Proces inženýrského návrhu je řada kroků, které inženýři dodržují, když se snaží vyřešit problém a navrhnout řešení pro něco; je to metodický přístup k řešení problémů. Neexistuje jediný všeobecně přijímaný proces návrhu a většina inženýrů má svůj vlastní způsob, jak tento proces funguje. Proces obecně začíná problémem a končí řešením, ale střední kroky se mohou lišit.
Jednou ze společných charakteristik většiny návrhových procesů je to, že jsou iterativní a návrháři se možná budou muset vrátit k předchozím krokům v procesu a/nebo celý proces opakovat znovu a znovu, dokud nedosáhnou minimálně životaschopného řešení.
Proces inženýrského návrhu popsaný v tomto článku není jedinou správnou verzí procesu, je to jen jeden příklad. Měl by poskytnout studentům dobrý výchozí bod k prozkoumání inženýrského procesu.
Velmi jednoduchý proces návrhu může zahrnovat pouze 3 kroky, jak je uvedeno níže: Definování, vývoj řešení a optimalizace (tento obrázek je k dispozici jako plakát v plné velikosti na posters.vex.com , pokud jej chcete pro svou třídu!).
Dalším příkladem procesu návrhu je proces návrhu Project Lead The Way's Gateway.
Kroky procesu inženýrského návrhu
V tomto článku se podíváme na proces návrhu, který odpovídá tomu, co porotci hledají při pohovorech s týmy a revizi jejich technických notebooků na soutěžích REC Foundation.
Identifikujte výzvu & Stanovte cíle
To se někdy nazývá „Zeptejte se“ nebo „Definujte“. Identifikace výzvy by měla být vždy prvním krokem, který se řeší v procesu návrhu.
Při první iteraci procesu návrhu by měl týmový zápisník obsahovat velmi stručný popis celkové herní výzvy a rozdělit ji na menší výzvy, které je pro úspěch nutné splnit. Osvědčeným postupem je uvést otázky, které je třeba zodpovědět prostřednictvím výzkumu nebo testování, například:
- Jaká je nejúčinnější strategie pro hraní hry?
- Jaké jsou způsoby, jak získat body?
- Jak rychle se musí robot pohybovat?
- Jak může robot sebrat bodované předměty?
- Kolik bodovaných předmětů musí robot držet?
Prostřednictvím tohoto procesu by týmy měly přijít se seznamem funkcí, které by mohly u svého robota chtít, a seznamy požadavků a omezení hry. Pokud například výzva vyžaduje, aby robot naskládal předměty co nejvýše, tým se může rozhodnout, že chce, aby byl jejich robot vysoký. Herní manuál však může mít omezení ohledně toho, jak vysoký může být robot v daném okamžiku. Před přechodem do fáze brainstormingu by měla být prozkoumána a pochopena všechna tato kritéria.
Pro pozdější cykly procesu návrhu může tento krok spočívat v identifikaci něčeho na robotu, co nefunguje tak dobře, jak se očekávalo nebo je potřeba, a popsat, co by dobré řešení obsahovalo. Výzvou může být například, že „Robotická paže musí být schopna dosáhnout výše, aby dosáhla míče“ a cílem ke splnění výzvy může být „Spodní část drápu musí být schopna dosáhnout až 16 "při držení míče." Omezení pro tuto výzvu se mohou překrývat s většími omezeními ze hry, například limity velikosti a vertikální expanze.
Schéma brainstormingu &
Dobrý brainstorming začíná společným pochopením problému, včetně všech požadavků a omezení. Bez pochopení problému může dojít k plýtvání časem na irelevantní nápady, které neuspokojují základní problém, který je po ruce. Během brainstormingutaké důležité vyhnout se vzájemnémunápadů. To může potlačit tvůrčí proces a odradit členy týmu od účasti.
Pokud je jasné, že členové týmu problému plně nerozumí, tým by měl začít znovu od prvního kroku procesu (tj. „Identifikujte problém“ nebo „Zeptejte se“).
Během brainstormingu mohou studenti také chtít prozkoumat výzvy ze skutečného světa, které jsou podobné tomu, který představuje hra. Mohou se také podívat, zda nějaké jiné robotické soutěže v minulosti využívaly podobné výzvy. Brainstorming zahrnuje shromažďování dat z jiných zdrojů, které studentům pomohou vytvořit úspěšné řešení.
