Table of Contents
طراحی آزمایشگاه برای تحقیقات مهندسی بین رشته ای و نوآوری
چالش های مهندسی مدرن - از انعطاف پذیری آب و هوا تا پزشکی شخصی - نیاز به راه حل های یکپارچه است که فراتر از مرزهای انضباطی سنتی است.یک هدف آزمایشگاهی برای تحقیقات بین رشته ای باید زیرساخت های فیزیکی، اتصال دیجیتال و طراحی انسان محور را ترکیب کند تا همکاری بین مکانیک، الکتریکی، شیمیایی، مدنی، زیست پزشکی و مهندسان نرم افزار را تقویت کند.
چرا طراحی آزمایشگاه بین رشته ای اهمیت دارد
آزمایشگاه های تک رشته ای معمولا محققان را منزوی می کنند، محدود کردن خط مشی ایده ها. آزمایشگاه های بین رشته ای این سیلو ها را با ایجاد فضاهای مشترک که تیم های مختلف می توانند با هم ادغام شوند، تخصص تبادل و مقابله با مشکلات پیچیده نشان می دهد که همکاری (FLT:0drive نوآوری ، موسسات با امکانات آزمایشگاه انعطاف پذیر می توانند جذب استعدادهای برتر و توسعه دهندگان صنعت را پیش بینی کنند، بنابراین تحقیقات فعلی باید فقط نیاز به تحولات تکنولوژیکی فعلی داشته باشند.
بهترین تحقیقات بین رشته ای زمانی اتفاق می افتد که محیط ساخته شده اصطکاک بین رشته ها را از بین ببرد - هنگامی که یک مهندس مکانیک می تواند دو قدم برای مشورت با یک دانشمند مواد راه برود و یک مهندس کامپیوتر می تواند شبیه سازی ها را درست در کنار یک شیمیدان نیمکت اجرا کند. - آکادمی ملی گزارش مهندسی در روند در حال ظهور
اصول طراحی هسته
هر آزمایشگاه موفق بین رشته ای بر اساس پنج اصل طراحی متصل قرار می گیرد.هر اصل باید از ابتدای پروژه در نظر گرفته شود و با بودجه، محدودیت های سایت و فرهنگ سازمانی متعادل شود.
۱- انعطاف پذیری و سازگاری
جهت های تحقیقاتی به سرعت تکامل می یابند؛ یک آزمایشگاه ساخته شده برای پروژه های امروز ممکن است در پنج سال منسوخ شود.طراحی انعطاف پذیری با استفاده از مبلمان مدولار، پارتیشن های متحرک و اپراتورهای خدمات سربار که اجازه می دهد نیمکت ها و تجهیزات دوباره پیکربندی شوند بدون ساخت و ساز عمده، پلاگین و پخش خدمات (گاز، خلاء، اطلاعات، قدرت) در شبکه های سقفی یا گروه های طبقه اجازه می دهد تا چرخه های خیس را تنظیم کنند و تجهیزات باز را در نظر بگیرند.
۲- منطقه های همکاری و فضای مشترک
برخورد های تصادفی اغلب ایده های پیشرفتی را ایجاد می کند. اختصاص 20 تا 30 درصد کل منطقه آزمایشگاهی به همکاری غیررسمی: اتاق های شکستن با دیوارهای برجسته، سالن با داشبورد داده ها، راهرو "مناطق سرد" با صندلی و اتاق های مشترک ابزار مشترک مانند اتاق های پروژه با کنفرانس های ویدئویی و تخته های هوشمند شرکای دور را قادر می سازد تا شرکت کنند این مناطق نزدیک به محل ورودی و اتاق های حرکت مرکزی را به حداکثر برسانند.
تجهیزات پیشرفته و ابزار سازی
کار بین رشته ای نیاز به امکانات مشترک، با هزینه بالا طراحی تجهیزات تحلیلی ( میکروسکوپ الکترونی، NMR، طیف سنج توده ای) با انزوای ارتعاش، تهویه مطبوع تخصصی و تغذیه الکتریکی اختصاصی دارد. قرار دادن این هسته ها در مکان های مرکزی با کنترل دسترسی روشن و مسیرهای خدمات برای تعمیر و نگهداری، همچنین شامل فضاهای سازنده با پرینتر 3D، برش لیزر، برش های لیزری و دستگاه های پاک سازی است که تمام تجهیزات ذخیره سازی کافی را دارند (بخش های قابل دسترس برای تعمیر و تجهیزات ذخیره سازی کافی).
