التحليل الوظيفي للمنتج

3. دفتر الشروط الوظيفي: معايير التقدير والمستويات والمرونة

ما هو دفتر الشروط الوظيفي؟

> دفتر الشروط الوظيفي (cahier des charges fonctionnel, CdCF) وثيقة يعبّر بها صاحب الطلب (الزبون) عن حاجته في شكل وظائف خدمة وقيود، دون أن يفرض على المصمم حلولاً تقنية. كل وظيفة فيه مميَّزة بمعايير تقدير ومستويات ومرونة.

ينظم محتواه في فرنسا المعيار NF X50-151 (حلّ محله المعيار الأوروبي NF EN 16271). يتضمن عادة:

• تقديم المنتج وسوقه والهدف من المشروع؛
• التعبير عن الحاجة (مخطط القرون) والتحقق من ثباتها؛
• مراحل حياة المنتج والوسط المحيط في كل مرحلة (مخطط التأثير)؛
• جدول وظائف الخدمة مع تمييز كل وظيفة؛
• القيود العامة: الثمن، الآجال، المعايير والقوانين.

الدفتر هو «عقد» بين الزبون والمصمم: المصمم حر في اختيار الحلول، لكن الحل المقترح يُقبل فقط إذا حقق مستويات الدفتر.

تمييز الوظيفة: ثلاثة عناصر

| العنصر | بالفرنسية | التعريف | مثال (FP1 للمخفض) | |---|---|---|---| | معيار التقدير | critère d'appréciation | خاصية نقيس بها مدى تحقق الوظيفة | سرعة شريط البساط | | المستوى | niveau | قيمة المعيار بوحدته، مع حدوده أو سماحه | $1{,}5 \pm 0{,}1\ m/s$ | | المرونة | flexibilité | مدى قابلية المستوى للتفاوض | F1 |

أصناف المرونة

| الصنف | المعنى | بالفرنسية | |---|---|---| | F0 | مرونة منعدمة: المستوى إلزامي | niveau impératif | | F1 | مرونة ضعيفة: المستوى قليل التفاوض | peu négociable | | F2 | مرونة متوسطة: المستوى قابل للتفاوض | négociable | | F3 | مرونة كبيرة: المستوى قابل للتفاوض كثيراً | très négociable |

> قاعدة للحفظ: كلما كبر رقم المرونة زادت حرية المصمم. مستوى من الصنف F0 لا يُتجاوز أبداً (قيد أمن، أبعاد تركيب مفروضة…)، أما F3 فهو رغبة يمكن التنازل عنها مقابل ثمن أقل مثلاً.

دفتر الشروط لمخفض البساط (مقتطف)

المعطيات: محرك كهربائي $P = 1{,}5\ kW$ يدور بـ $n_e = 1440\ tr/min$، وأسطوانة بساط قطرها $D = 100\ mm$.

| الوظيفة | معيار التقدير | المستوى | المرونة | |---|---|---|---| | FP1 | الاستطاعة المقبولة عند الدخول | 1,5 kW على الأقل | F0 | | FP1 | سرعة الدخول | 1440 tr/min | F0 | | FP1 | سرعة شريط البساط | $1{,}5 \pm 0{,}1\ m/s$ | F1 | | FP1 | المردود | $\eta \ge 0{,}95$ | F1 | | FC1 | قطر طرف عمود المحرك | 24 mm | F0 | | FC2 | قطر طرف عمود الأسطوانة | 30 mm | F0 | | FC3 | ثقوب التثبيت على الهيكل | 4 ثقوب بأبعاد الهيكل | F0 | | FC4 | درجة الحرارة المحيطة | من $-10$ إلى $+40\ °C$ | F1 | | FC4 | تسرب الزيت ودخول الغبار | منعدم | F0 | | FC5 | مدة تغيير الزيت | $t \le 15\ min$ | F2 | | FC6 | مستوى الضجيج | $L \le 75\ dB(A)$ | F1 |

لاحظ أن كل معيار قابل للقياس، وأن الدفتر لا يذكر «مسننات» ولا «مدحرجات»: يقول ماذا يجب أن يتحقق لا كيف.

