الوحدة الثانية التصميم والنمذجة الأولية
2. التصميم والنمذجة الأولية – الدرس الأول: التصميم والنماذج الأولية
الصفحة رقم (93)
السؤال:
1. يمكن إنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد فقط باستخدام أدوات التصميم الهندسي بمساعدة الحاسب (CAD).
الجواب:
خاطئة
السؤال:
2. لا يتم استخدام المواد المركبة في مرحلة التحسين من دورة التصميم.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
3. تُعد محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) جزءاً من الاختبار الافتراضي للنموذج الأولي.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
4. تُستخدم الرسومات متماثلة القياس لإنتاج نماذج ثنائية الأبعاد.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
5. لا تقدم طريقة عرض كابينيت النسب الأصلية للنموذج ثلاثي الأبعاد.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
6. لا تُعد طرائق العرض التفصيلية نوعاً من الرسم التجميعي.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
7. تُستخدم الرسومات الفنية والهندسية ثنائية الأبعاد مع معلومات التجميع لتصنيع المكونات.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
8. يقتصر استخدام الإسقاط المنظوري على المخططات الأفقية لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
9. ينطبق مصطلح العرض (Rendering) على عملية إنتاج مواد النموذج الأولي فقط.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
10. لا يمكن إنشاء النماذج الأولية باستخدام التحكم الرقمي باستخدام الحاسب (CNC).
الجواب:
خاطئة
السؤال:
2. صنف الأنواع الرئيسة للأبحاث خلال مرحلة البحث في دورة التصميم.
الجواب:
خلال مرحلة البحث في عملية التصميم والنماذج الأولية، يتم إجراء بحث حول الجماليات، والعوامل الإنسانية وعلم القياسات البشرية والسلامة .
الصفحة رقم (94)
السؤال:
3. وضح الاختلاف بين الاختبار الحقيقي والاختبار الافتراضي للمنتج أثناء مرحلة الاختبار في دورة التصميم.
الجواب:
يتضمن اختبار المنتج الحقيقي بناء نموذج أولي مادي أو نموذج للمنتج واختباره في الواقع، بينما يتضمن اختبار المنتج الافتراضي (المعروف أيضاً باسم المحاكاة أو الاختبار بمساعدة الحاسب) إنشاء نموذج للمنتج باستخدام الحاسب ومحاكاة أدائه في ظل مجموعة من الظروف .
السؤال:
4. صف كيف يعمل المصممون جنباً إلى جنب مع المصنعين في مرحلة النموذج الأولي لدورة التصميم.
الجواب:
توجد أسباب عديدة تجعل من إنشاء النماذج الفعلية أمراً ضرورياً، فيمكن مثلاً إنشاء نموذج أولي فعلي لتمكين العميل أو المستخدم من الاطلاع على الجوانب الجمالية للمنتج قبل بدء إنتاجه، وفي حالات أخرى قد يحتوي المنتج على مكونات متعددة، مما يولد الحاجة إلى إنشاء نماذج أولية فعلية لضمان تجميع تلك المكونات بشكل سليم؛ لتكوين المنتج المناسب والتأكد من عملها معاً بشكل متناسق. يحتاج تطوير أغلب المنتجات التي يستخدمها الإنسان بشكل مباشر إلى نماذج أولية قبل الانتقال إلى المنتج النهائي، ويتم في بعض الأحيان إنشاء نموذج أولي فعلي يمكن للشخص استخدامه وتقديم تغذية راجعة للمسؤولين عن عملية تصميمه، كما يمكن للمصممين تعديل مظهر بعض الميزات أو إدخال بعض التعديلات لجعلها أكثر مناسبة أو راحة للمستخدم، ويتم تطوير بعض النماذج الأولية لتكون نسخاً طبق الأصل من المنتج النهائي، وذلك بسبب الحاجة إلى إنتاجها من المادة نفسها التي ستستخدم لتصنيع المنتج النهائي. يتيح ذلك اختبار النماذج لاحقاً في دورة التصميم في ظل ظروف واقعية، مما يعطي المصمم الثقة بأن المنتج آمن لترويجه وبيعه، وتوجد طرائق مختلفة لتصنيع النماذج الأولية المادية، ولكن أكثرها شيوعاً هو التصنيع من خلال التحكم الرقمي باستخدام الحاسب، والتصنيع بالإضافة بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد.