Slibná řešení by měla být zdokumentována v týmovém notebooku, včetně označených nákresů nebo obrázků. Pokud tým získá nápady z jiných zdrojů, měly by být tyto zdroje v poznámkovém bloku jasně uvedeny.
Vyberte řešení & Vytvořte plán
Po dokončení brainstormingu a vytvoření několika nápadů by týmy měly objektivně zhodnotit každý nápad. Cílem je najít nejlepší řešení pro tým bez ohledu na zdroj. Tabulka může týmům pomoci zvážit a porovnat přednosti každého nápadu ve vztahu ke konkrétním přáním a omezením designu. V níže uvedeném příkladu je každé kritérium hodnoceno na stupnici 0-5 bodů, kde 0 nesplňuje a 5 převyšuje očekávání. Protože „Nápad 4“ má nejvyšší celkové skóre, byla by to objektivní volba.
|
Idea |
Kritéria 1 |
Kritéria 2 |
Kritéria 3 |
Kritéria 4 |
Celkové skóre |
|
Nápad 1 |
3 |
3 |
2 |
1 |
9 |
|
Nápad 2 |
5 |
5 |
0 |
0 |
10 |
|
Nápad 3 |
1 |
1 |
5 |
5 |
12 |
|
Nápad 4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
16 |
Tým by měl tento proces zdokumentovat v poznámkovém bloku a vysvětlit, jak a proč volí své řešení. Měli by také plně popsat řešení ve svém technickém zápisníku, včetně plánu, jak jej postaví. Pro pokročilé týmy může tento plán zahrnovat vytváření modelů CAD nebo podrobných výkresů sestav.
Program sestavení &
To je místo, kde týmy stráví většinu svého času a kdy vznikají prototypy a finální roboti a programy. Sestavení – jak pro kód, tak pro roboty – obvykle začínají jako základní návrhy a vyvíjejí se, jak se v pozdějších cyklech procesu návrhu přidávají detaily. Studenti by si měli dělat podrobné poznámky do svého notebooku při sestavování & programování, zaznamenávat, co vidí, snažit se zjistit, proč některé věci fungují lépe než jiné, a poté vytvářet další prototypy nebo programy k testování nových nápadů. Shromažďování dat a jejich záznam do notebooku je důležitou součástí vytváření a programování.
Otestujte řešení
Během tohoto kroku studenti otestují, co postavili nebo naprogramovali, aby zjistili, co funguje, co ne a co lze zlepšit. Testovací postupy by měly být dobře zdokumentovány v notebooku a měly by zahrnovat všechny měřitelné výsledky. Hlavním cílem tohoto kroku je rozhodnout, zda sestavení nebo kód splňuje výzvu a funguje podle očekávání a potřeby.
Opakujte proces návrhu
Co se stane, když něco při testování nefunguje? Studenti analyzují problém, aby identifikovali novou výzvu, kterou představuje, a zahájí nový cyklus procesu navrhování!
Ne všechny cykly procesu návrhu budou vyžadovat všechny kroky a některé mohou přeskakovat z kroku na krok nebo opakovat krok několikrát, než přejdou k dalšímu. Designérské týmy by se neměly bát jít v procesu navrhování zpět. Konečným cílem je vytvořit co nejlepší design jeho neustálým vylepšováním. Konstrukční cykly se budou pravděpodobně také překrývat, zejména mezi robotickými subsystémy a kódem. Týmy by se měly při zapisování do poznámkového bloku snažit co nejlépe identifikovat, na kterých krocích procesu návrhu pracují.
Jak se tedy tým rozhodne, kdy je jeho robot hotový? Jednoduché: tým si musí nastavit plán a pak se ho držet. Tento rozvrh se bude výrazně lišit tým od týmu v závislosti na jejich okolnostech. Pokud má tým šest týdnů na to, aby navrhl a postavil svého robota před první soutěží, měl by přijít s nějakým harmonogramem pro toto časové období. Některé týmy naplánují každý krok v procesu sestavení, zatímco jiné udělají jen rychlý přehled.
Harmonogram není vždy pevně stanoven; nakonec jediným pevným datem je datum zahájení projektu a termín dokončení robota (obvykle datum soutěže). Všechno ostatní se pravděpodobně změní, jak se proces rozvine.