مثال محلول: قبول حل أو رفضه بمستويات الدفتر

المعطيات: يقترح المصمم مخفضاً بمسننين أسطوانيين ذوي أسنان قائمة (المعيار $m = 2\ mm$):

• الحل A: ترس $z_3 = 20$ وعجلة $z_4 = 100$؛
• الحل B: ترس $z_3 = 18$ وعجلة $z_4 = 100$.

مردود المخفض في الحالتين $\eta = 0{,}96$.

المطلوب: تحقق من معيار «سرعة شريط البساط»، ثم احسب المزدوجة على عمود الخروج للحل المقبول.

الحل:

• سرعة عمود الخروج (المخفض بمسننين: $n_s = n_e \cdot z_3 / z_4$):

$ n_{sA} = 1440 \times \frac{20}{100} = 288\ tr/min $

$ n_{sB} = 1440\times\frac{18}{100} = 259{,}2\ tr/min $

• سرعة الشريط تساوي السرعة الخطية لمحيط الأسطوانة ($D$ بالمتر):

$ v = \frac{\pi \cdot D \cdot n_s}{60} $

$ v_A = \frac{\pi \times 0{,}1 \times 288}{60} = 1{,}51\ m/s $

$ v_B = \frac{\pi\times 0{,}1\times 259{,}2}{60} = 1{,}36\ m/s $

• المقارنة بالمستوى $1{,}5 \pm 0{,}1\ m/s$، أي المجال من 1,40 إلى 1,60 m/s:


يبين الشكل المجال المقبول باللون الأخضر: الحل A (1,51 m/s) داخله فهو مقبول، والحل B (1,36 m/s) خارجه فهو مرفوض؛ والمرونة F1 لا تسمح بالتنازل عن هذا الفرق.

• المزدوجة على عمود الخروج للحل A: الاستطاعة الخارجة $P_s = \eta \cdot P_e$ والسرعة الزاوية $\omega = \pi \cdot n / 30$:

$ P_s = 0{,}96 \times 1500 = 1440\ W $

$ \omega_s = \frac{\pi \times 288}{30} = 30{,}16\ rad/s $

$ C_s = \frac{P_s}{\omega_s} = \frac{1440}{30{,}16} $

$ C_s = 47{,}7\ N\cdot m $

ومعيار المردود محقق لأن $0{,}96 \ge 0{,}95$. للمقارنة، المزدوجة على عمود الدخول $C_e = 1500 / 150{,}8 = 9{,}95\ N\cdot m$: المخفض يقسم السرعة على 5 ويضرب المزدوجة في $5 \times 0{,}96 = 4{,}8$ تقريباً.

> ملاحظة للامتحان: عندما يُطلب «التحقق من معيار في دفتر الشروط»، اكتب العلاقة، عوّض بالوحدات الصحيحة ($D$ بالمتر لنحصل على m/s)، ثم قارن صراحة بالمستوى واختم بجملة: «المعيار محقق» أو «غير محقق».

أخطاء شائعة

• كتابة حل تقني في عمود معيار التقدير («عدد أسنان العجلة»): المعيار يخص الخدمة (سرعة الشريط) لا الحل.
• نسيان الوحدة أو السماح في المستوى: «1,5» وحدها لا تكفي.
• قلب أصناف المرونة: F0 هو الأشد صرامة لا F3.
• التعويض بـ $D = 100$ مع القسمة على 60 ثم كتابة النتيجة بـ m/s: النتيجة تكون عندئذ بـ mm/s.

4. المخطط الوظيفي A-0 (طريقة SADT)

طريقة SADT

SADT (Structured Analysis and Design Technique) طريقة لوصف نظام بأنشطته، من العام إلى الخاص: نبدأ بنشاط واحد يلخص كل ما يفعله النظام، ثم نفككه إلى أنشطة أصغر. المستوى الأعلى يسمى المخطط A-0 (يُقرأ «A ناقص صفر»)، وهو أكثر الأسئلة تكراراً في الجزء الوظيفي من موضوع البكالوريا.

> المخطط A-0 يمثل الوظيفة الإجمالية (fonction globale) للنظام في صندوق واحد، مع مادة العمل الداخلة والخارجة، ومعطيات التحكم، والداعم الذي ينجز الوظيفة.