۴- ایمنی و سلامت انسان
با چندین رشته در یک فضا، پروتکل های ایمنی باید مواد شیمیایی، بیولوژیکی، مکانیکی و خطرات الکتریکی را پوشش دهند. Design fume hoods با حجم هوای متغیر برای حفظ انرژی و نصب اتاق های ذخیره سازی شیمیایی با کابینت های جدا شده، کابینت های تهویه شده، استفاده از نشانه های روشن و مناطق رنگی برای سطوح مختلف خطر.در شرکت اضطراری اضطراری، ایستگاه های شستشو چشم و سیستم های آتش سوزی که با کد های صوتی طبیعی، و درمان های صوتی طبیعی، و حرارتی، و حرارتی طبیعی، و درمان های صوتی، و درمان های صوتی کافی برای کاهش نور و نور طبیعی، و درمان های صوتی، و درمان های صوتی و نور، و درمان های صوتی، و درمان های صوتی، و احتراق طبیعی، و درمان های صوتی، و احتراق طبیعی، و احتراق طبیعی، و درمان های صوتی، و درمان های صوتی، و احتراق، و احتراق، و درمان های صوتی، و احتراق، و احتراق طبیعی، و درمان های صوتی، و احتراق طبیعی، و احتراق طبیعی، برای کاهش نور، و درمان های صوتی، فراهم می کنند.
۵- پایداری و کارایی منابع
آزمایشگاه ها معمولاً 5 تا 10 برابر انرژی بیشتری در هر فوت مربع نسبت به فضاهای اداری مصرف می کنند. [[۱] طراحی پایدار را از ابتدا یکپارچه کنید: از HVAC با بهبود حرارت، نورپردازی LED با سنسورهای اشغالی و لوله کشی کم جریان استفاده کنید. {{۳LT}} مواد ساختمانی قابل بازیافت و مبلمان را در نظر بگیرید (solar، geoblo) و سقف سبز برای مدیریت طوفان (در حال حاضر بسیاری از موسسات گواهینامه عملکرد eF).
زیرساخت ها و ادغام تکنولوژی
کنترل هوا و محیط زیست
آزمایشگاه های بین رشته ای نیاز به سیستم های تهویه مطبوع منطقه دارند که می توانند دمای چندگانه، رطوبت و نیازهای تغییر هوا را به طور همزمان کنترل کنند.استفاده از یک سیستم چند نفره که اجازه می دهد آزمایشگاه ها در شرایط خاص بدون تاثیر فضاهای کامپیوتری، شامل خنک کننده مکمل ( پرتوهای تیز، پرتوهای قفسه، کیفیت هوا با سنسورهای CO2 برای بهینه سازی مصرف هوای تازه).
قدرت، داده ها و شبکه
تحقیقات مدرن، برنامه های اضافی قدرت با پشتیبان UPS برای تجهیزات بحرانی و محاسبات است. نصب پورت های داده های با چگالی بالا (فی نوری، Cat6a) در هر نیمکت، و شامل بی سیم برای دستگاه های تلفن همراه.یک اتاق سرور اختصاصی در نزدیکی هسته آزمایشگاه باعث کاهش تاخیر برای شبیه سازی و کار هوش مصنوعی می شود.
مدیریت آزمایشگاه های دیجیتال و هوشمند
آزمایشگاه های نوظهور از سنسورهای IoT برای نظارت بر استفاده از تجهیزات، شرایط زیست محیطی و انطباق ایمنی استفاده می کنند.تکنولوژی دوقلو دیجیتال - یک نسخه مجازی زمان واقعی از آزمایشگاه - می تواند پیکربندی مجدد قبل از پیاده سازی فیزیکی آنها را شبیه سازی کند.