السؤال:
5. اذكر كيفية استخدام عمليات التصميم التكراري في مرحلة تحسين دورة التصميم.
الجواب:
تستخدم عمليات التصميم التكراري التالية في مرحلة تحسين دورة التصميم:
الاختبار: يتم اختبار النماذج الأولية لتقييم الأداء والكفاءة والمتانة والوظائف وسهولة الاستخدام من خلال عمليات المحاكاة واختبار المستخدم وطرائق أخرى.
التحليل: يتم تحليل البيانات والتغذية الراجعة لتحديد المشكلات والتحسينات المحتملة في التصميم، حيث يبحث الفريق في سبب عدم نجاح بعض الخصائص، وفي الصعوبات التي يواجهها المستخدمون، وكيفية تحسين التصميم.
التنقيح: بناء على التحليل يتم تنقيح التصميم فيما بعد، وقد يتضمن ذلك تصحيح المشكلات أو إضافة ميزات جديدة أو إزالة العناصر غير الضرورية.
الصفحة رقم (95)
السؤال:
6. صف كيفية استخدام محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) وتحليل العناصر المحدودة (FEA) في اختبار النماذج الأولية للمنتج.
الجواب:
باستخدام أدوات التصميم بمساعدة الحاسب (CAD) وتقنيات المحاكاة الحديثة، ويمكن للنماذج الافتراضية تقليل وقت التطوير والتكلفة، ولكنها نادراً ما تصلح كبديل عن النماذج الأولية الفعلية، وتوضح الاختبارات الافتراضية كيفية عمل الآليات المختلفة في المنتج من خلال تقنية تحريك الصور للمكونات المجمعة، واختبارات المحاكاة باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) وذلك بشكل أساسي لتحليل إجهاد المواد وتأثير القوى الخارجية، وتحليل الموائع باستخدام ديناميكا الموائع الحسابية (CFD).
السؤال:
7. وضح أوجه الاختلاف بين أنواع الرسومات ثلاثية الأبعاد المائلة، ومتماثلة القياس، وإسقاطية المنظور.
الجواب:
– في الرسم المائل: يركز النموذج ثلاثي الأبعاد على واجهة النموذج بحيث يتم عرضه بزاوية خمس وأربعين درجة بالنسبة للمحور السيني، وهناك نوعان من الرسم الهندسي المائل يختلفان في نسب النموذج في واجهة العرض، حيث يسمى النوع الأول عرض كافالير، ويسمى النوع الثاني بعرض كابينيت.
– في الرسم متماثل القياس يركز النموذج الثلاثي الأبعاد على جانب النموذج حيث يتم عرض النموذج بزاوية ثلاثين درجة على المحور السيني.
– في الإسقاط المنظوري يتم عرض النموذج ثلاثي الأبعاد بطريقة تحاكي العمق المكاني .
– في الرسم متماثل القياس يركز النموذج الثلاثي الأبعاد على جانب النموذج حيث يتم عرض النموذج بزاوية ثلاثين درجة على المحور السيني.
– في الإسقاط المنظوري يتم عرض النموذج ثلاثي الأبعاد بطريقة تحاكي العمق المكاني .
السؤال:
8. صنف الأنواع الثلاثة لطرائق الرسم المنظوري للنماذج ثلاثية الأبعاد.