عناصر المخطط A-0


يبين الشكل موضع كل عنصر حول الصندوق. لكل جهة معنى ثابت:

| الموضع | العنصر | بالفرنسية | ملاحظات | |---|---|---|---| | داخل الصندوق | الوظيفة الإجمالية | fonction globale | فعل + مادة العمل: «نقل الطرود»، «ثقب القطع» | | يسار (سهم داخل) | مادة العمل الداخلة | matière d'œuvre entrante (MOE) | الشيء قبل أن يغيّره النظام | | يمين (سهم خارج) | مادة العمل الخارجة | matière d'œuvre sortante (MOS) | الشيء نفسه بعد التغيير | | يمين أسفل | المخرجات الثانوية | pertes, déchets, comptes rendus | رايش، حرارة، ضجيج، إشارة «انتهت الدورة» | | أعلى (أسهم نازلة) | معطيات التحكم | données de contrôle | W، C، R، E | | أسفل (سهم صاعد) | الداعم | support | اسم الآلة أو النظام الذي ينجز الوظيفة |

معطيات التحكم الأربعة

| الرمز | الاسم | بالفرنسية | مثال | |---|---|---|---| | W | الطاقة | énergie | طاقة كهربائية، هوائية، هيدروليكية | | C | التشكيل | configuration | برنامج الدورة، اختيار نوع القطعة | | R | الضبط | réglage | ضبط السرعة، الشوط، توتر الشريط | | E | الاستغلال | exploitation | أوامر التشغيل: تشغيل/توقف، بدء الدورة (dcy) |

لا يُشترط ظهور الأربعة كلها: نرسم فقط ما يحتاجه النظام.

> كما تكتبها مواضيع البكالوريا وتصحيحاتها: تُسمّى مادة العمل غالباً «المادة الداخلة» و«المادة الخارجة»، وتُكتب معطيات التحكم بطبيعتها: «W: طاقة كهربائية (وهوائية)»، «C: أوامر» أو «برنامج، أمر بالتشغيل»، «ضبط». أي إن التصحيحات تجمع أوامر المشغّل كثيراً تحت C بدل E. كلا الشكلين يُقبل ما دامت المعطيات أعلى الصندوق والطاقة تحت W؛ في هذا الدرس نفصل C (ما يُختار قبل الإنتاج) عن E (أوامر المشغّل أثناء الاستغلال) كما في طريقة SADT.

القيمة المضافة

> القيمة المضافة (valeur ajoutée) هي الفرق بين مادة العمل الخارجة والداخلة: ما أضافه النظام إليها. هي سبب وجود النظام.

قد تكون القيمة المضافة تغييراً في الموضع (نقل)، أو في الشكل (تشغيل، ثني)، أو في الحالة (تعبئة، تجميع، تسخين)، أو في خصائص الطاقة (سرعة ومزدوجة)، أو في المعلومة (قياس، عرض).

أنواع مادة العمل

| نوع مادة العمل | مثال | MOE | MOS | القيمة المضافة | |---|---|---|---|---| | منتج / مادة | بساط ناقل | طرود في المركز A | طرود في المركز B | تغيير الموضع | | منتج / مادة | آلة تثقيب | قطعة غير مثقوبة | قطعة مثقوبة | تغيير الشكل | | طاقة | مخفض سرعة | طاقة ميكانيكية (سرعة كبيرة، مزدوجة صغيرة) | طاقة ميكانيكية (سرعة صغيرة، مزدوجة كبيرة) | ملاءمة السرعة والمزدوجة | | معلومة | جهاز قياس بالمقارن | بُعد غير معروف | قيمة البعد معروضة | تحويل البعد إلى قراءة |


يقارن الشكل بين حالتين. في (a) مادة العمل منتج: الطرود تدخل في المركز A وتخرج في المركز B، والطاقة الكهربائية W تنزل من الأعلى. في (b) مادة العمل هي الطاقة نفسها: تدخل طاقة ميكانيكية بـ $n_e = 1440\ tr/min$ و$C_e = 9{,}95\ N\cdot m$ وتخرج بـ $n_s = 288\ tr/min$ و$C_s = 47{,}7\ N\cdot m$، مع ضياع $1500 - 1440 = 60\ W$ في شكل حرارة. لذلك لا نرسم W أعلى صندوق المخفض: الطاقة موجودة يساراً كمادة عمل، ورسمها مرة ثانية في الأعلى يعني عدّها مرتين. (في مخطط القرون قلنا إن المخفض يؤثر على الأسطوانة؛ بدقة أكبر، ما يتغير هو الطاقة التي يوصلها إليها، ولهذا تكون مادة العمل في A-0 هي الطاقة.)

