تطورت آلات التصنيع المضاف بمرور الزمن، لكن تطورها رافقه تأخير في تطوير البرمجيات اللازمة لتشغيل هذه الآلات الحديثة. ولتجاوز هذه العقبة، صمم بحاثة جامعة ولاية بنسلفانيا برمجية لتخطيط العمليات المؤتمتة، والهدف منها توفير الوقت والجهد والمال.

وفي هذا الإطار، صممت آلات خماسية المحاور للتحرك خطيًا على المحاور سين عين صاد، بالإضافة إلى القدرة على الالتفاف بين المحاور لتغيير اتجاه الجسم. وتمثل هذه الآلات تطورًا عن نظيرتها ذات المحاور الثلاثة، والتي تفتقر القدرات الالتفافية وتتطلب هياكل داعمة.

قد تحقق هذه الآلات وفورات كبيرة في الوقت والتكلفة، لكنها تفتقر إلى برمجيات التخطيط والأتمتة التي تتمتع بها الآلات ثلاثية المحاور. وهنا تبرز الحاجة إلى تطوير برمجيات تخطيط تواكب تطور الآلات.

صرحت البروفسور شيني شاو أستاذ الهندسة الصناعية من جامعة بنسلفانيا والأستاذ المساعد في هندسة الميكانيك والتصنيع في جامعة ميامي «ما زالت هذه التقنيات ناشئة، ولا تتوفر برمجياتها بعد، لذلك طورنا وسيلة لرسم تصاميم من برمجية حاسوبية للتصنيع المضاف هادفين للاستغناء عن الخطوات غير الضرورية. إذ نوفر المال عندما نمضي زمنًا أقل في تصنيع القطعة، فضلًا عن استهلاك مواد أقل مما تستهلك الآلات ثلاثية المحاور.»

هذه الدراسة جزء من رسالة دكتوراه شيني في جامعة بنسلفانيا قسم التصنيع والهندسة الصناعية، وكانت رسالتها تحت إشراف أستاذ الهندسة الصناعية سنجاي جوشي. ونشر بحثها في مجلة جورنال أوف أدتف منوفاكتشرنج.

وقال سنجاي «نرغب بأتمتة عملية اتخاذ القرار للوصول إلى مرحلة التصنيع المضاف بكبسة زر. والهدف من البرمجية أتمتة التصنيع المضاف دون الحاجة إلى أعمال يدوية أو إعادة تصميم للمنتج. طلبت شيني مساعدتي عندما احتاجت الإرشاد أو أرادت الإجابة عن بعض الأسئلة، لكنها حصلت على الإجابة في نهاية المطاف.»

تحدد خوارزمية البرمجية أولًا مقاطع الجزء المطلوب واتجاهها، ثم تحسب الترتيب الزمني لطباعة كل مقطع. وتمر الأجزاء بعدها بعملية تفكك لتقسيم الأجزاء هندسيًا إلى مقاطع فردية، ليصبح كل مقطع قابل للطباعة دون الحاجة إلى هياكل داعمة. وتصنع كل قطعة وفقًا لتسلسلها، وبإمكان الآلة الدوران عبر المحاور لإعادة توجيه الجزء ومتابعة الطباعة. وشبهت شيني هذه العملية ببناء قطع الليجو.

قد تساعد الخوارزمية في إرشاد العملية التصميمية وإتاحة فرص لإدخال تعديلات تصميمية قبل الطباعة، فضلًا عن تقديم معلومات للمصمم عن جدوى طباعة القطعة دون هياكل داعمة.

وصرح جوشي «في ظل الخوارزمية، لن نحتاج إلى خبرة المستخدم لأنها مدمجة في البرمجية، وقد تساعد الأتمتة في تجريب سيناريوهات مختلفة سريعًا قبل طباعتها على الآلة.»

وتعتزم شيني تشاو متابعة أبحاثها لتحقيق إنجازات على أرض الواقع في تقنيات الطيران والسيارات.

وصرحت «يستغرق تصنيع الأجزاء المعدنية الضخمة بالوسائل التقليدية أيامًا، ويهدر مواد كثيرة لاعتماده على الهياكل الداعمة. التصنيع المضاف أداة قوية جدًا، وتطبيقاته كثيرًا بفضل مرونته، غير أنه ما زال يعاني من بعض أوجه النقص، وأمامنا كثير من التحسينات.»