الجواب:
هناك ثلاثة أنواع لطرائق الرسم المنظوري للنماذج ثلاثية الأبعاد وهي:
• منظور ببؤرة تلاشي واحدة: يتم عرض النماذج ثلاثية الأبعاد على سطح ثنائي الأبعاد باستخدام خطوط رأسية وأفقية متقاطعة، وتبدأ هذه الخطوط من نقطة واحدة على السطح تسمى بؤرة التلاشي، وتعرف بؤرة التلاشي بأنها نقطة في الرسم المنظوري، حيث تبدو الخطوط المتوازية متقاربة وتلتقي عند نقطة واحدة في الأفق.
• منظور ببؤرتي تلاشي: تبدأ الخطوط الأفقية من نقطتين مختلفتين على السطح.
• منظور بثلاث بؤر تلاشي: تبدأ الخطوط الأفقية من ثلاث نقاط مختلفة على السطح.
• منظور ببؤرة تلاشي واحدة: يتم عرض النماذج ثلاثية الأبعاد على سطح ثنائي الأبعاد باستخدام خطوط رأسية وأفقية متقاطعة، وتبدأ هذه الخطوط من نقطة واحدة على السطح تسمى بؤرة التلاشي، وتعرف بؤرة التلاشي بأنها نقطة في الرسم المنظوري، حيث تبدو الخطوط المتوازية متقاربة وتلتقي عند نقطة واحدة في الأفق.
• منظور ببؤرتي تلاشي: تبدأ الخطوط الأفقية من نقطتين مختلفتين على السطح.
• منظور بثلاث بؤر تلاشي: تبدأ الخطوط الأفقية من ثلاث نقاط مختلفة على السطح.
السؤال:
9. وضح كيف يساعد العرض التفصيلي الشركات المصنعة على فهم المنتج قبل مرحلة التصنيع.
الجواب:
العرض التفصيلي هو رسومات تجميع تظهر كل جزء من المنتج على حدة، وعلاقاته بالأجزاء الأخرى، وكيفية تجميعه بشكل نهائي، وعادة ما يتم ترقيم كل جزء من أجزاء المنتج بما يتوافق مع قائمة الأجزاء.
الدرس الثاني: التصميم ثنائي وثلاثي الأبعاد
الصفحة رقم (118)
السؤال:
1. أبعاد الرسومات ثنائية الأبعاد تقتصر على الطول والعرض دون العمق.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
2. تُستخدم الرسومات ثنائية الأبعاد لتقديم المعلومات حول التصميم بطريقة دقيقة وواضحة.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
3. يمكن استخدام النماذج ثلاثية الأبعاد لمحاكاة سلوك المنتج النهائي.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
4. المثلث هو شكل ثلاثي الأبعاد ذو ثلاثة أضلاع مستقيمة وثلاث زوايا.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
5. عند إتمام تقييد المربع، لا يمكن تغيير شكله أو حجمه دون الإخلال بقيد واحد أو أكثر.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
6. شجرة النموذج (Model Tree) هي عرض هرمي لجميع محتويات التصميم، حيث يظهر هيكل النموذج من المستوى الأعلى وصولاً إلى الأشكال والعناصر والميزات الفردية.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
7. عرض الخصائص (Properties View) هو لوحة تعرض خصائص الجسم المحدد، بما في ذلك طول الجسم وعرضه وموضعه وخصائص أخرى.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
8. تتيح طرائق العرض ثلاثية الأبعاد للمصممين والمهندسين عرض نماذجهم دون إمكانية التعديل عليها.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
9. مكعب التنقل (Navigation Cube) هو ميزة في برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد تتيح تغيير طريقة عرض النموذج بسرعة وسهولة.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
10. طريقة العرض المتماثل (Isometric View) في برنامج فري كاد تعرض النموذج ثلاثي الأبعاد بزاوية 90 درجة.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
2. وضح الغرض من أداة تقييد الالتقاء (Constraint Coincident) واستخدامها.
الجواب:
تستخدم أداة تقييد الالتقاء في برنامج التصميم بمساعدة الحاسب (CAD) لمحاذاة نقطتين أو خطين معاً، وذلك لضمان تطابق النقاط أو الخطوط المحددة في الموقع نفسه.
