می‌توانیم برای توصیف عملکرد استفاده کنیم. با ساده‌سازی و تجزیه‌ی همین افعال، به گزینه‌های ارائه شده در ستون دوم می‌رسیم که دقت بالاتری دارند. افعال مورد نظر طراحان معمولاً در ستون دوم پیدا می‌شوند، اما اگر به توصیف دقیق‌تر و جزئی‌تری نیاز باشد، گزینه‌های ستون سوم هم قابل استفاده خواهند بود.

پیاده‌سازی ساختار عملکرد

ساختار عملکرد، مدلی (مثل نمودار، تصویر، جدول یا توصیف متنی) است که ارتباط میان عملکردهای جزئی (Subfunctions) در یک سیستم فنّی را به تصویر می‌کشد. مطابق تعریف، این ساختار می‌تواند به روش‌های مختلفی ایجاد شود، اما در منابع طراحی مهندسی مرسوم است که کارکردها را با توضیحات متنی توصیف می‌کنند و ارتباط‌شان با کارکردهای دیگر و محیط خارج را با جریان‌های انرژی و ماده و سیگنال نشان می‌دهند.

در ادامه با توجه به پیچیدگی و حجم زیاد مطالب، توضیحات را در قالب پنج مثال ارائه می‌کنیم. اولین و ساده‌ترین مثال، ساختار عملکرد وسیله‌ای برای {ثبت جوهر روی کاغذ} یا همان خودکار است که آن را با کمی تغییر از کتاب طراحی مهندسی جورج دیتر ترجمه کردیم. قبل از مطالعه‌ی توضیحات، ابتدا خودتان برای کشف ارتباط میان تصاویر تلاش کنید.

پیاده سازی ساختار عملکرد یا Function Structure برای یک خودکار (طراحی مفهومی)

همانطور که مشاهده می‌کنید، همه چیز از یک عملکرد کلی (تصویر شماره‌ی یک) آغاز شده است. تصویر شماره‌ی یک، اصلی‌ترین کارکرد خودکار را به روش بلک باکس و با توصیف جریان‌های سیگنال و انرژی و مواد نشان می‌دهد که اگر آن را تجزیه کنیم به عملکردهای جزئی می‌رسیم و با توصیف ارتباط میان آن‌ها، ساختار عملکرد (Functions Structure) شکل می‌گیرد. با ترتیبی که گفتیم، اولین سؤال این است که عملکرد کلّی چگونه شناسایی می‌شود؟

اگر قصدمان طراحی یک محصول جدید باشد و فرایند طراحی را از فاز اول شروع کرده باشیم، از فهرست الزامات یک صورت مساله‌ی انتزاعی استخراج می‌کنیم و عملکرد کلی بر اساس آن تعیین می‌شود‌. اگر قصدمان توسعه‌ی محصولی باشد که از قبل وجود داشته است (طراحی توسعه‌ای) یا اگر بخواهیم این محصول را با شرایط و کارکردهای جدید انطباق دهیم (طراحی انطباقی) می‌توانیم جای فهرست الزامات، خود محصول را تجزیه‌ و تحلیل کنیم تا عملکرد کلی و عملکردهای جزئی آن شناسایی شود‌. در این حالت وقتی ساختار عملکرد را ایجاد کردیم، با دستکاری المان‌‌های آن به یک ساختار توسعه یافته یا اصلاح شده دست پیدا می‌کنیم که راه را برای طراحی محصول جدید هموار می‌سازد.

شاید برای درک محصولی مثل خودکار، همان تصویر اول (توصیف عملکرد کلّی) کافی باشد، اما تا وقتی آن را به عملکردهای جزئی تجزیه نکنیم و روابط‌شان را نشان ندهیم، ساختار عملکرد به وجود نیامده است. جورج دیتر، برای پیاده‌سازی ساختار عملکرد (یا تبدیل تصویر اول به تصویر سوم)، مراحل زیر را پیشنهاد کرده است:

۱- ابتدا عملکرد کلّی را شناسایی کرده و آن را با کمک جریان‌های انرژی و ماده و سیگنال توصیف کنید. (مثل کاری که در تصویر اول انجام شده است)

۲- با زبان عادی و بدون سخت‌گیری‌، تمام عملکردهای جزئی که برای انجام عملکرد کلّی ضروری هستند را فهرست کنید.

