Le processus de conception technique est une série d'étapes que les ingénieurs suivent lorsqu'ils tentent de résoudre un problème et de concevoir une solution à quelque chose ; c'est une approche méthodique de la résolution de problèmes. Il n’existe pas de processus de conception unique universellement accepté, et la plupart des ingénieurs ont leur propre vision du fonctionnement du processus. Le processus commence généralement par un problème et se termine par une solution, mais les étapes intermédiaires peuvent varier.
Une caractéristique commune à la plupart des processus de conception est qu'ils sont itératifs et que les concepteurs peuvent devoir revenir aux étapes précédentes du processus et/ou répéter l'ensemble du processus encore et encore jusqu'à ce qu'ils parviennent à une solution minimalement viable.
Le processus de conception technique décrit dans cet article n’est pas la seule version correcte du processus, ce n’est qu’un exemple. Il devrait fournir un bon point de départ aux étudiants pour explorer le processus d’ingénierie.
Un processus de conception très simple ne peut comprendre que 3 étapes, comme indiqué ci-dessous : définir, développer des solutions et optimiser (cette illustration est disponible sous forme d'affiche en taille réelle sur posters.vex.com si vous en voulez une pour votre classe !).
Un autre exemple de processus de conception est Project Lead The Way's Gateway Design Process.
Étapes du processus de conception technique
Pour cet article, nous examinerons un processus de conception qui correspond à ce que les juges recherchent lors des entretiens avec les équipes et de l'examen de leurs cahiers d'ingénierie lors des concours de la REC Foundation.
Identifier le défi & Fixer des objectifs
Ceci est parfois appelé « Demander » ou « Définir ». L'identification du défi doit toujours être la première étape abordée dans le processus de conception.
Pour la première itération du processus de conception, le cahier de l'équipe doit inclure une très brève description du défi global du jeu et le diviser en défis plus petits qui doivent être accomplis pour réussir. La meilleure pratique consiste à énumérer les questions auxquelles il faut répondre par des recherches ou des tests, par exemple :
- Quelle est la stratégie la plus efficace pour jouer au jeu ?
- Quels sont les moyens de marquer des points ?
- À quelle vitesse le robot doit-il se déplacer ?
- Comment le robot peut-il ramasser les objets marquants ?
- Combien d’objets de notation le robot doit-il contenir ?
Grâce à ce processus, les équipes doivent dresser une liste des fonctionnalités qu'elles pourraient souhaiter dans leur robot, ainsi que des listes des exigences et des contraintes du jeu. Par exemple, si un défi nécessite qu'un robot empile des objets aussi haut que possible, l'équipe peut décider qu'elle veut que son robot soit grand. Cependant, le manuel du jeu peut avoir une contrainte sur la taille du robot à un moment donné. Tous ces critères doivent être explorés et compris avant de passer à la phase de brainstorming.
Pour les cycles ultérieurs du processus de conception, cette étape peut consister à identifier quelque chose sur le robot qui ne fonctionne pas aussi bien que prévu ou nécessaire et à décrire ce qu'inclurait une bonne solution. Par exemple, un défi pourrait être « Le bras du robot doit pouvoir atteindre plus haut pour marquer le ballon », et un objectif pour relever le défi pourrait être « Le bas de la griffe doit pouvoir atteindre jusqu'à 16 000 mètres. "quand on tient un ballon." Les contraintes de ce défi peuvent chevaucher des contraintes plus importantes du jeu, par exemple les limites de taille et d'expansion verticale.
Brainstorming & Diagramme
Un bon brainstorming commence par une compréhension partagée du problème, y compris toutes les exigences et contraintes. Sans comprendre le problème, on risque de perdre du temps sur des idées non pertinentes qui ne répondent pas au problème fondamental en question. Lors d'un brainstorming, il est également important d'juger les idées de chacun. Cela peut étouffer le processus créatif et décourager les membres de l’équipe de participer.
S'il apparaît clairement que les membres de l'équipe ne comprennent pas entièrement le problème, l'équipe doit recommencer à la première étape du processus (c'est-à-dire « Identifier le problème » ou « Demander »).
Au cours du brainstorming, les élèves peuvent également vouloir étudier des défis du monde réel similaires à celui posé par le jeu. Ils peuvent également vérifier si d’autres compétitions de robotique ont utilisé des défis similaires dans le passé. Le brainstorming comprend la collecte de données provenant d'autres sources pour aider les étudiants à créer une solution réussie.