الصفحة رقم (119)
السؤال:
3. ما الأداة التي يمكن استخدامها لتقييد زاوية المربع على تقاطع المحاور؟
الجواب:
أداة تقييد الالتقاء (Constrain Coincident).
السؤال:
3. إلى ماذا يشير اللون الأخضر على الخط؟
الجواب:
تم اختيار الخط.
السؤال:
3. ما التقنية المستخدمة لإضفاء العمق على شكل ثنائي الأبعاد مثل المربع من خلال إضافة السماكة إليه؟
الجواب:
البطانة (Padding).
السؤال:
4. وضح أوجه الاختلاف بين أداتي تقييد الالتقاء (Constrain Coincident) وتقييد النقطة على مجسم (Constrain Point Onto Object).
الجواب:
تستخدم أداة تقييد الالتقاء وأداة تقييد النقطة على مجسم في برنامج التصميم بمساعدة الحاسب (CAD) لإنشاء قيود بين أجزاء مختلفة من التصميم، وتستخدمان لأغراض مختلفة، حيث تستخدم أداة تقييد الالتقاء لمحاذاة نقطتين أو خطين بحيث يكونان في نفس الموقع، ويمكن استخدام ذلك لمحاذاة زوايا المربع إلى مركز المحور، فعلى سبيل المثال: تستخدم هذه الأداة لتقييد موضع نقطة أو حافة إلى نقطة أو حافة أخرى، بينما تستخدم أداة تقييد النقطة على مجسم لتقييد نقطة لتظهر على سطح أو مجسم معين، ويمكن استخدامها لتقييد قمة نموذج ثلاثي الأبعاد لتظهر على مستوى معين.
الصفحة رقم (120)
السؤال:
5. اشرح الغرض من أداتي تقييد المسافة الأفقية (Constrain horizontal distance) وتقييد المسافة الرأسية (Constrain vertical distance).
الجواب:
تستخدم أداة تقييد المسافة الأفقية وتقييد المسافة الرأسية لتحديد المسافة بين نقطتين في رسم تخطيطي أو رسم . تتيح أداة تقييد المسافة الأفقية تحديد مسافة أفقية بين نقطتين في رسم تخطيطي، ويمكن أن يفيد ذلك عند الحاجة إلى الحفاظ على نفس المسافة بين نموذجين بغض النظر عن أي تغييرات قد تحدث في الرسم، بينما تتيح أداة تقييد المسافة الرأسية تحديد المسافة الرأسية بين نقطتين في رسم تخطيطي، ويفيد ذلك عند الحاجة إلى الحفاظ على مسافة محددة بين نموذجين في المستوى الرأسي .
السؤال:
6. صف عملية إنشاء شكل ثلاثي الأبعاد باستخدام تقنية البطانة (Padding).
الجواب:
تتضمن عملية إنشاء شكل نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام تقنية الحشو الخطوات التالية:
1. افتح برنامج بناء نموذج ثلاثي الأبعاد مثل: فري كاد (FreeCAD)، وأنشئ مستنداً جديداً.
2. اختر مستوى لإنشاء الشكل عليه.
3. أنشئ رسماً تخطيطياً للشكل باستخدام الخطوط والأقواس والدوائر وأشكال ثنائية الأبعاد.
4. استخدم أداة البطانة لتحويل الشكل ثنائي الأبعاد إلى شكل ثلاثي الأبعاد.
5. اختر اتجاه ومسافة البثق.
1. افتح برنامج بناء نموذج ثلاثي الأبعاد مثل: فري كاد (FreeCAD)، وأنشئ مستنداً جديداً.
2. اختر مستوى لإنشاء الشكل عليه.
3. أنشئ رسماً تخطيطياً للشكل باستخدام الخطوط والأقواس والدوائر وأشكال ثنائية الأبعاد.