۳- موارد مندرج در فهرست را پس از بازبینی و اصلاح در قالب چند بلوک بازنویسی کنید (مانند تصویر دوم). توضیحاتی که داخل بلوک‌ها می‌نویسید باید Neutral-Solution باشند، یعنی مستقیماً به راهکار مشخصی اشاره نکنند تا در مراحل بعدی با محدودیت روبه‌رو نشوید، مثلا ننویسید {حرکت خودکار با دست}، چون شاید بعداً ایده‌ی دیگری برای حرکت خودکار به ذهن‌تان برسد. لازم است به نکته‌ای اشاره کنیم که در کتاب دیتر نیامده است. فراموش نکنید که توضیحات بلوک‌ها باید یک فعل داشته باشند، چون همانطور که گفتیم، عملکرد فقط انجام یک فعل را نشان می‌دهد. مثلا نباید بنویسید {نگه داشتن و حرکت دادن خودکار} چون دو عملکرد مختلف را نشان می‌دهد که به بلوک‌های جداگانه‌ای نیاز دارند. یادآوری می‌کنیم گه اگر افعال را به زبان انگلیسی می‌نویسید، حتی‌المقدور باید از کلماتی استفاده کنید که در بخش قبل پیشنهاد کردیم.

۴- ترتیب بلوک‌های را تعیین کنید. اگر عملکردها به ترتیب و غیرهمزمان انجام می‌شوند (مانند تصویر سوم)، آن‌ها را پشت سر هم قرار دهید، اما اگر عملکرد دو یا چند بلوک به صورت همزمان انجام می‌شود یا به هم وابسته نیستند، آن‌ها را به صورت موازی قرار دهید. (در مثال اول همه‌ی عملکردها پشت هم انجام می‌شوند، اما کاربرد حالت دوم را به زودی در مثال‌های دیگر می‌بینید)

۵- مانند تصویر سوم، جریان‌های انرژی، مواد و جریان سیگنال را بین بلوک‌ها برقرار کنید. اولین جریان‌های ورودی و آخرین جریان‌های خروجی در ساختار عملکرد باید با تصویر اول (مدل جعبه سیاه) مطابقت داشته باشند، همچنین توصیف ارتباطی که میان عملکردهای جزئی وجود دارد و توصیف ارتباط هر یک از آن‌ها با فضای بیرون از سیستم، توسط همین سه جریان توصیف می‌شود. (نگران نباشید، مرحله‌ی پنجم پیچیده به نظر می‌رسد، اما بعد از مرور مثال‌ها کاملا روی آن مسلط می‌شوید)

۶- تا این لحظه ساختار عملکرد شکل گرفته است. جریان‌های انرژی، مواد و سیگنال را بررسی کنید تا اگر لازم است، جریان‌های جدیدی را به ساختار اضافه کنید، مثلا شاید برای مدلسازی دستگاهی مثل لیفتراک فقط یک ورودی انرژی در نظر گرفته باشید، اما در این مرحله تصمیم بگیرید که حرکات بالابر با منبع انرژی جداگانه‌ای تامین شود و به این ترتیب یک جریان انرژی جداگانه را به ورودی‌ها اضافه کنید.

۷- عملکردهای جزئی را بررسی کنید. این عملکردها باید بارها اصلاح شوند تا به درجه‌ی مطلوبی از دقت و شفافیت برسند. معمولاً در این مرحله، بعضی بلوک‌ها که جنبه‌ی انتزاعی دارند به چند بلوک دقیق‌تر تجزیه می‌شوند یا بلوک‌هایی که بیش از اندازه وارد جزئیات شده‌اند به یک بلوک انتزاعی‌تر تبدیل می‌شوند. مثلا متناسب با شرایط، ممکن است تصمیم بگیرید که بلوک {حرکت دادن جعبه} را به دو بلوک {حرکت دادن جعبه در راستای افقی} و {حرکت دادن جعبه در راستای عمودی} تجزیه کنید.

