علوم التصنيع

هندسة التصنيع:

هندسة التصنيع: هي إحدى فروع الهندسة المهنية. تتطلب القدرة على التخطيط والتجهيز لعمليات التصنيع؛ وذلك بهدف تطوير وتحديث جميع العمليات والأدوات والمعدات والآلات، إضافةً إلى الأنظمة والمرافق لتصنيع منتجات ذات جودة عالية مع الإنفاق المناسب لرأس المال، كما أنّ التركيز الرئيسي لمهندس الإنتاج أو التصنيع هو تبديل المواد الخام إلى منتج جديد أومنتج محدث بجميع الطرق الفعالة والتي تتكون كفاءتها عالية واقتصادية.

على ماذا تستند هندسة التصنيع:

تستند هندسة التصنيع على أساليب الهندسة الميكانيكية الأساسية والهندسة الصناعية، حيث يتعتبر هذه العناصر هامة في عمليات التجارة والميكاترونيك وإدارة الأعمال والاقتصاد. كما يمتلك هذا الحقل تكامل متنوع لأنظمة الإنتاج والمنشآت والمنتجات التي لها جودة (مع الإستهلاك الأمثل) عبر نتائج دراسات نظم التصنيع وتطبيق مبادئ الفيزياء، ومن أهم العوامل التي ترتكز عليها تلك الهندسة:

• وضع النظام التدريجي.
  
• النظام الأمريكي للتصنيع.
  
• كثافة الإنتاج بكميات ضخمة.
  
• تقنيات بمساعدة الكمبيوتر في التصنيع.  
• حرفة أو نقابة.
  
• نظام المصنع البريطاني.
  
• الجماعية السوفيتية في التصنيع.
  
• صناعة الحاسب المتكاملة.
  
• وقت التصنيع.
  
• التصنيع المرن.
  
• تصنيع رشيق.
   
• التخصيص الشامل.
  
• الصناعة المسبقة.
  
• التصنيع السريع.
  
• الملكية.
  
• التدقيق.
  يقوم مهندسو التصنيع بإنشاء وتطويرعمليات الإنتاج والأدوات المادية و والتكنولوجيا. وهي منطقة كبير وواسعة جداً تشمل تطوير وتصميم المنتجات، حيث تكون الهندسة التصنيعية إحدى المجالات الفرعية لهندسة الأنظمة الصناعية وقد يكون لها تداخل قوي جدًا مع الهندسة الميكانيكية.
  يؤثر فشل أو نجاح مهندسين التصنيع بشكل كبير جداً ومباشرعلى انتشار الابتكار وتتطور التكنولوجيا، وهذا المدى من هندسة التصنيع انطلق من الموروثات والأدوات في بداية القرن العشرين، كما أنها نتشرت بشكل كبير منذ 1960 عندما لجأت البلدان الصناعية إلى إدخال المصانع مع:  
  

• طرق إحصائية حديثة لمراقبة ومتابعة الجودة: هذه المصانع كانت متقدمة من خلال المهندس الكهربائي وليام إدواردز ديمنج الأمريكي وهي نفس الطرق المستخدمة في متابعة الجودة التي تحولت فيما بعد إلى مصانع يابانية ثم إلى قادة عالميين في مجال جودة الإنتاج وفعالية التكلفة.
  
• أدوات أنظمة الإنتاج الآلي وآلة التحكم العددي.
  
• الروبوتات الصناعية في أنحاء المصنع، التي تم أنشائها في أواخر السبعينيات: تستطيع أسلحة اللحام أن تقوم بعمل مهام بسيطة وسهله مثل تجميع باب السيارة بسرعة جيدة وبلا عيب على مدار يوم كامل . وهذا يساعد في تحسين سرعة الإنتاج وتدني التكاليف.
  

بماذا تساعد هندسة التصنيع؟

• تصميم طريقة للإنتاج بكفاءة وتحليل المنتج بكفاءة.
  
• تصميم وتركيب معدات حديثة وجديدة.
  
• التصميم التعريفي لعملية التصنيع.
  
•  الإشراف والتفقد العام ومراقبة الآلات وكذلك التنسيق والإصلاح والترقيات وصيانة المشروع عند الحاجة.
  