4. استخدم أداة البطانة لتحويل الشكل ثنائي الأبعاد إلى شكل ثلاثي الأبعاد.
5. اختر اتجاه ومسافة البثق.
السؤال:
7. استخدم أداة إنشاء خط (Create Line) لإنشاء خط بوحدة طول تساوي 100، وقيده بشكل تام.
الجواب:
100 mm
الصفحة رقم (121)
السؤال:
8. أنشئ مستطيلاً مقيداً بشكل تام بأضلاع طويلة بطول 80 مليمتر، وأضلاع قصيرة بطول 20 مليمتر، ثم استخدم أداة Pad (البطانة) لإضافة السماكة للمستطيل بارتفاع 30 مليمتر.
الجواب:
رسم تخطيطي ثنائي الأبعاد
نموذج ثلاثي الأبعاد
نموذج ثلاثي الأبعاد
الدرس الثالث: تصميم التروس ثلاثية الأبعاد
الصفحة رقم (153)
السؤال:
1. تعمل التروس معاً لنقل الطاقة والحركة.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
2. يمكن استخدام الترس لتغيير السرعة وعزم الدوران.
الجواب:
خاطئة
السؤال:
3. يمكنك قياس الترس عن طريق عد أسنانه.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
4. عادة ما يتم توصيل ترس القيادة بمصدر الحركة (مثل: المحرك).
الجواب:
صحيحة
السؤال:
5. يتحرك ترس القيادة بناء على حركة الترس المدار، ويتم توصيله بوجهة الحركة (محور حركة أو أداة قطع).
الجواب:
خاطئة
السؤال:
6. تزداد السرعة عندما يكون ترس القيادة أكبر من الترس المدار.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
7. يتم التعبير عن العلاقة بين التروس من خلال النسبة بين عدد أسنانها.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
8. الترس الأسطواني المنحني هو نوع من التروس التي لها أسنان ذات شكل منحني.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
9. تناسب التروس الأسطوانية المنحنية التطبيقات التي تتطلب عزم دوران عال.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
10. الوحدة القياسية (Module) هي قطر الخطوة مقسوماً على عدد الأسنان.
الجواب:
صحيحة
السؤال:
2. ما التروس؟ وكيف تعمل؟
الجواب:
التروس هي مكونات ميكانيكية ذات أسنان تتشابك مع بعضها البعض لنقل الطاقة والحركة بين الأعمدة الدوارة، كما تعمل عن طريق نقل عزم الدوران وسرعة الدوران من ترس إلى آخر، فعندما يتشابك ترسان معاً، يؤدي دوران أحد الترسين إلى دوران الترس الآخر في الاتجاه المعاكس.
الصفحة رقم (154)
السؤال:
3. اشرح آلية عمل تروس الدراجة.
الجواب:
تستخدم التروس لمساعدة الراكب في الحفاظ على سرعة مناسبة في ظروف مختلفة مثل: الصعود، أو الانحدار، أو الرياح المعاكسة، حيث تنقل سلسلة الدراجة الطاقة من ترس القيادة إلى الترس المدار، وعندما يدوس الراكب يدور الترس الأمامي، مما يؤدي إلى تدوير السلسلة والتروس الخلفية. يحدد حجم التروس الأمامية والخلفية نسبة الدوران بين الدواسات والعجلة الخلفية.
السؤال:
4. ابحث في الإنترنت للعثور على تطبيقات تستخدم التروس الأسطوانية المنحنية، ثم صف تطبيقين منهما واشرح خصائص هذا النوع من التروس.
الجواب:
تستخدم التروس الأسطوانية المنحنية في مجموعة واسعة من التطبيقات نظراً لخصائصها الفائقة مثل: الكفاءة العالية والضوضاء المنخفضة، والتشغيل السلس. فيما يلي مثالان على التطبيقات التي تستخدم التروس المطوية:
ناقل حركة السيارات: تستخدم التروس الأسطوانية المنحنية على نطاق واسع في ناقل حركة السيارات نظراً لكفاءتها العالية وموثوقيتها. حيث تم تصميم أسنان التروس ليكون لها مظهر جانبي منحني؛ مما يسمح بنقل سلس وفعال للطاقة من المحرك إلى العجلات بالإضافة إلى ذلك يساعد استخدام التروس المنحنية على تقليل الضوضاء والتآكل مما يؤدي إلى عمر أطول لناقل الحركة.