با در نظر گرفتن مراحل هفت گانه‌ی جورج دیتر و توضیحاتی که در درس سیستم‌های فنی ارائه کردیم، بررسی مثال اول را از بلک باکس (تصویر اول) آغاز می‌کنیم. برای توصیف عملکرد کلی باید پاسخ سه سوال کلیدی را پیدا کنیم.

۱. سیستم چه موادی را تغییر می‌دهد؟ جوهر و کاغذ، پس آن‌ها را به عنوان جریان ورودی‌ در نظر می‌گیریم. آیا سیستم تغییری در این مواد ایجاد می‌کند؟ بخشی از جوهر را به روی کاغذ منتقل می‌کند و تصاویری روی کاغذ به وجود می‌آورد، در نتیجه کاغذ نقاشی شده و جوهر خارج شده را به عنوان جریان‌های خروجی در نظر می‌‌گیریم.

۲. سیستم چه تغییراتی در جریان اطلاعات (سیگنال) ایجاد می‌کند؟ موقعیت قرارگیری کاغذ و محصول، اطلاعات مهمی هستند که آگاهی از آن‌ها برای ترسیم نوشته یا شکل مورد نظر ضروری است، با این حال چون تأثیر زیادی در طراحی یک خودکار معمولی ندارند، جورج دیتر از آن‌ها صرف نظر کرده است.

۳. سیستم چه تغییراتی در جریان انرژی ایجاد می‌کند؟ برای {حرکت دادن جوهر روی کاغذ} و {حک کردن آن روی کاغذ} به نیرو نیاز است و لذا یکی دیگر از ورودی‌های سیستم، انرژی انسان انتخاب شده است. اگر به دنبال یک طرح کاملاً خلاقانه باشیم، می‌توانیم کلمه‌ی انسان را حذف کنیم تا شاید خودکاری به ذهن‌مان برسد که با نیروی دیگری کار کند، اما جورج دیتر یک خودکار معمولی را در ذهن داشته است که عادتاً با نیروی دست انسان کار می‌کند و لذا نیازی به انتزاعی‌سازی بیشتر احساس نکرده است.

برای تجزیه‌ی عملکرد کلّی به عملکردهای جزئی و تشکیل ساختار عملکرد (تصویر سوم)، مطابق پیشنهاد جورج دیتر در مرحله‌ی دوم، باید فهرستی از عملکردهای مورد نیاز تهیه کنیم. این فهرست در تصاویر بالا نیست، اما موارد مندرج در فهرست به شکل بلوک در تصویر دوم آورده شده‌اند. این قاعده‌ی مهم را به خاطر بسپارید که تعیین این عملکردها کاملاً به نظرات و سلایق طراحان بستگی دارد. شاید اگر شما جای جورج دیتر بودید، عملکردهای بیشتری به ذهن‌تان می‌رسید یا تعدادی از عملکردهای بالا را در نظر نمی‌گرفتید. همچنین توجه کنید که برای توصیف عملکردها، اگر از زبان انگلیسی استفاده می‌کنید، باید حتی‌المقدور، افعال را از جدولی انتخاب کنید که در بخش قبل پیشنهاد کردیم.

در تصویر سوم، بلوک‌‌های مربوط به عملکردهای جزئی با یک ترکیب منطقی کنار هم چیده شده‌اند. اگر خودمان هم عملکردها را تجسم کنیم، احتمالاً به ساختاری شبیه تصویر سوم می‌رسیم. فرایند نوشتن یا نقاشی کشیدن با خودکار را در نظر بگیرید. اولاً خودکار را به سمت نقطه‌ای از کاغذ می‌بریم (مثلاً اولین خط یا بالای صفحه یا وسط صفحه). دوماً نوک خودکار (یا محل خروج جوهر) را به آن نقطه فشار می‌دهیم. سوماً فشار دستمان را تنظیم می‌کنیم تا رد جوهر بیش از اندازه کمرنگ یا پررنگ نباشد. چهارماً نوک خودکار را روی کاغذ حرکت می‌دهیم تا کلمه یا شکل دلخواه ترسیم شود. پنجماً فاصله‌ی نوک خودکار را زیاد می‌کنیم تا حک شدن جوهر متوقف شود. از این مرحله به بعد یا کارمان تمام می‌شود، یا نوشتن و نقاشی کردن را دوباره با تکرار مراحل اول تا پنجم ادامه می‌دهیم. همه‌ی این کارها را در ساختار عملکرد مشاهده می‌کنید، هر چند که جورج دیتر عملکرد پنجم را نادیده گرفته است.

