شما در حال خواندن درس سیستم‌های فنی و توصیف عملکردشان از فاز دوم طراحی هستید.

سیستمهای فنی یا تکنیکال (Technical Systems)

یکی از رویکردهای رایج در طراحی مفهومی این است که اصلی‌ترین عملکرد مورد انتظارمان از محصول را شناسایی کرده و آن را به عملکردهای کوچک‌تر و ساده‌تر تقسیم کنیم. در مرحله‌ی بعد، برای هر کدام از این عملکردها یک یا چند راهکار پیدا می‌کنیم و با ترکیب‌شان به یک یا چند راهکار کلّی‌تر می‌رسیم که مبنایی برای ادامه‌ی مسیرمان در فرایند طراحی هستند.

برای پیمودن مسیری که گفتیم، پیش از هر چیز لازم است که با مفاهیمی مثل سیستم فنی (Technical System) و عملکرد (Function) آشنا شوید. همچنین در اکثر منابع طراحی برای توصیف عملکردها از جریان‌های انرژی و مواد و سیگنال استفاده می‌شود که در این درس به آن می‌پردازیم و در آینده، مبنای کارمان برای پیاده‌سازی ساختارهای عملکرد (Function Structures Establishment) خواهد بود.

مفهوم مصنوعات فنی (Technical Artefacts)

فرایند طراحی مهندسی اولاً برای حلّ مسائل فنّی (Technical) است و دوماً برای ایجاد کارخانه، تجهیزات، ماشین‌آلات، مجموعه‌های مونتاژی یا قطعات استفاده می‌شود که اصطلاحاً به آن‌ها مصنوعات فنی (Technical Artefacts) می‌گویند. توجه کنید که کلمه‌ی artefact الزاماً در مورد چیزهای ساخته شده نیست و می‌تواند برای محصولات آینده‌ی طراحی مورد استفاده قرار بگیرد. از طرفی، روشن است که راهکار یک مسأله‌ی فنی، خودش هم فنّی محسوب می‌شود و به همین علت برای اشاره به این مصنوعات از کلمه‌ی فنّی استفاده می‌شود.

مفهوم سیستم‌های فنی (Technical Systems)

با این که هدف اصلی طراحی مهندسی ایجاد مصنوعات فنّی است (Technical Artefacts) اما معمولاً در منابع از عبارت سیستم‌های فنی (Technical Systems) برای آن‌ها استفاده می‌شود. واژگان مصنوعات (مصنوع) و سیستم با هم مترادف نیستند، یعنی الزاماً قرار نیست که یک محصول را سیستم بدانیم، با این حال سال‌ها قبل تعدادی از نویسندگان حوزه‌ی طراحی (مثل هوبکا) پیشنهاد کردند که با مصنوعات فنی به عنوان سیستم رفتار کنیم و این پیشنهاد کماکان مورد تأیید طراحان است. اما نگاه سیستمی به مصنوعات فنی (همان محصولی که از طراحی به دست می‌آید) به چه معناست؟

وقتی مصنوعات فنی، مثل یک قطعه، را سیستم در نظر می‌گیریم در درجه‌ی اول باید مرزی برای آن تصور کنیم. ارتباط این سیستم با محیط اطراف (هر جایی که بیرون مرزها است) از طریق ورودی‌ها (Inputs) و خروجی‌ها (Outputs) است، یعنی چیزهایی از محیط به درون مرز سیستم راه پیدا می‌کنند و چیزهایی هم از داخل مرزها (همان سیستم) به سمت محیط روانه می‌شوند. خروجی‌ها تا حدّ زیادی از اتفاقات درون سیستم نشأت می‌گیرند و اتفاقات درون سیستم تا حدّ زیادی بر اساس خواسته‌ها و عملکرد مورد انتظارمان از محصول هستند، با این حال روشن است که احتمالاً در مرحله‌ی طراحی مفهومی چیز زیادی از این اتفاقات نمی‌دانیم.

وقتی مصنوعات فنی را سیستم در نظر می‌گیریم، یعنی باید مرزی داشته باشند و آن وقت برای کشف ارتباط‌شان با محیط اطراف، بررسی می‌کنیم که چه چیزهایی به عنوان ورودی (Input) به داخل این مرز وارد، و چه چیزهایی به عنوان خروجی (Output) از آن خارج می‌شود.