ملاحظة على اتجاه الرسم

في كثير من المواضيع المحررة بالعربية يُرسم المخطط معكوساً: مادة العمل الداخلة يميناً والخارجة يساراً، اتباعاً لاتجاه القراءة. هذا مقبول؛ ما يجب احترامه هو: السهم يدخل الصندوق من جهة MOE ويخرج من الجهة المقابلة نحو MOS، ومعطيات التحكم أعلى، والداعم أسفل.

من A-0 إلى المستوى A0

يمكن تفكيك الوظيفة الإجمالية إلى وظائف فرعية في مخطط A0 يحتوي صناديق A1، A2، A3… مرتبة من أعلى اليسار إلى أسفل اليمين، تمر بينها مادة العمل. مثال لآلة تثقيب آلية: A1 «تثبيت القطعة»، A2 «ثقب القطعة»، A3 «فك القطعة وإخلاؤها». في البكالوريا يكفي غالباً المستوى A-0.

مثال محلول: المخطط A-0 للمثقاب اليدوي

المعطيات: مثقاب كهربائي يدوي يُوصل بالشبكة (230 V)، به زناد تشغيل، وزر لاختيار اتجاه الدوران، وعجلة لضبط السرعة.

المطلوب: أنجز المخطط A-0 بكل عناصره.

الحل:

| العنصر | الجواب | |---|---| | الوظيفة الإجمالية | ثقب القطع (Percer des pièces) | | MOE | قطعة غير مثقوبة | | MOS | قطعة مثقوبة | | المخرجات الثانوية | رايش (copeaux)، ضجيج، حرارة | | W | طاقة كهربائية (الشبكة 230 V) | | R | ضبط السرعة واتجاه الدوران | | E | ضغط المستعمل على الزناد | | الداعم | المثقاب الكهربائي اليدوي |

القيمة المضافة: تغيير شكل القطعة بإنجاز ثقب فيها.

> ملاحظة للامتحان: الخطأ الأكثر كلفة هو كتابة اسم الآلة داخل الصندوق. الصندوق يحتوي فعلاً (الوظيفة)، واسم الآلة يُكتب أسفل في خانة الداعم.

أخطاء شائعة

• وضع الطاقة يساراً كمادة عمل في آلة تشتغل على قطع: الطاقة هنا معطى تحكم W أعلى الصندوق.
• اعتبار الرايش جزءاً من مادة العمل الخارجة: هو مخرج ثانوي يُرسم أسفل اليمين.
• كتابة MOS مختلفة في طبيعتها عن MOE («قطع» تدخل و«طاقة» تخرج): مادة العمل نفسها تدخل وتخرج بعد تغييرها.

5. الوظائف التقنية ومخطط FAST والحلول التكنولوجية

من وظائف الخدمة إلى الوظائف التقنية

بعد أن عرفنا ماذا يجب أن يفعل المنتج (وظائف الخدمة ودفتر الشروط)، ننتقل إلى التحليل الداخلي: كيف سيفعل ذلك؟

> الوظيفة التقنية (fonction technique, FT) وظيفة داخلية في المنتج يختارها المصمم لتحقيق وظيفة خدمة. تربط بين مكونات المنتج، ولا تهم المستعمل مباشرة.

| | وظيفة الخدمة | الوظيفة التقنية | |---|---|---| | وجهة النظر | المستعمل | المصمم | | ما تربطه | المنتج بعناصر وسطه المحيط | مكونات المنتج فيما بينها | | مكانها | مخطط التأثير ودفتر الشروط | مخطط FAST | | مثال (المخفض) | نقل الاستطاعة من المحرك إلى الأسطوانة | توجيه العمودين دورانياً |

مخطط FAST

FAST (Function Analysis System Technique) مخطط يفكك وظيفة خدمة إلى وظائف تقنية متتالية حتى نصل إلى الحلول التكنولوجية (solutions technologiques)، أي المكونات التي تحقق كل وظيفة.


