هندسة العمليات

الموسوعة الحرة

تقوم مطحنة اللب UPM في باسو دي لوس توروس ، أوروغواي ، بمعالجة الخشب وتحويله إلى عجينة السليلوز للورق.

هندسة العمليات هي مجال دراسي يركز على تطوير وتحسين العمليات الصناعية . وهي تقوم على فهم وتطبيق المبادئ والقوانين الأساسية للطبيعة لتمكين الإنسان من تحويل المواد الخام والطاقة إلى منتجات مفيدة للمجتمع، على المستوى الصناعي . [ 1 ] من خلال الاستفادة من قوى الطبيعة الدافعة، مثل الضغط ودرجة الحرارة وتدرجات التركيز ، بالإضافة إلى قانون حفظ الكتلة ، يستطيع مهندسو العمليات تطوير طرق لتصنيع وتنقية كميات كبيرة من المنتجات الكيميائية المطلوبة. [ 1 ] تركز هندسة العمليات على تصميم وتشغيل ومراقبة وتحسين وتكثيف العمليات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية. ويتضمن عملهم تحليل التركيب الكيميائي لمختلف المكونات وتحديد كيفية تفاعلها مع بعضها البعض. يمكن لمهندس العمليات التخصص في عدد من المجالات، بما في ذلك ما يلي:

  • عملية زراعية
  • إنتاج الغذاء والألبان
  • إنتاج البيرة والويسكي
  • إنتاج مستحضرات التجميل
  • إنتاج الأدوية
  • صناعة البتروكيماويات
  • معالجة المعادن
  • إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة

ملخص

تتضمن هندسة العمليات استخدام أدوات وأساليب متعددة. وبحسب طبيعة النظام، يلزم محاكاة العمليات ونمذجتها باستخدام الرياضيات وعلوم الحاسوب. تتطلب العمليات التي يكون فيها تغير الطور وتوازن الأطوار ذا صلة تحليلًا باستخدام مبادئ وقوانين الديناميكا الحرارية لتحديد التغيرات في الطاقة والكفاءة. في المقابل، يُفضل تحليل العمليات التي تركز على تدفق المواد والطاقة عند اقترابها من حالة التوازن باستخدام تخصصات ميكانيكا الموائع وظواهر النقل. يجب تطبيق تخصصات الميكانيكا في وجود الموائع أو الأوساط المسامية والمشتتة. كما يجب تطبيق مبادئ هندسة المواد عند الاقتضاء. [ 1 ]

تتضمن عملية التصنيع في مجال هندسة العمليات تطبيق خطوات توليف العمليات. [ 2 ] وبغض النظر عن الأدوات المطلوبة، يتم تنظيم هندسة العمليات باستخدام مخطط تدفق العمليات (PFD) حيث يتم تحديد مسارات تدفق المواد ، ومعدات التخزين (مثل الخزانات والصوامع)، وعمليات التحويل (مثل أعمدة التقطير ، وخزانات الاستقبال/الرأس، والخلط، والفصل، والضخ، وما إلى ذلك)، ومعدلات التدفق ، بالإضافة إلى قائمة بجميع الأنابيب والناقلات ومحتوياتها، وخصائص المواد مثل الكثافة واللزوجة وتوزيع حجم الجسيمات ، ومعدلات التدفق، والضغوط، ودرجات الحرارة، ومواد بناء الأنابيب ووحدات التشغيل . [ 1 ]

يُستخدم مخطط تدفق العمليات لتطوير مخطط الأنابيب والأجهزة (P&ID) الذي يُظهر العملية الفعلية بشكل بياني. تتميز مخططات P&ID بأنها أكثر تعقيدًا وتفصيلًا من مخطط تدفق العمليات (PFD). [ 3 ] وهي تمثل نهجًا أكثر وضوحًا في التصميم. يُستخدم مخطط P&ID كأساس للتصميم لتطوير "دليل تشغيل النظام" أو " مواصفات التصميم الوظيفي " التي تُحدد آلية عمل العملية. [ 4 ] فهي تُوجه العملية من خلال تشغيل الآلات، والسلامة في التصميم، والبرمجة، والتواصل الفعال بين المهندسين. [ 5 ]

انطلاقاً من مخطط الأنابيب والأجهزة (P&ID)، يمكن عرض التخطيط المقترح (الترتيب العام) للعملية من منظور علوي ( مخطط الموقع ) ومن منظور جانبي (الواجهة)، وتشارك تخصصات هندسية أخرى مثل المهندسين المدنيين لأعمال الموقع (نقل التربة)، وتصميم الأساسات، وأعمال تصميم الألواح الخرسانية، والهياكل الفولاذية لدعم المعدات، وما إلى ذلك. جميع الأعمال السابقة موجهة نحو تحديد نطاق المشروع، ثم وضع تقدير للتكلفة لتنفيذ التصميم، وجدول زمني لتحديد الاحتياجات الزمنية للهندسة، والمشتريات، والتصنيع، والتركيب، والتشغيل، والبدء، والإنتاج المستمر للعملية.