سیستم کارخانه

سیستم‌ها پدیده‌های واقعی نیستند و خودمان آن‌ها را می‌سازیم. از آن جایی که اهداف و نظرات افراد متفاوت است، یک سیستم می‌تواند به روش‌های گوناگون تعریف شود، یعنی مرزها یا ورودی‌ها و خروجی‌های متفاوتی داشته باشد. در تصویر زیر ورود و خروج اطلاعات به یک کامپیوتر را به چهار روش مختلف نشان دادیم و در هر مثال از مرزبندی متفاوتی استفاده کردیم.

تعریف مرزهای سیستم

همانطور که در تصویر بالا مشاهده کردید، مرزهای سیستم می‌تواند به شیوه‌های مختلفی انتخاب شود. همچنین در مدل‌سازی قرار نیست که تمام ورودی‌ها و خروجی‌ها را به تصویر بکشیم و صرفاً مواردی را انتخاب می‌کنیم که با هدف‌مان از مطالعه‌ی سیستم هماهنگ باشد. در مثال زیر تصمیم گرفتیم که جای جریان اطلاعات (موضوع مثال‌های قبلی)، جریان انرژی در یک کامپیوتر را به تصویر بکشیم و به این ترتیب ورودی‌ها و خروجی‌های متفاوتی را در نظر گرفتیم.

سیستم‌های فنی می‌توانند به سیستم‌های کوچک‌تر تقسیم شوند که به آن‌ها زیرسیستم (Subsystem) می‌گویند و خود این زیرمجموعه‌ها نیز می‌توانند به زیرسیستم‌های کوچک‌تری تقسیم شوند. طبیعتاً همانطور که سیستم‌ها بر اساس اهداف و خواسته‌های ما تعریف می‌شوند، تقسیم آن‌ها به زیرسیستم هم الزاماً به شکل واحدی انجام نمی‌شود، مثلاً شاید سیستم کارخانه در یک پروژه بر اساس نوع فعالیت‌هایی که انجام می‌شود و در پروژه‌ای دیگر بر اساس تحصیلات کارگران یا ملاحظات ایمنی به چند زیر سیستم تقسیم شود. همچنین تجزیه‌ی سیستم یک دستگاه مثل تلویزیون به زیرسیستم‌ها می‌تواند بر اساس معیارهایی چون عملکرد مجموعه‌ها، روش‌ مونتاژ یا وابستگی قطعات به هم باشد. در تصویر زیر، سیستم خودرو به چند زیر سیستم تقسیم شده است.

سیستم خودرو و زیرسیستم ها

توصیف عملکرد با جریان انرژی و ماده و سیگنال

همانطور که گفتیم، تعدادی از طراحان اعتقاد داشتند که بهتر است با مصنوعات فنی به عنوان سیستم رفتار کنیم و لذا در بخش قبل، پاره‌ای از مهم‌ترین نکات مربوط به سیستم‌ها را مرور کردیم. اما سوال این است که از این مباحث چه هدفی را دنبال می‌کنیم؟ فرقی ندارد که کدام فرایند طراحی را مبنا قرار می‌دهیم. به صورت کلّی یکی از موضوعاتی که در طراحی مفهومی مورد توجه قرار می‌گیرد، عملکردهایی است که از محصول انتظار داریم و نگاه سیستمی ما به توصیف این عملکردها کمک می‌کند. به عبارتی دیگر، هدف ما از سیستم دانستن مصنوعات فنی و تعریف مرز و تعیین ورودی‌ها و خروجی‌ها این است که عملکردشان را به تصویر بکشیم.

طبیعتاً برای نمایش عملکردها، آزادی عمل داریم که مرزها و ورودی‌ها و خروجی‌ها را به سلیقه‌ی خودمان تعیین کنیم، مثلاً در تصویر زیر عملکرد یک مداد را به صورت سیستمی نشان دادیم.

با این که مدل‌سازی ارائه شده در تصویر قبلی می‌تواند واقعاً کارساز باشد و مبنای عمل قرار بگیرد، اما نظریه‌ای وجود دارد که کار را ساده‌تر می‌کند و طراحان زیادی از آن استقبال کرده‌اند. بر اساس این نظریه می‌توانیم سیستم‌های فنی (کارخانه، تجهیزات، ماشین‌آلات، مجموعه‌ها، قطعات) را مبدّل‌های انرژی و ماده و سیگنال بدانیم، یعنی برای توصیف عملکرد یک سیستم کافیست نشان دهیم که چگونه انرژی و ماده و سیگنال را تبدیل می‌کند.