الآلات الصناعية: تستخدم التروس الأسطوانية المنحنية بشكل شائع في الآلات الصناعية مثل: المعدات الثقيلة والمضخات والضواغط حيث يتم تصميم هذه التروس لنقل عزم الدوران العالي والقوة مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب رفعاً ثقيلاً أو معالجة ويسمح المظهر الجانبي المنحني لأسنان التروس بنقل سلس للطاقة، مما يقلل من الاهتزاز والتآكل على الآلة بالإضافة إلى ذلك يمكن تشكيل التروس الأسطوانية المنحنية وتصنيعها بسهولة مما يجعلها حلاً فعالاً من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات الصناعية.
السؤال:
5. ما أهمية تحديد المسافة المركزية بين ترسين؟
الجواب:
يعد تحديد المسافة المركزية بين ترسين أمراً مهماً لأنه يضمن تشابك التروس بشكل صحيح ونقل الطاقة بكفاءة. إذا كانت المسافة المركزية صغيرة جداً، فسوف تتشابك التروس بإحكام شديد وتنشئ تآكلاً مفرطاً وضوضاء وحرارة، أما إذا كانت المسافة المركزية كبيرة جداً، فلن تتشابك التروس بشكل صحيح وقد تنزلق أو تفشل في نقل الطاقة تماماً. بالإضافة إلى ذلك تؤثر المسافة المركزية على نسبة التروس التي تحدد سرعة وعزم دوران الترس المدفوع بالنسبة لترس القيادة، ولذلك يعد الحساب الدقيق للمسافة المركزية بين الترسين أمراً مهماً لتصميم أنظمة تروس فعالة.
الصفحة رقم (155)
السؤال:
6. استخدم معادلة نسبة التروس لحساب نسبة كل مجموعة من التروس. ضع علامة (✓) على مجموعات التروس التي تعطي سرعة أكبر وتلك التي تعطي عزم دوران متزايد.
الجواب:
ترس القيادة 8 / الترس المدار 40: زيادة العزم
الترس المدار 20 / ترس القيادة 30: زيادة السرعة
الترس المدار 4 / ترس القيادة 24: زيادة السرعة
الترس المدار 40 / ترس القيادة 24: زيادة العزم
الترس المدار 20 / ترس القيادة 30: زيادة السرعة
الترس المدار 4 / ترس القيادة 24: زيادة السرعة
الترس المدار 40 / ترس القيادة 24: زيادة العزم
السؤال:
7. استخدم الأدوات التي تعرفت عليها في هذه الوحدة لإنشاء النموذج التالي في برنامج فري كاد (FreeCAD)، حيث ستساعدك القياسات التالية على فهم كيفية إنشاء كل جانب من جوانب النموذج:
الجواب:
70mm، 50mm، 20mm، 40mm، 30mm، 30mm، R5mm، R10mm، R5mm، R10mm، 5mm، 20mm
حل وحدة التصميم والنمذجة الأولية ثالث ثانوي مسارات
حل الوحدة الثانية التصميم والنمذجة الأولية مسارات التصميم الهندسي ، حل وحدة التصميم والنمذجة الأولية ثالث ثانوي مسارات
تتضمن هذه الوحدة ما يلي :
- الدرس الأول : التصميم والنماذج الأولية
- الدرس الثاني : التصميم ثنائي وثلاثي الأبعاد
- الدرس الثالث : تصميم التروس ثلاثية الأبعاد
إقرأ أيضا: حل وحدة مبادئ التصميم الهندسي