بحسب دقة تقدير التكلفة والجدول الزمني المطلوبين، تُقدَّم عادةً عدة نسخ من التصميم للعملاء أو أصحاب المصلحة الذين يُبدون ملاحظاتهم بشأن متطلباتهم. يُدمج مهندس العمليات هذه التعليمات الإضافية (تعديلات النطاق) في التصميم العام، وتُوضع تقديرات إضافية للتكلفة، وتُوضع جداول زمنية للحصول على موافقة التمويل. بعد الحصول على موافقة التمويل، يُنفَّذ المشروع من خلال إدارة المشاريع . [ 6 ]

المجالات الرئيسية للتركيز في هندسة العمليات

يمكن تقسيم أنشطة هندسة العمليات إلى التخصصات التالية: [ 7 ]

  • تصميم العمليات : تركيب شبكات استعادة الطاقة ، تركيب أنظمة التقطير ( الأزيوتروبية )، تركيب شبكات المفاعلات، مخططات التدفق للتفكيك الهرمي، تحسين البنية الفوقية، تصميم مصانع الدفعات متعددة المنتجات، تصميم مفاعلات الإنتاج لإنتاج البلوتونيوم، تصميم الغواصات النووية.
  • التحكم في العمليات : التحكم التنبؤي بالنموذج، ومقاييس قابلية التحكم، والتحكم القوي، والتحكم غير الخطي، والتحكم الإحصائي في العمليات، ومراقبة العمليات، والتحكم القائم على الديناميكا الحرارية ، ويرمز إليه بثلاثة عناصر أساسية، وهي مجموعة من القياسات، وطريقة أخذ القياسات، ونظام التحكم في القياس المطلوب. [ 8 ]
  • عمليات المعالجة : جدولة شبكات المعالجة، والتخطيط والتحسين متعدد الفترات، ومطابقة البيانات، والتحسين في الوقت الحقيقي، وتدابير المرونة، وتشخيص الأعطال.
  • الأدوات الداعمة: المحاكاة المعيارية المتسلسلة، ومحاكاة العمليات القائمة على المعادلات ، وأنظمة الذكاء الاصطناعي / الخبراء ، والبرمجة غير الخطية واسعة النطاق، وتحسين المعادلات التفاضلية الجبرية، والبرمجة غير الخطية المختلطة الأعداد الصحيحة، [ 9 ] والتحسين الشامل، والتحسين في ظل عدم اليقين، [ 10 ] [ 11 ] ونشر وظائف الجودة. [ 12 ]
  • اقتصاديات العمليات: [ 13 ] يشمل ذلك استخدام برامج المحاكاة مثل ASPEN و Super-Pro لتحديد نقطة التعادل، وصافي القيمة الحالية، والمبيعات الحدية، والتكلفة الحدية، والعائد على الاستثمار للمصنع الصناعي بعد تحليل انتقال الحرارة والكتلة فيه. [ 13 ]
  • تحليل بيانات العمليات: تطبيق أساليب تحليل البيانات والتعلم الآلي لحل مشاكل التصنيع العملياتي. [ 14 ] [ 15 ]

تاريخ هندسة العمليات

استُخدمت تقنيات كيميائية متنوعة في العمليات الصناعية منذ القدم. إلا أنه لم يتم تطوير هندسة العمليات وتطبيقها كتخصص مستقل إلا مع ظهور الديناميكا الحرارية وقانون حفظ الكتلة في ثمانينيات القرن الثامن عشر. وقد تشكلت مجموعة المعارف المعروفة اليوم بهندسة العمليات من خلال التجربة والخطأ طوال الثورة الصناعية. [ 1 ]

يعود مصطلح " العملية" ، فيما يتعلق بالصناعة والإنتاج، إلى القرن الثامن عشر. خلال تلك الفترة، بدأ الطلب على مختلف المنتجات يزداد بشكل كبير، وكان من الضروري وجود مهندسي عمليات لتحسين عملية إنتاج هذه المنتجات. [ 1 ]