در پایان نوبت به ارتباط میان عملکردهای جزئی می‌رسد تمام عملکردهای مندرج در تصویر سوم، با جریان‌های مواد (کاغذ و جوهر) و انرژی (انرژی انسان) در ارتباط هستند و به همین علت در ورودی‌ها و خروجی‌هایشان به این جریان‌ها متصل شده‌اند.

ساختار عملکرد صرفاً یک ابزار نمایشی است نه یک مدل تحلیلی، به همین علت کسی اجازه ندارد که از رعایت نشدن قوانین فیزیک در ساختار عملکرد انتقاد کند. مثلاً در ساختاری که مثال زدیم، انرژی ورودی داریم اما انرژی خروجی نداریم. مطابق اصل پایستگی، انرژی ورودی باید به شکل دیگری از انرژی تبدیل شود، اما هیچ اثری از آن دیده نمی‌شود. این موضوع ناشی از بی‌اطلاعی یا کم‌ توجهی جورج دیتر نیست، بلکه از طبیعت ساختار عملکرد نشات می‌گیرد. اگر قرار باشد که تمام جزئیات فیزیکی و اتفاقات واقعی سیستم را در نظر بگیریم، نمودارمان به اندازه‌ای پیچیده می‌شود که کارایی خود را از دست می‌دهد. شما هم در پیاده‌سازی نمودارهایتان به این قاعده توجه کنید که لازم نیست در نمایش ارتباط بلوک‌ها، تمام جزئیات را در نظر بگیرید و همین که بتوانید عملکردهای سیستم را به تصویر بکشید، هدف اصلی محقق شده است.

مثال دوم: ساختار عملکرد لباسشویی

این مثال با کمی تغییر (در انتخاب کلمات) از کتاب روش‌های طراحی مهندسی (نیگل کراس) ترجمه شده است و ساختار عملکرد وسیله‌ای برای {شستشوی لباس} را نشان می‌دهد. عملکرد کلّی دستگاه بسیار ساده توصیف شده است: لباس‌های کثیف وارد سیستم شده و به صورت لباس تمیز از آن خارج می‌شوند. همچنین آلودگی‌هایی که از لباس جدا شده‌اند، باید از سیستم خارج شوند.

ابتکاری که در این مثال دیده می‌شود، گروه‌بندی عملکردهای جزئی است، طوری که سه عملکرد اول در هر صورت باید انجام شوند، اما عملکردهای بعدی بستگی به نوع ماشین‌ لباسشویی مورد نظر دارند. همچنین در این مثال، جریان‌های انرژی و اطلاعات نادیده گرفته شده‌اند و صرفاً جریان مواد مبنای توصیف قرار گرفته‌اند. بدیهی است که دو جریان حذف شده، تأثیر زیادی در عملکرد کلّی سیستم دارند، اما به هر حال طراح مجاز است که مدل‌سازی را متناسب با خواسته‌ها و نظرات خودش انجام دهد.

فرایند شستشو با {ضعیف کردن آلودگی‌ها} از روی لباس کثیف انجام می‌شود، پس تا این لحظه “لباس کثیف” یکی از ورودی‌ها است. همچنین برای {ضعیف کردن آلودگی‌ها} از ترکیب “آب” و “شوینده” استفاده می‌شود، پس آن‌ها هم جزء ورودی‌های ریزعملکرد اول به حساب آمده‌اند. در اینجا نکته‌ی مهمی وجود دارد. استفاده از آب و شوینده، روش یا راهکاری برای {ضعیف کردن آلودگی‌ها} است. اگر قصدمان طراحی یک محصول کاملاً خلاقانه و جدید باشد، بهتر است به ترکیب آب و شوینده اشاره نکنیم تا شاید روش جدیدتر و بهتری به ذهن‌مان برسد. اما اگر بخواهیم محصول‌مان بر پایه‌ی همین روش باشد، طبیعتاً روش انجام عملکرد اول را هم مشخص می‌کنیم و “آب” و “شوینده” را به عنوان ورودی در نظر می‌گیریم. به صورت کلّی در این مثال، روش انجام دادن تمام ریزعملکردها ذکر شده است و نشان می‌دهد که هدف اصلی آقای کراس، نمایش عملکرد محصولات موجود بوده است نه طراحی یک محصول جدید و خلاقانه.