Les solutions prometteuses doivent être documentées dans le cahier de l'équipe, y compris des dessins ou des images étiquetés. Si l’équipe obtient des idées provenant d’autres sources, ces sources doivent être clairement identifiées dans le cahier.
Choisissez une solution & Faites un plan
Une fois le brainstorming terminé et plusieurs idées générées, les équipes doivent évaluer objectivement chaque idée. L’objectif est de trouver la meilleure solution pour l’équipe, quelle que soit la source. Un tableau peut aider les équipes à considérer et à comparer les mérites de chaque idée par rapport aux désirs et contraintes de conception spécifiques. Dans l'exemple ci-dessous, chaque critère est évalué sur une échelle de 0 à 5 points où 0 ne satisfait pas et 5 dépasse les attentes. Étant donné que « l’Idée 4 » a le score global le plus élevé, ce serait le choix objectif.
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Idée |
Critère 1 |
Critère 2 |
Critère 3 |
Critère 4 |
Score total |
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Idée 1 |
3 |
3 |
2 |
1 |
9 |
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Idée 2 |
5 |
5 |
0 |
0 |
10 |
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Idée 3 |
1 |
1 |
5 |
5 |
12 |
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Idée 4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
16 |
L'équipe doit documenter ce processus dans le cahier et expliquer comment et pourquoi elle choisit sa solution. Ils doivent également décrire entièrement la solution dans leur cahier d'ingénierie, y compris un plan expliquant comment ils vont la construire. Pour les équipes avancées, ce plan peut inclure la création de modèles CAO ou de dessins d'assemblage détaillés.
Programme Construire &
C’est là que les équipes passeront la plupart de leur temps et que les prototypes et les robots et programmes finaux seront créés. Les builds, tant pour le code que pour les robots, commencent généralement par des conceptions de base et évoluent à mesure que des détails sont ajoutés au cours des cycles ultérieurs du processus de conception. Les étudiants doivent prendre des notes détaillées dans leur cahier tout en construisant la programmation & , en enregistrant ce qu'ils voient, en essayant de comprendre pourquoi certaines choses fonctionnent mieux que d'autres, puis en créant des prototypes ou des programmes supplémentaires pour tester de nouvelles idées. La collecte de données et leur enregistrement dans le cahier constituent une partie importante de la construction et de la programmation.
Testez la solution
Au cours de cette étape, les élèves testeront ce qu'ils ont construit ou programmé pour voir ce qui fonctionne, ce qui ne fonctionne pas et ce qui peut être amélioré. Les procédures de test doivent être bien documentées dans le cahier et doivent inclure tous les résultats mesurables. L'objectif principal de cette étape est de décider si la version ou le code répond au défi et fonctionne comme prévu et nécessaire.
Répétez le processus de conception
Que se passe-t-il lorsque quelque chose ne fonctionne pas lors des tests ? Les étudiants analysent le problème pour identifier le nouveau défi qu'il présente, et ils démarrent un nouveau cycle du processus de conception !
Tous les cycles du processus de conception ne nécessitent pas toutes les étapes, et certains peuvent passer d'une étape à l'autre ou répéter une étape plusieurs fois avant de passer à la suivante. Les équipes de conception ne devraient pas avoir peur de revenir en arrière dans le processus de conception. Le but ultime est de créer le meilleur design possible en l’améliorant encore et encore. Les cycles de conception se chevaucheront probablement également, notamment entre les sous-systèmes robotiques et le code. Les équipes doivent faire de leur mieux pour identifier les étapes du processus de conception sur lesquelles elles travaillent lorsqu'elles effectuent des entrées dans le bloc-notes.
Alors, comment une équipe décide-t-elle quand son robot est terminé ? C’est simple : l’équipe doit établir un planning, puis s’y tenir. Cet horaire variera considérablement d'une équipe à l'autre en fonction de leur situation. Si une équipe dispose de six semaines pour concevoir et construire son robot avant la première compétition, elle doit établir une sorte de calendrier pour cette période. Certaines équipes planifieront chaque étape de leur processus de construction tandis que d'autres feront simplement un aperçu rapide.
Le calendrier n’est pas toujours gravé dans le marbre ; en fin de compte, les seules dates fixes sont la date de début du projet et la date limite de réalisation du robot (généralement la date d'un concours). Tout le reste est susceptible de changer à mesure que le processus se déroule.