تابع اعتبارات التحميل والوظيفة

1- مقدمة:-

ما زلنا نستعرض الفئة الأولى من اعتبارات التصميم الميكانيكي وهي “اعتبارات التحميل والوظيفة” وكما عرفناها في المقال الثالث بأنها تهتم بالوصول بالتصميم لأفضل صورة تستطيع التعامل مع الأحمال والاجهادات المختلفة دون حدوث كسر أو فشل للتصميم (Failure) وتجنب أشكال التصميم التي قد تعوق المنتج من أداء وظيفته بالشكل الأمثل

سنكمل في هذا المقال الحديث عن الموثوقية (Reliability)  ثم سنتحدث عن اعتبار من أهم اعتبارات التحميل والوظيفة وهو الجساءة(Stiffness)  والتي يمكن تعريفها على أنها مقاومة التصميم لتغيُر أبعاده تحت تأثير القوى أو الأحمال المؤثرة عليه, لنتختم بعد ذلك المقال بمقدمة عن علم الترايبولوجي وهو علم دراسة الأسطح المتفاعلة وبينها حركة نسبية والعلاقات المرتبطة بها تمهيداً للحديث عن تأثير الاحتكاك .

2-.تابع الحديث عن الاعتمادية (Reliability): –

تحدثنا في المقال السابق عن معنى الاعتمادية أو الموثوقية وأهميتها كإعتبار مهم بالنسبة لمهندس التصميم الميكانيكي كمعيار يحدد مدى قابلية المنتج للمنافسة في الأسواق.

توجد طرق عديدة لتقييم الموثوقية أو الاعتمادية للتصميم قبل طرحه في السوق منها الطرق التحليلية والرياضية أو من خلال الاختبارات العملية

ترتبط الصيانة بالاعتمادية، فكلما كان المنتج أكثر اعتمادية كلما احتاج لوقت وتكاليف أقل لعملية الصيانة والعكس صحيح.

تتضح هذه العلاقة بين الصيانة والاعتمادية من منحى يعرف ب Failure Bathtub Curve 

وهو منحنى الزمن ومعدل حدوث الفشل أو احتمالاته بالنسبة للتصميم.

كلمة Bathtub تعنى حوض استحمام وهو ما يعبر عن شكل هذا المنحنى فعليا.

Reliability & The Bathtub Curve

في بداية عمر المنتج، يكون معدل الفشل مرتفعا، ولكنه يتناقص بسرعة حيث يتم تحديد المنتجات المعيبة والتخلص منها، ويتم التغلب على المصادر المبكرة للفشل المحتمل مثل
المعالجة والتركيب.

في منتصف عمر المنتج بشكل عام بالنسبة للمنتجات الاستهلاكية يكون معدل الفشل منخفضا
وثابتا. 

في أواخر عمر المنتج، يزداد معدل الفشل، حيث يؤثر العمر والتآكل على المنتج. 

لفهم المنحنى أكثر دعنا نطبقه على مثال واقعي نفترض أنك قمت بشراء ماكينة تجليخ أسطواني لتحسين خواص الأسطح للمنتجات النهائية لمصنعك, في بداية الأمر تقوم بتجميع الماكينة وتثبيتها واختبارها للتأكد من سلامتها للعمل وهذه هي المرحلة الأولى من المنحنى (Sart-up commissioning)  وفي هذه المرحلة تكون احتمالات الفشل عالية نتيجة لأسباب عديدة منها عدم استقرار الماكينة أو خطأ في تركيبها ونلاحظ أن فترى قصيرة لأنه غالباٌ ما يتم اكتشاف هذه الأخطاء سريعاً وإصلاحها.

المرحلة الثانية تمثل العمر الافتراضي للماكينة والفترة التي نؤدي فيها وظيفتها باستقرار (Normal service).

المرحلة الثالثة (Wear out)  تبدأ الماكينة في هذه المرحلة بإبداء بعض العلامات التي تشير لانخفاض كفاءتها فنقوم بعمل صيانة مناسبة لحالتها.

هذا المنحنى مر بالعديد من التصورات منذ الحرب العالمية الأولى الآن، ولكن الصور السابقة هي الأكثر شيوعاً له.

نلاحظ أن هذا المنحنى لا يطبق على دائماً، بل أحياناً يكون سلوك آخر لبعض المنتجات وفقاُ لظروف التشغيل والعمل.

من أهم فوائد هذا المنحنى هو المساعدة في عمل صيانة وقائية للمنتج لتجنب تعطله ووقف العملية الإنتاجية.

3.الجساءة (Stiffness)

الاعتبار الثالث من اعتبارات التحميل والوظيفة وتعبر عن قدرة التصميم على مقاومة التغيُر في أبعاده تحت تأثير الأحمال المختلفة.

لذلك لابد للمصمم أن يضع في اعتباره أن يكون التصميم مدعم بشكل كافي للصمود أمام الأحمال المختلفة.

تدعيم التصميم يمكن أن يكون من خلال اختيار مواد ذات جساءة عالية أو من خلال وضع أعمدة وأعصاب في التصميم في لتدعيم الأماكن التي يؤثر فيها الحمل.

4.مقدمة عن علم الترايبولوجي: –

الترايبولوجي هو علم وتكنولوجيا الأسطح المتفاعلة وبينها حركة نسبية والممارسات المتعلقة بها.

السطح الذي تراه بالعين المجردة قد يبدوا ناعم وأملس إذا تم تكبيره تحت الميكروسكوب سيظهر شكل أشبه بالجبال والهضاب وهو ما نسميه طبوغرافيا السطح.

دراسة الأسطح وخواصها مهم لفهم اعتبارات التصميم الميكانيكي كالاحتكاك والبري والتآكل وهو موضوع المقال القادم بإذن الله

المراجع

• The Blame Machine, Why Human Error Causes Accidents – Whittingham, 2007.

• Barnard, R.W.A. (2008). “What is wrong with Reliability Engineering?” Lambda Consulting.

• Reliability and Safety Engineering – Verma, Ajit Kumar, Ajit, Srividya, Karanki, Durga Rao(2010).