دومین عملکرد، {جدا کردن آلودگی‌ها} با چرخیدن انجام می‌شود. قبلاً لباس در محلول آب و شوینده قرار گرفته است و حالا هم زدن آن‌ها باعث جدا شدن ذرات آلاینده از لباس می‌شوند. در ادامه عملکرد {از بین بردن آلاینده‌ها} انجام می‌شود تا تماس لباس با آلاینده‌ها متوقف شود. این عملکرد از طریق آب کشی انجام می‌شود، یعنی “آب” اضافه به داخل سیستم می‌آید و آلاینده‌های جدا شده را در خود حل کرده و به صورت “آب کثیف” از سیستم خارج می‌کند. چهارمین عملکرد {از بین بردن آب} است که جز خود لباس‌ها به اضافه شدن ماده‌ی دیگری نیاز ندارد و آب موجود در سیستم را خارج می‌کند. عملکرد پنجم، شبیه عملکرد چهارم است با این تفاوت که جریان هوای داغ به سیستم وارد می‌شود و رطوبت را از آن خارج می‌کند تا لباس‌ها زودتر خشک شود. آخرین عملکرد {نرم کردن لباس‌ها} است که از طریق اعمال فشار انجام می‌شود.

مثال سوم: دستگاه بازگرداندن توپ بسکتبال به سمت پرتاب‌کننده

این مثال، عملکرد دستگاهی را نشان می‌دهد که {توپ را از اطراف سبد بسکتبال جمع می‌کند} و با شناسایی محل قرارگیری بازیکن (پرتاب‌کننده) {توپ را مجدداً در اختیارش قرار می‌دهد}. تفاوت اصلی این مثال با موارد قبلی، وجود سه ردیف موازی از عملکردها است. همانطور که گفتیم الزاماً همه‌ی عملکردها پشت سر هم انجام نمی‌شوند و اگر توالی زمانی وجود نداشته باشد، باید در ردیف‌های موازی قرار بگیرند.

مجموعه عملکردهای مندرج در ردیف اول، به ترتیب روی توپ اعمال می‌شوند تا {آن را از فضای اطراف سبد به سمت بازیکن هدایت کنند}. عبارات استفاده شده در بلوک‌ها کمی مبهم است، چون معادل فارسی مناسبی برای توصیف‌شان پیدا نکردیم. اجازه دهید اتفاقات را مرور کنیم. توپ به سوی سبد پرتاب می‌شود اما جای این که آزادانه به نقطه‌ای نامشخص برود، {جهت حرکت آن کنترل می‌شود}. یکی از راهکارهایی که برای انجام این عملکرد وجود دارد، استفاده از تور است که در تصویر کمکی نشان دادیم. توپ بعد از تغییر جهت {به سمت دهانه‌ی ورودی راهنمایی می‌شود} و {داخل مسیر بازگشت قرار می‌گیرد} و {در آن جابه‌جا می‌شود}. برای این که توپ به مقصد برسد، {انرژی یا نیروی وارد بر آن تنظیم می‌شود} تا در آخر دقیقا {به محل قرارگیری پرتاب کننده راهنمایی شود}.

در این میان به عملکردهای دیگری هم نیاز است. اولاً باید {موقعیت بازیکن شناسایی شود} و {دهانه‌ی خروجی دستگاه به سمت او بچرخد} تا توپ به بهترین نقطه‌ی ممکن منتقل شود و دوماً برای {چرخیدن دهانه‌ی خروجی} و {هدایت توپ در مسیر بازگشت} به نیروی کمکی نیاز است که از {تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی} تأمین می‌شود. تأمین انرژی و عملکردهای مربوط به تنظیم جهت دهانه‌ی خروجی، ترتیب مشخصی و دقیقی نسبت به عملکردهای ردیف اول ندارند و لذا جداگانه به آن‌ها اشاره شده است.