استراتژی های پیاده سازی
مرحله 1: نیاز به ارزیابی و مشارکت ذینفعان
با یک بررسی جامع از زمینه های تحقیقاتی فعلی و پیش بینی شده شروع کنید، یک کمیته فرمان از جمله استادان هر رشته مهندسی، دانشجویان فارغ التحصیل، مشاوران صنعت، افسران ایمنی و کارکنان امکانات را تشکیل دهید. رقت های طراحی را برای شناسایی نقاط درد در فضاهای موجود، قابلیت های مورد نظر و تجهیزات لازم نگه دارید.
مرحله دوم: توسعه مفهومی
شرکت معماری با تجربه طراحی آزمایشگاه. توسعه گزینه های طرح، منطقه بندی و زیرساخت های ابزار.استفاده از مدل سازی 3D برای تجسم جریان های ترافیکی، دید و قرار دادن تجهیزات.
مرحله 3: طراحی دقیق و بودجه بندی
برنامه های معماری، ساختاری، MEP (مکانیکی، الکتریکی، لوله کشی) را مشخص کنید تمام کارهای آزمایشگاهی، کلاه های فازی و طبقه بندی تخصصی (در برابر مواد شیمیایی) برآورد هزینه و منابع بودجه نقشه - مواد مغذی، هدیه، وجوه سرمایه نهادی و مشارکت های عمومی-خصوصی ایجاد یک مرحله پیاده سازی اگر زمان محدود بودجه است.
مرحله 4: ساخت و ساز و کمیسیون
در طول ساخت و ساز، هماهنگی نزدیک بین پیمانکار و گروه کاربر را حفظ کنید.پس از ساخت و ساز، کمیسیون هر سیستم: تست جریان هوا، سنسورهای کالیبره، بررسی بارهای الکتریکی و اجرای مته های اضطراری. ارائه آموزش دستی به همه کاربران در ایمنی و تجهیزات قبل از حرکت.
مرحله پنجم: ارزیابی و بهبود مستمر
یک سال پس از باز کردن، یک ارزیابی پس از اشغال با استفاده از نظرسنجی ها، داده های انرژی و معیارهای خروجی تحقیق انجام دهید. شناسایی مناطق برای بهبود - شاید مناطق همکاری کم استفاده شده باشند یا برخی از نیمکت ها نیاز به منابع قدرت بیشتری دارند.استفاده از این بازخورد برای تنظیم طرح ها و پروتکل ها.
مطالعات موردی و بهترین روش ها
چندین موسسه موفق به ساخت آزمایشگاه های مهندسی بین رشته ای شده اند، به عنوان مثال، استنفورد ساخت 01 برای مهندسی زیست محیطی و علوم مواد استفاده از انبوهی از نیمکت های آزمایشگاه قابل حمل است که می تواند در ساعت ها بازسازی شود: MIT مردان و مانوسان در حال انجام ماشین آلات فضایی ادغام با آموزش های آزمایشگاهی قوی، آموزش و تشویق مناطق نگهداری سریع.
آینده در طراحی آزمایشگاه
با نگاهی به جلو، آزمایشگاه ها تبدیل به ترکیبی از آزمایش فیزیکی و مجازی.از راه دور ابزار کنترل شده، تجزیه و تحلیل داده های مبتنی بر ابر، و واقعیت افزوده برای آموزش تجهیزات نیاز به حضور در محل را کاهش می دهد اتوماسیون و رباتیک وظایف تکراری را اداره می کنند، محققان را برای استانداردهای پایداری خلاق، سفت می کنند، با آزمایشگاه های انرژی خالص صفر تبدیل شدن به برنامه و نه طراحان باید برای انتقال ظرفیت اضافی و فضای اضافی برای ترک سلول های فضایی برای سلول های فضایی و فضای اضافی برای انتقال آن ها.
نتیجه گیری
طراحی یک آزمایشگاه برای تحقیقات مهندسی بین رشته ای یک تلاش پیچیده و پر ارزش است.با در نظر گرفتن انعطاف پذیری، تقویت همکاری، تجهیز با ابزارهای پیشرفته، اولویت بندی ایمنی و متعهد به پایداری، موسسات می توانند محیط هایی را ایجاد کنند که سرعت کشف و آموزش نسل بعدی مهندسان را افزایش می دهد. کلید این است که همه ذینفعان را از ابتدا درگیر کند، باز به تغییر باقی بمانند و یک تاسیسات که می تواند به عنوان تحقیق سریع تکامل یابد.