يبين الشكل بنية المخطط: وظيفة الخدمة يساراً، ثم الوظائف التقنية (وقد تتفرع FT2 إلى FT21 وFT22)، ثم الحلول يميناً. يُقرأ بثلاثة أسئلة:

| الاتجاه | السؤال | بالفرنسية | معناه | |---|---|---|---| | من اليسار إلى اليمين | كيف؟ | Comment ? | كيف تتحقق هذه الوظيفة؟ الجواب في العمود الموالي | | من اليمين إلى اليسار | لماذا؟ | Pourquoi ? | لماذا توجد هذه الوظيفة أو هذا الحل؟ الجواب في العمود السابق | | عمودياً | متى؟ | Quand ? | الوظائف المتراكبة تتحقق في الوقت نفسه أو بالتتابع |

قواعد الإنشاء

• نبدأ من وظيفة الخدمة (غالباً FP1) في أقصى اليسار.
• نسأل «كيف؟» فنحصل على الوظائف التقنية، ونكرر السؤال حتى نصل إلى وظيفة يحققها مكون واحد أو مجموعة مكونات.
• كل وظيفة تقنية تبدأ بفعل («توجيه»، «ربط»، «نقل»، «تزييت»…).
• نكتب الحلول في أقصى اليمين بأسماء المكونات وأرقامها في جدول التسميات.
• نتحقق بسؤال «لماذا؟» من اليمين إلى اليسار: يجب أن يكون الجواب منطقياً في كل خطوة.

تطبيق: مخفض البساط الناقل


يبين المخطط الحركي سلسلة الإدارة: المحرك 1 يدير العمود-الترس 3 عبر القارن 2؛ الترس ($z = 20$) يعشق مع العجلة 4 ($z = 100$) المثبتة على عمود الخروج 5؛ كل عمود موجَّه دورانياً في العلبة 6 (وصلة محورية) بمدحرجتين 7، ورُسم رمز الوصلة المحورية في موضع كل مدحرجة؛ ثم يدير العمود 5 أسطوانة البساط 11 عبر القارن 10. التباعد المحوري متوافق مع المعيار وعددي الأسنان:

$ a = \frac{m (z_3 + z_4)}{2} = \frac{2 \times 120}{2} $

$ a = 120\ mm $

جدول التسميات:

| الرقم | التعيين | ملاحظة | |---|---|---| | 1 | محرك كهربائي | 1,5 kW؛ 1440 tr/min | | 2 | قارن مرن (accouplement élastique) | | | 3 | عمود-ترس (arbre-pignon) | $z = 20$؛ $m = 2\ mm$ | | 4 | عجلة مسننة (roue dentée) | $z = 100$ | | 5 | عمود الخروج | | | 6 | العلبة (carter) | EN-GJL-250 | | 7 | مدحرجة ذات صف واحد من الكريات بتلامس نصف قطري BC | 4 قطع | | 8 | خابور متوازي (clavette parallèle) | | | 9 | حلقة كتامة ذات شفة (joint à lèvres) | قطعتان | | 10 | قارن الخروج | | | 11 | أسطوانة البساط (tambour) | خارج المخفض |


يبين المخطط تفكيك FP1 إلى سبع وظائف تقنية، ولكل منها حلها. نتحقق من القراءة:

• كيف نخفض السرعة (FT2)؟ بالمسننين 3 و4.
• لماذا وُضع الخابور 8؟ لربط العجلة 4 بالعمود 5 (FT3)، ولماذا هذا الربط؟ لكي تنتقل الاستطاعة إلى الأسطوانة (FP1).
• متى يتحقق التزييت (FT5)؟ في الوقت نفسه الذي يتحقق فيه تخفيض السرعة (FT2): الوظيفتان متراكبتان عمودياً.