مثال چهارم. دستگاه برداشت سیب زمینی

مثال چهارم در مورد یک دستگاه برداشت سیب‌زمینی است که آن‌ها را از {خاک در می‌آورد}، {گرد و خاک و برگ‌ها و ذرات درشت را جدا می‌کند} و {سیب‌زمینی‌ها را با جدا کردن محصولات سالم و ناسالم جدا می‌کند} تا مجموعه‌ای از سیب‌زمینی‌های سالم و تمیز در اختیار کشاورز قرار بگیرد.

انرژی‌های مصرفی دستگاه به دو گروه E1 و E2 تقسیم شده‌اند. انرژی E1 به {برداشت سیب زمینی از خاک} و  انرژی E2 به {غربال کردن ذرات گرد و خاک} و {جدایش برگ‌ها و ذرات درشت} اختصاص داده شده است. در تصویر بالا منظور از “سیگنال” شفاف‌سازی نشده است، اما می‌دانیم که دستگاه باید به محل قرارگیری سیب‌زمینی‌ها {هدایت شود} و منظور از S اطلاعات مربوط به همین مکان است. از آن جایی که E2 برای عملکردهای مختلف استفاده می‌شود و هر یک از آن‌ها به مقادیر متفاوتی از انرژی نیاز دارند، سه عملکرد {تغییر انرژی} برای تنظیم آن در نظر گرفته شده است. نهایتاً مشاهده می‌کنیم که خروجی‌های سیستم عبارتند از سیب‌زمینی‌های تمیز شده و سالم، سیب‌زمینی‌ها رد شده (خراب)، ذرات درشت، برگ‌ها و گرد و خاک.

مثال پنجم: دستگاه تست نیرو-تغییر شکل

مثال پنجم، علاوه بر ریزعملکردهای اصلی (یا عملکردهای اصلی)، شامل چند ریزعملکرد فرعی (یا عملکردهای فرعی) است که با خط چین نشان داده شده‌اند. همانطور که گفتیم، عملکردهای فرعی مستقیماً در راستای عملکرد کلّی (اصلی‌ترین عملکرد سیستم) انجام نمی‌شوند، اما خدماتی ارائه می‌دهند که برای عملکرد بهتر سیستم یا انجام عملکردهای اصلی ضروری هستند. در تصاویر این مثال، تجزیه در دو مرحله انجام شده است که تصویر دوم، نسخه‌ی ساده‌تر و تصویر سوم، نسخه‌ی پیچیده‌تر و کامل‌تر ساختار عملکرد است. برای تشخیص ساده‌تر تفاوت‌های میان دو ساختار، عملکرهای موجود در ساختار اول را با رنگ سبز نشان دادیم. همچنین در پایان، تعدادی از تصاویر مربوط به دستگاه آزمون نیرو-تغییر شکل را ضمیمه کردیم تا درک بهتری از شیوه‌های عملکرد آن داشته باشید.

برای تجزیه و تحلیل مثال پنجم بهتر است از تصویر دوم شروع کنید و پس از درک آن به بررسی تصویر سوم بپردازید. در ادامه نکات مربوط به تصویر سوم (ساختار کامل‌تر و پیچیده‌تر) را بررسی می‌کنیم. در مرحله‌ی اول، {قطعه کار محکم در جای خود نگه داشته می‌شود} تا به آن نیرو وارد شود یا اصطلاحاً {بارگذاری شود}. هدف این است که ببینیم پس از اعمال نیرو، قطعه کار تا چه اندازه تغییر شکل می‌دهد و به این ترتیب پاره‌ای از خواص مکانیکی ماده‌ی سازنده‌ی آن را به دست می‌آوریم. این هدف زمانی محقق می‌شود که میزان تغییر شکل قطعه و میزان نیروی اعمال شده بر آن اندازه‌گیری شده باشد و اطلاعات آن در اختیارمان قرار بگیرد، به همین علت پس از {بارگذاری قطعه‌کار} دو عملکرد {اندازه‌گیری نیرو} و {اندازه‌گیری تغییر شکل} در ساختار لحاظ شده است.