برای اینکه بتوانیم سیستم خود را مطابق این نظریه پیاده‌سازی کنیم لازم است مرزها و ورودی‌ها و خروجی‌ها به نحوی تعریف شود که نمایانگر تغییرات ماده و انرژی و سیگنال توسط سیستم باشد که در تصویر زیر نشان دادیم. به این شیوه‌ی نمایش اصطلاحاً جعبه‌ی سیاه (Black Box) و به تغییرات ماده و انرژی و سیگنال اصطلاحاً جریان (Flow) می‌گویند (جریان ماده، جریان انرژی، جریان سیگنال).

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، برای نمایش جریان‌های ماده و انرژی و سیگنال از بردارهای متفاوتی استفاده شده است. به صورت کلّی لازم است که بردارها به شیوه‌های متفاوتی نمایش داده شوند، اما ضرورتی ندارد که الزاماً مطابق تصویر بالا باشند. (مثلاً می‌توانید سیگنال‌ها را با خط چین و ماده را با خط صف نشان دهید)

مروری بر مطالب
برای این که موضوع را کاملاً درک کنید، مطالب را در قالب چند سؤال و جواب مرور می‌کنیم. برای این که محصول‌مان طراحی شود باید عملکرد آن را بدانیم. تعیین دقیق عملکرد می‌تواند دشوار باشد، اما نظریه‌ای وجود دارد که آن را ساده می‌کند. مطابق این نظریه محصول‌مان مبدّل است و عملکردش تبدیل کردن است. چه چیزهایی را تبدیل می‌کند؟ انرژی و ماده و سیگنال. یعنی مصنوعات فنّی عملکردی جز تبدیل انرژی و ماده و سیگنال ندارد؟ حتماً دارند، اما اگر همین تبدیل‌ها را در نظر بگیریم، عملکردشان تا حد زیادی توصیف می‌شود. آیا این ادعا همیشه درست است؟ خیر! این یک نظریه‌ی مشهور است و الزاماً درست نیست، اما از گذشته تا به امروز در بسیاری از منابع طراحی به آن اشاره شده است و طراحان زیادی از آن استفاده می‌کنند.

در ادامه لازم است که منظورمان از جریان‌های انرژی و ماده و سیگنال را شفاف‌سازی کنیم.

انرژی همان توان انجام کار است. اگر انرژی نباشد، کاری انجام نمی‌شود. انرژی می‌تواند در اشکال متفاوتی مثل مکانیکی، حرارتی، هسته‌ای یا الکتریکی باشد و از منابع طبیعی و مصنوعی متفاوتی تأمین شود. وقتی می‌گوییم که سیستم‌های فنی مبدل انرژی هستند، یعنی ممکن است آن را ذخیره، تبدیل، منتقل یا اتلاف کنند. یک موتور الکتریکی، انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می‌کند. یک خازن، انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کند. یک کابل مسی، انرژی الکتریسیته را منتقل می‌کند. یک موتور احتراق، انرژی شیمیایی را به حرارتی و مکانیکی تبدیل می‌کند. یک ایستگاه هسته‌ای، انرژی هسته‌ای را به انرژی حرارتی و انواع دیگر انرژی تبدیل می‌کند.

در مدل‌سازی از سیستم‌های فنّی توجه کنید که نیروهای وارد بر سیستم یا تغییرات‌شان هم می‌تواند به عنوان جریان انرژی در نظر گرفته شود. البته در بسیاری از مدل‌ها نیازی به توصیف نیروها نیست، اما اگر این نیاز وجود داشته باشد، می‌توانید نیروها را مستقیماً به عنوان ورودی یا خروجی نشان دهید و تبدیل‌شان به انرژی لازم نیست.