اختيار الحلول التكنولوجية

لكل وظيفة تقنية عدة حلول ممكنة. يختار المصمم الحل الذي يحقق مستويات دفتر الشروط بأقل ثمن وحجم، وبسهولة تركيب وصيانة. في مواضيع البكالوريا يُطلب غالباً تمييز «الحل المختار» من «الحل المرفوض» في FAST مع التبرير.

مثال: الوظيفة FT2 «تخفيض سرعة الدوران» بين محورين متوازيين متقاربين، مع $\eta \ge 0{,}95$ (F1):

| الحل الممكن | مزاياه | حدوده | القرار | |---|---|---|---| | مسننان أسطوانيان ذوا أسنان قائمة | نسبة نقل دقيقة (بالحواجز، دون انزلاق)، مردود جيد، حجم صغير داخل علبة مغلقة | ضجيج نسبي، يحتاج تزييتاً | مختار | | بكرتان وسير شبه منحرف | ثمن منخفض، يمتص الصدمات | انزلاق خفيف فالنسبة غير دقيقة، يناسب المحاور المتباعدة، حجم أكبر | مرفوض هنا | | لولب لا نهائي وعجلة | نسبة كبيرة في مرحلة واحدة | محوران متعامدان، ومردود أضعف كثيراً ما يقل عن 0,9 | مرفوض |

> ملاحظة للامتحان: برّر الاختيار بمعيار من دفتر الشروط أو بقيد تقني واضح (حمولات، تباعد المحاور، مردود، كتامة) لا بعبارة عامة مثل «لأنه أحسن». وفي المواضيع المحررة بالعربية يُرسم FAST أحياناً من اليمين إلى اليسار: تبقى القاعدة نفسها، «كيف؟» من الوظيفة نحو الحل و«لماذا؟» من الحل نحو الوظيفة.

أخطاء شائعة

• كتابة اسم مكون مكان وظيفة تقنية («المدحرجات» بدل «توجيه العمود دورانياً»).
• كتابة وظيفة خدمة في عمود الوظائف التقنية («التثبيت على الهيكل» وظيفة إكراه، لا وظيفة تقنية).
• عكس سؤالي «كيف؟» و«لماذا؟».
• نسيان أرقام المكونات في الحلول: المصحح ينتظر «الخابور 8» لا «خابور» فقط.

6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا

التمرين 1: ملزمة المثقب (étau de perceuse)

الملف التقني

التقديم: تُثبَّت الملزمة على طاولة مثقب عمودي، وتمسك القطعة أثناء التثقيب. يدير العامل ذراع المناورة 5، فيدور برغي المناورة 3 في الجسم 1 دون أن ينتقل (يوقفه محورياً من جهة كتف البرغي ومن الجهة الأخرى صُرّة الذراع 5 المثبتة على طرف البرغي بالمرزة 6). الصامولة 4 مثبتة في الفك المتحرك 2، فينتقل هذا الفك على الجسم 1 ويضغط القطعة بين الفكين المركّبين 7. (التوجيه الجانبي للفك 2 بمجرى في الجسم لا يظهر في هذا المقطع.)


يبين المقطع الجسم 1 بفكه الثابت، والفك المتحرك 2 بصامولته 4، وبرغي المناورة 3 (غير مهشّر لأنه قطعة مصمتة مقطوعة طولياً)، والذراع 5 بمرزته 6، والفكين المركّبين 7 والقطعة بخط مختلط رفيع.

| الرقم | التعيين | المادة | |---|---|---| | 1 | الجسم بفكه الثابت (corps) | EN-GJL-250 | | 2 | الفك المتحرك (mors mobile) | EN-GJL-250 | | 3 | برغي المناورة (vis de manœuvre) Tr 16×4 | C45 | | 4 | صامولة (écrou) | CuSn8 | | 5 | ذراع المناورة (manivelle) | S235 | | 6 | مرزة (goupille) | | | 7 | فكّان مركّبان (mordaches) | C45 مقسّى |

مقتطف من دفتر الشروط:

| الوظيفة | معيار التقدير | المستوى | المرونة | |---|---|---|---| | FP1 | الفتحة القصوى بين الفكين | 100 mm | F0 | | FP1 | عدد الدورات للفتح الكامل | 30 دورة على الأكثر | F2 | | FP1 | جهد العامل على الذراع | 150 N على الأكثر | F1 | | FC1 | التثبيت على طاولة المثقب | مجاري الطاولة | F0 | | FC2 | مقاومة سائل التبريد والرايش | لا صدأ | F1 |

معطيات: خطوة البرغي $p = 4\ mm$ بمدخل واحد؛ يدير العامل الذراع بـ $n = 60\ tr/min$.