• التحسين المتكرر والتخلص المستمر من النفايات من خلال اللجوء إلى عمليات التحليل المستمر وتحديد أوجه الاختلاف داخل النظام.
  
• العمل مع موظفين التصنيع للتمرين على عمليات توقيت التشغيل أوالمعدات الجديدة.
  
• قد تكون هناك الكثير من المسؤوليات في وضع الميزانية تسمح بجعل مهندس التصنيع على كفاءة عالية.
  
• المساعدة في معرفة المشاكل وإعادة إصلاحها داخل التصنيع.
  

تاريخ التصنيع:

نستطيع متابعة ورؤية تاريخ هندسة التصنيع للمصانع في منتصف القرن التاسع عشر بالمملكة المتحدة والولايات المتحدة الأمريكية وفي القرن الثامن عشر.
يعتبر الكثير من المؤرخين والباحثين أن مصنع سوهو ماثيو بولتون الذي أُسس عام 1761 في برمنغهام هو أول مصنع حديث جداً، كما يمكن تسليم مطالبات متشابه لمطحن آركرايت في كرومفورد ميل (1771) وايضاً مطحن الحرير جون لومب في ديربي عام 1721، أو مطحن ريتشارد . تم صناعة Cromford Mill خصيصًا لتحمل المعدات التي يتبناها ولتناول المواد عبر عمليات التصنيع المتنوعة.
استطاع مصنع بوتوسي أن يستفيد من الفضة الكثيفة التي تم استخلاصها من مكان قريب إلى جانب العملات المعدنية وعبوات سبيكة المصنعة من الفضة. إذ ان المستعمرات البرطانية قامت في القرن التاسع عشر ببناء المصانع بكل سهولة، حيث تضم عدد ضخم من العمال الذين يقومون بالأعمال اليدوية، وأحياناً في تصنيع المنسوجات. وقد أثبت أن ذلك أكبر كفاءة وقدرة لإدارة وتسليم المواد على العمال والأفراد مقارنة بالأساليب الغير حديثة للتصنيع، مثل نظام التخلص التدريجي أو الصناعات المنزلية.
استعملت مصانع القطن التصنيعات والاختراعات، مثل القوة التي تأشر في الأفق والمحرك البخاري، في بناية المصانع الصناعية في القرن التاسع عشر، حيث استطاعت الأجزاء القابلة للتحديث والإستبدال والآلات الدقيقة من تحقيق نفايات أقل وكفاءة أضخم. بينت هذه التجربة البُنية الأساسية للدراسات التابعة لهندسة التصنيع، تأخذ المصانع الغير ميكانيكية مكان المتاجر التقليدية الحرفية كونها تأخذ الشكل الرئيسي لمؤسسة التصنيع.
لقد صنع هنري فورد ثورة كبيرة في مفهوم المصنع وكذلك هندسة التصنيع في بداية القرن العشرين مع الإنتاج والابتكار العملاق. هناك عمال مهتمون ومتخصصون للغاية يقفون جنباً إلى جنب مع مجموعة من المنحدرات المستمرة لصناعة منتج مثل صناعة (في حالة فورد) سيارة. وقد أوصل هذا المفهوم إلى تدني أسعار الإنتاج بنسبة كبير بالنسبة لكافة السلع المنتجة تقريباً، كذلك أدى إلى ظهور عصراً من الاستهلاك.

التطورات الحديثة للتصنيع:

ساهمت القيود المالية وتراجع في العضوية وعدم تباين الفروق بين مختلف فروع الهندسة إلى ضم جميع المتطلبات مع بعضها البعض
إلى جانب ذلك فقد كان التقييم الخارجي المستقل عبارة عن منظمة ضخمة جداً، خاصةً بعد اللجوء إلى وضع قسم متخصص في عمليات التقييم الخارجي، حيث عقدت دورة تدريبية للتقييم الخارجي المستقل في نفس الوقت، مع الوصول إلى القسم الجديد للتصنيع في الإختبار الخارجي الوحيد. أصبح التقييم الخارجي المستقل تابعاً إلى معهد المهندسين المدمجين (IIE) في شهر مارس لعام 2006.