بحلول عام 1980، برز مفهوم هندسة العمليات نتيجةً لاستخدام تقنيات وممارسات الهندسة الكيميائية في العديد من الصناعات. في ذلك الوقت، عُرّفت هندسة العمليات بأنها "مجموعة المعارف اللازمة لتصميم وتحليل وتطوير وبناء وتشغيل العمليات التي تتغير فيها المواد على النحو الأمثل". [ 1 ] وبحلول نهاية القرن العشرين، توسعت هندسة العمليات من التقنيات القائمة على الهندسة الكيميائية لتشمل تطبيقات أخرى، بما في ذلك هندسة المعادن والهندسة الزراعية وهندسة المنتجات .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 دال بونت، جان بيير، محرر. (2012). هندسة العمليات والإدارة الصناعية . لندن: ISTE. ISBN 978-1-118-56213-0. OCLC 830512387 . 
  2. ↑ مودي، ديفيد (2011). "نظرة عامة على هندسة تصميم العمليات الكيميائية" . وقائع الجمعية الكندية لتعليم الهندسة . doi : 10.24908/pceea.v0i0.3824 . S2CID 109260579 . 
  3. ↑ "تعلم كيفية قراءة رسومات P&ID - دليل شامل" . hardhatengineer.com . 3 نوفمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 سبتمبر 2018 .
  4. ↑ "مواصفات التصميم الوظيفي" . مؤرخ على درب الحرب . 2 أبريل 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 سبتمبر 2018 .
  5. ↑ باركيل، باري م. "مخططات الأنابيب والأجهزة" (ملف PDF) . المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائيين . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 سبتمبر 2019 .
  6. ↑ هايسيج، بيتر؛ كلاركسون، جون؛ فاجنا، س.، محرران. (2010). نمذجة وإدارة العمليات الهندسية . لندن: سبرينغر. ISBN 978-1-84996-199-8. OCLC 637120594 . 
  7. ↑ غروسمان؛ ويستربيرغ. "تحديات البحث في هندسة أنظمة العمليات" (ملف PDF) . جامعة كارنيجي ميلون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 نوفمبر 2023 .
  8. ↑ كيرشنباوم، إل إس (2006). "التحكم في العمليات" . دليل شامل للديناميكا الحرارية، وانتقال الحرارة والكتلة، وهندسة الموائع . ثيرموبيديا. doi : 10.1615/AtoZ.p.process_control . ISBN 0-8493-9356-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 سبتمبر 2019 .
  9. ↑ ساهينيديس، ن. ف. (2019). "البرمجة غير الخطية المختلطة للأعداد الصحيحة 2018" . التحسين والهندسة . 20 (2): 301-306 . doi : 10.1007/s11081-019-09438-1 .
  10. ↑ ساهينيديس، نيكولاوس ف. (2004). "التحسين في ظل عدم اليقين: أحدث التقنيات والفرص المتاحة". الحوسبة والهندسة الكيميائية . 28 ( 6-7 ): 971-983 . doi : 10.1016/j.compchemeng.2003.09.017 .
  11. ↑ نينغ، تشاو؛ يو، فنغتشي (2019). "التحسين في ظل عدم اليقين في عصر البيانات الضخمة والتعلم العميق: عندما يلتقي التعلم الآلي بالبرمجة الرياضية". مجلة الحوسبة والهندسة الكيميائية . 125 : 434-448 . arXiv : 1904.01934 . doi : 10.1016/j.compchemeng.2019.03.034 . S2CID 96440317 . 
  12. ↑ "بناء نظام توصيل أفضل: شراكة جديدة بين الهندسة والرعاية الصحية" . المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية . 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 سبتمبر 2019 .
  13. 1 2 كوبر، جيمس ر. (2003). اقتصاديات هندسة العمليات . نيويورك: مارسيل ديكر. ISBN 0-8247-5637-1. OCLC 53905871 . 
  14. ↑ "مجموعة المواضيع: تحليلات بيانات العمليات" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 نوفمبر 2023 .
  15. ↑ شانغ، تشاو؛ يو، فنغتشي (2019). "تحليلات البيانات والتعلم الآلي لتصنيع العمليات الذكية: التطورات الحديثة والآفاق في عصر البيانات الضخمة" . الهندسة . 5 (6): 1010-1016 . Bibcode : 2019Engin...5.1010S . doi : 10.1016/j.eng.2019.01.019 .