اپراتور می‌تواند آزمایش را به روش‌های مختلفی انجام دهد که دو روش را مثال می‌زنیم. روش اول این است که اپراتور، حدأکثر نیرویی که بر قطعه کار وارد می‌شود را تعیین کند تا پس از اعمال آن، میزان تغییر شکل اندازه‌گیری شود. روش دوم این است که اپراتور، حدأکثر میزان تغییر شکل را تعیین کند تا پس از تحقق آن، نیرویی که برای آن صرف شده است اندازه‌گیری شود. بر این اساس باید دو سیگنال ورودی داشته باشیم که یکی از آن‌ها S target (force) یا نیروی مورد نظر و دیگری S target (def) یا تغییر شکل مورد نظر است. این اطلاعات توسط اپراتور در اختیار سیستم قرار می‌گیرند. (مثلا اپراتور آن‌ها را روی پنل ورودی دستگاه وارد می‌کند)

وقتی {اعمال نیرو به قطعه کار} یا  {بارگذاری} شروع می‌شود، مقادیر مربوط به نیرو و تغییر شکل اندازه‌گیری می‌شوند و اندازه‌ها بعد از تنظیم شدن با عملکرد {بزرگنمایی} نسبت به سیگنال‌های ورودی (نیروی مورد نظر و تغییر شکل مورد نظر) {مقایسه می‌شوند} تا سیستم در مورد افزایش نیرو یا توقف آزمایش تصمیم‌گیری کند. به همین علت است که {بارگذاری} تحت تأثیر {تنظیم جریان انرژی} انجام می‌شود، یعنی اگر هنوز نیروی وارد شده بر قطعه کار به نیروی مورد نظر نرسیده باشد، یا تغییر شکل آن کمتر از تغییر شکل مورد نظر باشد، انرژی بیشتری صرف می‌شود تا نیروی وارد بر قطعه‌کار افزایش یابد.

عملکردهایی که کار تجزیه و تحلیل اندازه‌ها را انجام می‌دهند، مستقیماً ارتباطی با عملکرد کلّی یا اصلی دستگاه ندارند و به همین علت فرعی محسوب می‌شوند. البته همانطور که گفتیم گاهاً تشخیص فرعی یا اصلی بودن عملکردها دشوار است و می‌توانیم برای ساده‌تر شدن کار، تمام عملکردها را اصلی فرض کنیم.

تمرین‌ اول

برای دستگاه چای‌ساز ساختار عملکرد بنویسید. این دستگاه معمولاً آب را داغ می‌کند، برگه‌های چای را در آن قرار می‌دهد و پس از دم کشیدن، تفاله‌ها را جدا می‌کند. تلاش کنید ساختار عملکردتان خلاقانه باشد، طوری که نتوانیم نمونه‌ی مشابه عملکردهای آن را در بازار پیدا کنیم.



تمرین‌ دوم

در مثال دوم، جریان‌های سیگنال و انرژی توصیف نشده‌اند. ساختار عملکرد این مثال را با اضافه کردن جریان‌های سیگنال و انرژی توسعه دهید و همانند کاری که در این درس کردیم، توضیحی کوتاه در مورد عملکردهای آن بنویسید.



تمرین‌ سوم (اختیاری)

ساختار عملکرد در مثال سوم را به زبان انگلیسی بازنویسی کنید. حتی‌المقدور تمامی افعال باید از این جدول انتخاب شده باشند.


درس‌های فاز دوم طراحی به ترتیب عبارتند از:
طراحی مفهومی چیست؟
فرایند طراحی مفهومی
انتزاعی‌سازی در طراحی
سیستم‌های فنی و توصیف عملکردشان
پیاده‌سازی ساختار عملکرد
توسعه ساختارهای کاری
توسعه مفاهیم

ورود به راهنمای فاز دوم

ورود به راهنمای فاز اول

ورود به برگه‌ی مقدمات طراحی

ورود به مجموعه‌ی طراحی مهندسی