التصميم الهندسي هو عملية إبداعية استكشافية، وهي عملية تحليل وتوليف واتخاذ القرار والتقييم والتحسين وفقًا لأهداف معينة. في هذه العملية يتم تعريف سلسلة من معلمات التصميم ومتغيرات التصميم مثل الحمل والإزاحة والإجهاد والقوة والصلابة والعمر لوصف العديد من الأشياء الهندسية وتوفير عدد كبير من الحسابات الرقمية للتصميم الهندسي؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن المبادئ الميكانيكية، فإن تصميم الخطة، وصياغة الهيكل الميكانيكي والنمذجة الهيكلية، واختيار المواد والمعلمات والمعاملات، وتحديد إجراءات العملية، كلها تتطلب موظفين هندسيين وفنيين لإجراء الاستدلالات والتفكير والقرارات المبنية على على الخبرة والذكاء. عند تحليل وتصميم نظام ميكانيكي من الضروري إنشاء نموذج رياضي للنظام الميكانيكي المعقد يمكن استخدامه في التحليل والتصميم. في هذا الوقت، يجب تبسيط النظام الميكانيكي المعقد أو جعله مثاليًا، بحيث يكون النموذج الرياضي المبسط غالبًا ما يكون به أخطاء أو شكوك عند مقارنته بالأنظمة الميكانيكية الفعلية. إذا تم تجاهل بعض الأخطاء والشكوك أثناء نمذجة النظام الميكانيكي ولم يتم تضمينها في البيانات المتوقعة، فمن المستحيل على المصمم أن يثق في التحليل بناءً على هذا النموذج. ويمكن تطبيق التصاميم على الأنظمة الميكانيكية الفعلية.
تتضمن حالات عدم اليقين التي تتم مواجهتها في الممارسة الهندسية بشكل أساسي عدم اليقين، وعدم الثبات، وعدم الموثوقية، وعدم القدرة على التنبؤ، والمعنى الغامض، والتباين، وعدم الاكتمال، والحدود غير المعروفة وعدم الانتظام، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، نسمي الفرق بين القيمة الحقيقية والقيمة التقريبية للكمية الفيزيائية خطا. في القياسات والحسابات الفعلية، نادرًا أو من المستحيل معرفة القيمة الحقيقية لكمية فيزيائية. عادة ما تكون القيمة التقريبية للكمية الفيزيائية وحدود الخطأ معروفة فقط. ولذلك فإن الخطأ هو نوع من عدم اليقين. في التصميم الميكانيكي، يتم استخدام المعلمات الهيكلية المحددة والنماذج الرياضية المحددة بشكل عام للتحليل والحساب. في الممارسة الهندسية، عادة ما تكون هناك أخطاء وشكوك تتعلق بالأحمال، ومعلمات أداء المواد، والأبعاد الهندسية، ونماذج الحساب، والشروط الأولية، والشروط الحدودية، ومفاصل المكونات الهيكلية. وعلى الرغم من أنها قد تكون صغيرة في معظم الحالات، إلا أن الجمع بين هذه الأخطاء والشكوك قد يسبب انحرافات كبيرة أو عدم القدرة على التنبؤ في استجابة الهيكل.
هناك العديد من الأخطاء والشكوك في الآلات. تحتوي بعض المعلمات على أخطاء في التصنيع أو أخطاء في التثبيت أو عدم اليقين؛ تحتوي بعض المعلمات على أخطاء حسابية وأخطاء قياس؛ تتميز بعض الأنظمة الميكانيكية بخصائص مختلفة عندما تكون في ظروف عمل مختلفة. قيمه المعامل؛ تحتوي بعض المعلمات على نطاق معين من تباين المعلمات؛ لا يمكن قياس بعض المعلمات بدقة أو تقديمها في الوقت الحاضر.
تحمل جميع متغيرات التصميم تقريبًا درجة معينة من عدم اليقين، وفي التحليل والتصميم الهندسي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات وفقًا لمصادرها:
(1) عدم اليقين الفيزيائي في التصميم الهندسي، هناك العديد من الكميات الفيزيائية، مثل الحمل، وخصائص المواد، والأبعاد الهندسية، وما إلى ذلك، التي تكون متفرقة. هذا النوع من عدم اليقين الذي يرتبط مباشرة بالكميات الفيزيائية يسمى عادة عدم اليقين في الكميات الفيزيائية.
(2) عدم اليقين الإحصائي لا يمكن فصل تحليل خصائص توزيع المتغيرات وتحديد وظائف التوزيع عن الإحصائيات والأحكام. ومع ذلك، فإن أي إحصائيات وحكم يعتمد على عينات من المتغيرات، ولا يمكن أن تكون سعة أي عينة لانهائية. يتم تحديد نمط التوزيع لأي متغير من خلال الإحصائيات والاستدلال. ولذلك، فإن الطريقة الإحصائية لأي معلمة تحتوي على عدم اليقين. يسمى عدم اليقين الناجم عن الإحصائيات بعدم اليقين الإحصائي.
(3) عدم اليقين في النموذج في التصميم والتحليل الهندسي، يجب إنشاء نموذج للعلاقة بين كميات المدخلات وكميات المخرجات. عادة ما يتم إنشاء النماذج بناءً على المبادئ أو الخبرة الميكانيكية. ويمكن إنشاء نماذج مختلفة لنفس المشكلة العملية، وقد تكون النماذج يقينية ويمكن أن تكون غير يقينية أيضًا. ومع ذلك، في التصميم الميكانيكي، تكون الأجزاء أو الأنظمة الميكانيكية معقدة للغاية، ولا يمكن للنماذج الرياضية العادية أن تعكس الظروف الهيكلية الفعلية بشكل كامل. ستتسبب الافتراضات المختلفة التي تم وضعها على النموذج وتبسيط الشروط الحدودية المعقدة في احتواء النموذج للشكوك. إن عدم اليقين في النموذج سيكون له تأثير كبير على نتائج تحليل التصميم الميكانيكي وينبغي إيلاء الاهتمام الكافي له.