تضم الدراسات الحديثة للهندسة التصنيعية كل العمليات الكبيرة المطلوبة لإنتاج وتصدير مكونات المنتج وإكمالها. تستعمل ببعض الصناعات، مثل شركات إنتاج أشباه الصلب والموصلات، مصطلح “التصنيع” لهذه العمليات، حيث يتم استعمال التشغيل التلقائي في عمليات التصنيع المتنوعة مثل اللحام والآلات.
يشير التصنيع التلقائي إلى تطبيق التشغيل الآلي لإنتاج وتصدير السلع المنتجة في المصنع، كما يتم كشف المميزات الرئيسية لعملية التصنيع التلقائي من خلال التشغيل النشط للتشغيل الآلي وتضم: تخفيف زمن القيادة، الاتساق العالي والضغط، تقليل المناولة، تبسيط الإنتاج، تحسين معنويات العاملين، تحسين تدفق العمل.

الروبوت الصناعي هو تطبيق الميكاترونيك المتمم لصناعة الروبوتات، والتي تستعمل في كثير من الأحيان بالتصنيع لعمل المهام المتكررة،غير الضارة والخطرة. قد تتصنع هذه الروبوتات من أي حجم وشكل، لكن جميعها مبرمجة عند الإنتاج، كما تمتاز بأنها قادرة على التفاعل جسدياً مع كل العالم. لعمل روبوت، يوظف المهندس أحياناً الكينماتيكا ليتم تحديد مجال الحركة في الروبوت والميكانيكا ليتم تحديد الضغط داخل الروبوت، كما تُستعمل الروبوتات على مجال واسع في هندسة التصنيع.

تقوم الروبوتات بتوفير المال على العمالة في الشركات ، أو تولي مهما تشديدة الخطورة أو دقيقة للغاية بالنسبة للإنسان؛ ليعمل بأداء اقتصادي جيد، ولضمان جودة أفخم.
توظف الكثير من الشركات الخطوط التي تجمع الروبوتات، وبعض المصانع تعمل على تحديث روبوتاتها بحيث يمكن أن يتم تشغيلها بأنفسها، أما خارج المصانع، فقد تم استعمال الروبوتات لاستكشاف الفضاء، والتخلص من القنابل، والكثير من المجالات الأخرى. كما يتم بيع الروبوتات لمختلف التطبيقات السكنية.

مهندسين التصنيع:

يركز مهندسون التصنيع على تطوير وتصميم وتشغيل أنظمة الإنتاج الكاملة للحصول على أفضل المنتجات ذات التنافسية الاقتصادية وذات جودة عالية. قد يضم هذا النظام معدات مختلفة من مواد وروبوتات وأدوات الآلات وحتى شبكات الكمبيوتر وأجهزته.

منهج مهندسين التصنيع:

يشمل المنهج التأسيسي لأخذ درجة البكالوريوس في هندسة الإنتاج أوهندسة التصنيع أدناه المنهج الدراسي المبين. يكون هذا المنهج مرتبط ارتباط وثيق بالهندسة الميكانيكية والهندسة الصناعية، ولكنه يتنوع من خلال التركيز على علوم الإنتاج أوعلوم التصنيع. ويشمل المجالات التالية:

الرياضيات حساب المعادلات التفاضلية، التفاضل والتكامل، الجبر الخطي والإحصاء، الميكانيكا (الإحصاء والديناميات)، ميكانيكا الموائع، الميكانيكا الصلبة، قوة المواد، علم المواد، علم السوائل المتحركة، ديناميكا الموائع، علم الخصائص الميكانيكية، نقل الحرارة، التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تحويل الطاقة، الديناميكا الحرارية التطبيقية، الرسومات الهندسية، الرسم الهندسي (الصياغة) والتصميم الهندسي، القياس، تصميم الآلية بما يخص الكينماتيكية والديناميكيات، تحليل الدائرة، عمليات التصنيع، الميكاترونيك، الهندسة العكسية، صناعة هزيلة، التشغيل الآلي، مراقبة الجودة.