الأسئلة

• أنجز مخطط التعبير عن الحاجة للملزمة.
• حدد عناصر الوسط المحيط في مرحلة الاستعمال، وصغ FP1 ووظيفتي إكراه.
• أكمل مخطط FAST انطلاقاً من FP1 بخمس وظائف تقنية وحلولها.
• احسب عدد دورات الذراع للفتح الكامل وتحقق من المعيار، ثم احسب مدة الفتح الكامل.
• لماذا جُعل الفكان 7 قطعتين مركّبتين من فولاذ مقسّى؟

الحل

1. المستعمل: العامل على المثقب؛ مادة العمل: القطعة؛ الهدف: تثبيت القطعة بإحكام أثناء التثقيب.

2. العناصر: العامل، القطعة، طاولة المثقب، الوسط المحيط (سائل التبريد والرايش).

• FP1: السماح للعامل بتثبيت القطعة أثناء التثقيب (تربط العامل والقطعة عبر الملزمة).
• FC1: التثبيت على طاولة المثقب.
• FC2: مقاومة سائل التبريد والرايش.
• (وتُقبل FC3: أن تكون سهلة المناورة للعامل.)

3.


يبين المخطط أن العامل يطبّق مزدوجة على البرغي 3 بالذراع 5 (المربوط به بالمرزة 6)، والوصلة الحلزونية بين البرغي 3 والصامولة 4 تحوّل الدوران إلى انتقال، والبرغي 3 موجَّه دورانياً في تجويف الجسم 1 وموقَف محورياً بكتفه وبصرّة الذراع 5، والفك 2 موجَّه انتقالياً على الجسم 1، والفكان 7 يلامسان القطعة.

4. في برغي-صامولة بمدخل واحد ينتقل الفك بخطوة واحدة في كل دورة، فعدد الدورات اللازمة لشوط $L = 100\ mm$:

$ N = \frac{L}{p} = \frac{100}{4} = 25\ tr $

$25 \le 30$، إذن المعيار محقق. مدة الفتح الكامل:

$ t = \frac{N}{n} = \frac{25}{60}\ min = 25\ s $

(سرعة انتقال الفك $v = p \cdot n = 4 \times 60 = 240\ mm/min$، و$100 / 240\ min = 25\ s$.)

5. الفكان يلامسان القطع ويتعرضان للاحتكاك والضغط: الفولاذ المقسّى يقاوم التآكل والانطباع، وجعلهما قطعتين مركّبتين يسمح بتغييرهما عند التلف دون تغيير الجسم أو الفك المتحرك (وظيفة الإكراه «تسهيل الصيانة»). أما الصامولة 4 من البرونز CuSn8 فتقلل الاحتكاك والتآكل مع البرغي الفولاذي.

التمرين 2: وحدة تثقيب آلية

الملف التقني

وحدة تنجز ثقباً في قطع معدنية. يضع العامل القطعة ويضغط زر بدء الدورة (dcy)؛ تخرج الدافعة 1A فتثبّت القطعة، ثم يدور محرك العمود الحامل للمثقب وتنزل الدافعة 2A فتنجز الثقب، ثم ترجع 2A وتتراجع 1A، فيأخذ العامل القطعة. الوحدة تعمل بالطاقة الكهربائية (المحرك) والطاقة الهوائية (الدافعتان). يُضبط شوط 2A وسرعة تقدمها، وتسلسل الدورة مبرمج في جزء التحكم.

مقتطف من دفتر الشروط: الوتيرة 100 قطعة في الساعة على الأقل (مرونة F1).

أزمنة الدورة: تثبيت 2 s؛ تقدم العمل على مسافة 22 mm (عمق الثقب 20 mm زائد اقتراب 2 mm) بسرعة $V_f = 60\ mm/min$؛ رجوع 2A في 2 s؛ فك 2 s؛ تبديل القطعة 2 s.

