กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

• กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม หรือ Engineering Design Process ถูกปรับปรุงให้มีขั้นตอนที่ละเอียดขึ้น และนำไปใช้ในการจัดการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็มศึกษา
• เป็นขั้นตอนที่ใช้ในการดำเนินการเพื่อแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการ
• เริ่มจากการระบุปัญหาที่พบ แล้วกำหนดเป็นปัญหาที่ต้องการแก้ไข
• ค้นหาแนวคิดที่เกี่ยวข้อง ทำการวิเคราะห์เพื่อเลือกวิธีการที่เหมาะสม
• เมื่อได้วิธีการที่เหมาะสมแล้วจึงทำการวางแผนและพัฒนาสิ่งของเครื่องใช้หรือวิธีการ
• สร้างชิ้นงานหรือวิธีการเสร็จแล้วจึงนำไปทดสอบ
• หากมีข้อบกพร่องให้ทำการปรับปรุงแก้ไข
• ประเมินผลว่าสิ่งของเครื่องใช้หรือวิธีการนั้นสามารถใช้แก้ปัญหาหรือสนองความต้องการได้ตามที่กำหนดไว้หรือไม่
• กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมมี 6 ขั้นตอน

ขั้นตอนของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

1. ระบุปัญหา (Problem Identification)

• ทำความเข้าใจสถานการณ์ของปัญหา โดยวิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัด
• ตัดสินใจเลือกปัญหาหรือความต้องการที่จะดำเนินการแก้ไข และกำหนดขอบเขตของปัญหา
• นำไปสู่การหาแนวทางในการแก้ปัญหา
• สามารถใช้เทคนิคหรือวิธีการต่าง ๆ มาช่วยในการวิเคราะห์ปัญหา เช่น การวิเคราะห์ด้วย 5W1H หรือ ผังก้างปลา (Fishbone Diagram)
• ใช้ทักษะการตั้งคำถามด้วยหลัก 5W1H เมื่อเกิดสถานการณ์ปัญหา
• คำถามจากหลัก 5W1H ประกอบด้วย:
  • Who: เกี่ยวกับบุคคลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ
  • What: ปัญหาหรือความต้องการจากสถานการณ์นั้นๆ คืออะไร
  • When: ปัญหาหรือความต้องการของสถานการณ์นั้นจะเกิดขึ้นเมื่อใด
  • Where: ปัญหาหรือความต้องการของสถานการณ์นั้นจะเกิดขึ้นที่ไหน
  • Why: วิเคราะห์สาเหตุว่าทำไมถึงเกิดปัญหาหรือความต้องการ
  • How: วิเคราะห์ถึงแนวทางหรือวิธีการแก้ปัญหานั้นจะสามารถทำได้ด้วยวิธีการอย่างไร

2. รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search)

• เมื่อระบุและกำหนดขอบเขตของปัญหาที่ต้องการแก้ไขแล้ว การดำเนินการต่อไปคือการรวบรวมข้อมูลและความรู้ทุกด้านที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ
• ตัวอย่างเช่น ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยี
• ในขั้นนี้ควรมีการจดบันทึกผลการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดเพื่อพัฒนาแนวทางในการแก้ปัญหา
• ก่อนการรวบรวมข้อมูลควรกำหนดประเด็นในการสืบค้น ซึ่งอาจเริ่มจากการตั้งคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาภายใต้ขอบเขตของปัญหาที่ระบุไว้
• ใช้เทคนิคการระดมสมอง (brainstorming) ในการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหา
• สามารถทำได้หลายวิธี เช่น:
  • สืบค้นข้อมูลจากอินเทอร์เน็ตที่น่าเชื่อถือ
  • สอบถามจากผู้เชี่ยวชาญ
  • สืบค้นจากเอกสาร บทความ งานวิจัย
  • ศึกษาดูงานจากสถานที่จริง
  • ทดลองทางวิทยาศาสตร์

3. ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design)

• เมื่อได้ข้อมูลองค์ประกอบพื้นฐานที่จำเป็นต่อการพัฒนาแนวทางการแก้ปัญหาแล้ว ขั้นตอนต่อมาคือการออกแบบแนวทางแก้ปัญหาให้มีรายละเอียดที่ชัดเจนขึ้น และอาจออกแบบไว้หลายแนวทาง
• ตัดสินใจเลือกแนวทางแก้ปัญหาที่เหมาะสมกับเงื่อนไขและขอบเขตของปัญหามากที่สุด
• พิจารณาจากปัจจัยด้านต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น ข้อดี ข้อเสีย ความสอดคล้องกับทรัพยากรทางเทคโนโลยีที่มีอยู่ ปัจจัยที่ขัดขวางหรือข้อจำกัด ผลกระทบต่อสังคมและสิ่งแวดล้อม การนำไปใช้งานเพื่อแก้ปัญหา ความประหยัด ความปลอดภัย การบำรุงรักษา
• ขึ้นอยู่กับลักษณะของวิธีการหรือแนวทางการแก้ปัญหา
• สามารถใช้ตารางช่วยประเมินเพื่อตัดสินใจเลือก สำหรับประเด็นในการตัดสินใจสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามความเหมาะสม

4. วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development)

• ก่อนการลงมือสร้างชิ้นงาน ควรกำหนดลำดับขั้นตอนของการสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการตามที่ได้ออกแบบไว้
• มีการกำหนดเป้าหมายและเวลาในการดำเนินงาน รวมทั้งผู้รับผิดชอบงานในแต่ละขั้นตอนอย่างชัดเจน
• ลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการตามที่ได้ออกแบบไว้หลังจากวางแผนการทำงานเรียบร้อยแล้ว
• ขั้นต่อไปเป็นการลงมือสร้างชิ้นงานตามแผนงานที่ได้กำหนดไว้
• ควรเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับประเภทของงาน และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำงานก็ต้องใช้ให้ถูกต้องและคำนึงถึงความปลอดภัยในการใช้งาน

5. ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Testing, Evaluation and Design Improvement)

• ในการทดสอบการทำงานของชิ้นงานหรือวิธีการควรกำหนดประเด็นในการทดสอบ ให้สอดคล้องกับจุดประสงค์ของชิ้นงานหรือวิธีการที่สร้างขึ้น
• ซึ่งจะช่วยลดเวลาและทำให้การปฏิบัติงานง่ายยิ่งขึ้น โดยอาจทำได้ในรูปแบบของแบบประเมินรายการ หรือ การเขียนบันทึกผลการทดสอบในแต่ละประเด็น
• วิเคราะห์ผลการทดสอบเพื่อหาแนวทางปรับปรุงแก้ไขชิ้นงานหรือวิธีการ ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

6. นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Presentation)

• การนำเสนอข้อมูลให้ผู้อื่นเข้าใจเกี่ยวกับภาพรวมของกระบวนการทำงาน ตั้งแต่แนวคิดในแก้ปัญหา ขั้นตอนการแก้ปัญหา รวมทั้งผลของการแก้ปัญหาและแนวทางการปรับปรุงแก้ไขให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
• สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การเขียนรายงาน การทำแผ่นนำเสนอผลงาน