ماده به همه‌ی چیزهای فیزیکی گفته می‌شود که فضایی را اشغال می‌کنند. ماده می‌تواند در حالت‌های مختلف جامد، مایع، گاز یا پلاسما باشد. سیستم‌های فنّی همانطور که انرژی را تبدیل می‌کنند، مبدّل ماده هم هستند. جریان ماده می‌تواند با عملیاتی مثل ترکیب، انتقال، جدایش، پوشش‌دهی، بسته‌بندی، شکل‌دهی یا تغییر حالت شکل بگیرد. ارّه‌ی دستی با بریدن مواد، آن‌ها را از هم جدا می‌کند. مته با سوراخ کردن قطعه‌کار، بخشی از آن را حذف می‌کند. دستگاه بخارساز، آب را از حالت مایع به گاز تبدیل می‌کند. لوله‌ها برای انتقال مواد مایع یا گاز استفاده می‌شوند. مخلوط کن، مواد را در هم ادغام می‌کند.

سومین جریان، جریانِ اطلاعات یا همان سیگنال‌ است. سیستم فنی می‌تواند اطلاعات را آماده‌سازی، منتقل، دریافت، ارسال یا پردازش کند. رادیو اطلاعات را در قالب امواج دریافت می‌کند. سی‌پی‌یو اطلاعات را دریافت و پردازش و ارسال می‌کند. ترموستات دمای محیط را به سیگنال تبدیل، و آن را به مرکز کنترل ارسال می‌کند. یک کیت آزمایشگاهی با قرار گرفتن در معرض بعضی مواد، تغییر رنگ می‌دهد و وجود آن ماده را اطلاع‌رسانی می‌کند. کولیس با ابعاد هندسی قطعه‌کار تنظیم می‌شود و اندازه‌ی آن را نشان می‌‌دهد.

از آن جایی که معمولاً مستندات طراحی به زبان انگلیسی هستند، نسخه‌ی انگلیسی جدول بالا را هم برایتان آماده کردیم تا برای انتخاب کلمات از آن استفاده کنید.

در سیستم‌های فنی ممکن است که یکی از جریان‌های ماده، انرژی یا سیگنال پررنگ و جریان‌های دیگر کمرنگ باشد. معمولاً طراحان، جریان قوی‌تر است را جریان اصلی (Main Flow) و سایر جریان‌ها را جریان فرعی می‌دانند. گاهی یک یا هر دو جریان فرعی به اندازه‌ای ناچیز هستند که نادیده گرفته می‌شوند، با این حال معمولاً هر سه جریان وجود دارند و برای توصیف عملکرد از آن‌ها استفاده می‌شود.

به عنوان یک نکته‌ی کاربردی یادتان باشد که در روش جعبه سیاه، لازم نیست در مورد مرزهای سیستم حساسیت نشان دهیم و جای آن باید روی نمایش ورودی‌ها و خروجی‌ها تمرکز کنیم تا هیچ تبدیل مهمی از قلم نیافتد. البته این مسأله تعارضی با مفاهیم سیستم ندارد، منتها گاهاً تجسم دقیق مرزها دشوار است و ضمناً در طراحی محصولات جدید (Original Design) تجسم دقیقی از محصول وجود ندارد. برای درک این نکته به تصویر زیر نگاه کنید. این مدلی است که در کتاب طراحی مهندسی جورج دیتر برای توصیف عملکرد یک خودکار ارائه شده است.

در درس بعد با نمونه‌های متعددی از ساختارهای عملکرد آشنا می‌شوید و یاد می‌گیرید که معمولاً این ساختار را برای یک عملکرد کلّی می‌نویسیم نه یک محصول مشخص. به عبارت دیگر، سیستم بالا در اصل برای خودکار نیست، بلکه می‌خواهد عملکرد سیستمی را توصیف کند که برای ثبت جوهر روی کاغذ استفاده می‌شود. طبیعتاً این سیستم نمی‌تواند مرزهای دقیق و مشخصی داشته باشد و تمرکز اصلی روی تبدیل‌های ماده و انرژی است. این در حالی است که اگر واقعاً یک خودکار را شبیه‌سازی می‌کردیم، احتمالاً مرز تعریف شده طوری نبود که جوهر و کاغذ به عنوان ورودی‌ها و خروجی‌های آن باشند و به این ترتیب، توصیف عملکرد دشوارتر می‌شد.

تمرین‌ها
در مثال بالا (عملکرد وسیله‌ای برای ثبت جوهر روی کاغذ) جریان سیگنال نمایش داده نشده است، با این حال می‌تواند وجود داشته باشد. به نظرتان این وسیله چگونه می‌تواند اطلاعات را تبدیل کند؟ حدأقل یک ورودی جدید برای این سیستم در نظر بگیرید که از جنس اطلاعات یا سیگنال باشد.

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