الأسئلة

• أنجز المخطط A-0 للوحدة.
• ما القيمة المضافة؟ وأين يُرسم الرايش؟
• احسب زمن الدورة والوتيرة، وتحقق من دفتر الشروط.

الحل

1.


يبين الشكل الوظيفة الإجمالية «ثقب القطع»، مادة العمل الداخلة «قطعة غير مثقوبة» والخارجة «قطعة مثقوبة»، ومعطيات التحكم: W طاقة كهربائية وهوائية، C برنامج الدورة، R شوط 2A وسرعة تقدمها، E بدء الدورة (dcy)، والداعم: وحدة التثقيب.

2. القيمة المضافة: تغيير شكل القطعة بإنجاز الثقب. الرايش مخرج ثانوي يُرسم يمين الصندوق تحت مادة العمل الخارجة، مع «تقرير نهاية الدورة» إن وُجد.

3. زمن التقدم أثناء العمل:

$ t_c = \frac{L}{V_f} = \frac{22}{60}\ min = 22\ s $

زمن الدورة:

$ T = 2 + 22 + 2 + 2 + 2 = 30\ s $

الوتيرة:

$ \frac{3600}{30} = 120\ \text{pièces/h} $

$120 \ge 100$، إذن المعيار محقق، مع هامش 20 قطعة في الساعة.

التمرين 3: مكبس يدوي بترس-شبيكة لتركيب المدحرجات

الملف التقني

يُستعمل المكبس لتركيب مدحرجة على عمود بالشد. يدير العامل ذراعاً طوله $R = 250\ mm$ مثبتاً على عمود-ترس ($m = 2\ mm$، $z = 20$) موجَّه في الهيكل بوسادتين؛ الترس يعشق مع شبيكة (crémaillère) منحوتة على المنزلق، والمنزلق موجَّه انتقالياً في الهيكل، فينزل ويدفع المدحرجة على العمود.

مقتطف من دفتر الشروط:

| معيار التقدير | المستوى | المرونة | |---|---|---| | شوط المنزلق في دورة واحدة للذراع | 120 mm على الأقل | F1 | | قوة الدفع بجهد عامل 200 N | 2000 N على الأقل | F0 |

الأسئلة

• أنجز مخطط FAST للمكبس (أربع وظائف تقنية وحلولها).
• احسب انتقال المنزلق في دورة واحدة للترس، وتحقق من المعيار الأول.
• بإهمال الاحتكاك، احسب قوة الدفع عندما يطبق العامل 200 N على طرف الذراع، وتحقق من المعيار الثاني.

الحل

1. FP1: السماح للعامل بتركيب مدحرجة على عمود.

| الوظيفة التقنية | الحل التكنولوجي | |---|---| | FT1 توليد مزدوجة | الذراع | | FT2 تحويل الدوران إلى انتقال | ترس-شبيكة | | FT3 توجيه عمود الترس دورانياً | وسادتان في الهيكل | | FT4 توجيه المنزلق انتقالياً | وصلة انزلاقية منزلق/هيكل |

2. القطر الابتدائي للترس $d = m \cdot z = 2 \times 20 = 40\ mm$، والانتقال في دورة واحدة يساوي محيطه الابتدائي:

$ L = \pi \cdot d = \pi \times 40 = 125{,}7\ mm $

$125{,}7 \ge 120$، إذن المعيار محقق: دورة واحدة تكفي للشوط المطلوب.

3. المزدوجة التي يولّدها العامل:

$ C = F \cdot R = 200 \times 0{,}25 = 50\ N\cdot m $

قوة الدفع على الشبيكة تؤثر على نصف القطر الابتدائي $r = 20\ mm$:

$ F_p = \frac{C}{r} = \frac{50}{0{,}02} = 2500\ N $

$2500 \ge 2000$، إذن المعيار محقق (في الواقع يُنقص الاحتكاك هذه القيمة قليلاً، لذا يُستحسن هامش كهذا).

> ملاحظة للامتحان: في كل تحقق من دفتر الشروط: العلاقة، ثم التعويض بالوحدات، ثم النتيجة بوحدتها، ثم المقارنة الصريحة بالمستوى، ثم الحكم «محقق» أو «غير محقق».