엔지니어링 설계 프로세스는 엔지니어가 문제를 해결하고 무언가에 대한 솔루션을 설계하려고 할 때 따르는 일련의 단계입니다. 이는 문제 해결을 위한 체계적인 접근 방식입니다. 보편적으로 받아들여지는 단일한 설계 프로세스는 없으며 대부분의 엔지니어는 프로세스 작동 방식에 대해 자신만의 방식을 가지고 있습니다. 프로세스는 일반적으로 문제로 시작하여 솔루션으로 끝나지만 중간 단계는 다를 수 있습니다.
대부분의 디자인 프로세스의 공통된 특징 중 하나는 반복적이라는 점이며, 디자이너는 프로세스의 이전 단계로 돌아가거나 최소한으로 실행 가능한 솔루션에 도달할 때까지 전체 프로세스를 계속해서 반복해야 할 수도 있습니다.
이 기사에 설명된 엔지니어링 설계 프로세스는 프로세스의 유일한 올바른 버전이 아니며 단지 하나의 예일 뿐입니다. 이는 학생들이 엔지니어링 프로세스를 탐구할 수 있는 좋은 출발점을 제공해야 합니다.
매우 간단한 디자인 프로세스에는 아래와 같이 정의, 솔루션 개발 및 최적화의 3단계만 포함될 수 있습니다. (이 그림은 강의실용으로 원하는 경우 Posters.vex.com 에서 전체 크기 포스터로 제공됩니다!)
또 다른 설계 프로세스의 예는 프로젝트 리드 The Way의 게이트웨이 설계 프로세스입니다.
엔지니어링 설계 프로세스의 단계
이 기사에서는 심사위원이 REC Foundation 대회에서 팀을 인터뷰하고 엔지니어링 노트북을 검토할 때 찾는 것과 일치하는 디자인 프로세스를 고려할 것입니다.
챌린지 식별 & 목표 설정
이는 때때로 “질문(Ask)” 또는 “정의(Define)”라고도 합니다. 과제를 식별하는 것은 항상 설계 프로세스에서 해결되는 첫 번째 단계여야 합니다.
디자인 프로세스의 첫 번째 반복에서 팀 노트북에는 전체 게임 과제에 대한 매우 간단한 설명이 포함되어야 하며 이를 성공을 위해 달성해야 하는 작은 과제로 나누어야 합니다. 가장 좋은 방법은 연구나 테스트를 통해 대답해야 하는 질문을 나열하는 것입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
- 게임을 플레이하는데 가장 효과적인 전략은 무엇입니까?
- 점수를 얻는 방법은 무엇입니까?
- 로봇은 얼마나 빨리 움직여야 합니까?
- 로봇은 점수가 매겨진 물체를 어떻게 집어들 수 있나요?
- 로봇은 얼마나 많은 득점 개체를 보유해야 합니까?
이 프로세스를 통해 팀은 로봇에 원하는 기능 목록과 게임의 요구 사항 및 제약 조건 목록을 작성해야 합니다. 예를 들어, 로봇이 가능한 한 높이 물체를 쌓아야 하는 과제가 있는 경우 팀은 로봇의 키가 커지기를 원할 수 있습니다. 그러나 게임 매뉴얼에는 특정 시점에 로봇의 키가 얼마나 커질 수 있는지에 대한 제한이 있을 수 있습니다. 브레인스토밍 단계로 넘어가기 전에 이러한 기준을 모두 탐색하고 이해해야 합니다.
설계 프로세스의 이후 주기에서 이 단계는 로봇에서 예상한 대로 작동하지 않거나 필요한 부분을 식별하고 좋은 솔루션에 포함될 내용을 설명하는 것일 수 있습니다. 예를 들어, "로봇 팔이 공을 득점하려면 더 높이 도달할 수 있어야 한다"는 과제가 있을 수 있고, 과제를 달성하기 위한 목표는 "집게발 바닥이 최대 16개까지 도달할 수 있어야 한다"일 수 있습니다. "공을 잡을 때." 이 챌린지의 제약 조건은 크기 및 수직 확장 제한과 같은 게임의 더 큰 제약 조건과 겹칠 수 있습니다.
브레인스토밍 & 다이어그램
좋은 브레인스토밍은 모든 요구 사항과 제약 사항을 포함하여 문제에 대한 공유된 이해에서 시작됩니다. 문제를 이해하지 못하면 당면한 기본 문제를 충족시키지 못하는 관련 없는 아이디어에 시간이 낭비될 수 있습니다. 브레인스토밍 중에는 서로의 아이디어를 판단하는피하는 것도 중요합니다. 이는 창작 과정을 방해하고 팀 구성원의 참여를 방해할 수 있습니다.
팀 구성원이 문제를 완전히 이해하지 못한다는 것이 분명해지면 팀은 프로세스의 첫 번째 단계(예: "문제 식별" 또는 "질문")부터 다시 시작해야 합니다.
브레인스토밍 중에 학생들은 게임에서 제시된 것과 유사한 현실 세계의 과제를 조사하고 싶어할 수도 있습니다. 또한 과거에 유사한 과제를 활용한 다른 로봇 공학 대회가 있는지 확인할 수도 있습니다. 브레인스토밍에는 학생들이 성공적인 솔루션을 만드는 데 도움이 되도록 다른 소스에서 데이터를 수집하는 것이 포함됩니다.
라벨이 붙은 그림이나 사진을 포함하여 유망한 솔루션을 팀 노트북에 문서화해야 합니다. 팀이 다른 소스에서 아이디어를 얻는 경우 해당 소스를 노트북에 명확하게 식별해야 합니다.
솔루션 선택 & 계획 세우기
브레인스토밍이 완료되고 여러 아이디어가 생성되면 팀은 각 아이디어를 객관적으로 평가해야 합니다. 목표는 소스에 관계없이 팀을 위한 최상의 솔루션을 찾는 것입니다. 표는 팀이 특정 디자인 요구 사항 및 제약 조건과 관련하여 각 아이디어의 장점을 고려하고 비교하는 데 도움이 될 수 있습니다. 아래 예에서 각 기준은 0점은 기대치를 충족하지 못하고 5점은 기대치를 초과하는 0~5점 척도로 평가됩니다. '아이디어 4'가 종합점수가 가장 높기 때문에 객관적인 선택이 될 것입니다.
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아이디어 |
기준 1 |
기준 2 |
기준 3 |
기준 4 |
총 점수 |
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아이디어 1 |
3 |
3 |
2 |
1 |
9 |
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아이디어 2 |
5 |
5 |
0 |
0 |
10 |
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아이디어 3 |
1 |
1 |
5 |
5 |
12 |
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아이디어 4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
16 |
팀은 이 프로세스를 노트북에 문서화하고 솔루션을 선택하는 방법과 이유를 설명해야 합니다. 또한 솔루션 구축 방법에 대한 계획을 포함하여 엔지니어링 노트에 솔루션을 자세히 설명해야 합니다. 고급 팀의 경우 이 계획에는 CAD 모델 또는 세부 조립 도면 작성이 포함될 수 있습니다.
빌드 & 프로그램
이곳은 팀이 대부분의 시간을 보내는 곳이자 프로토타입과 최종 로봇 및 프로그램이 생성되는 곳입니다. 코드와 로봇 모두를 위한 빌드는 일반적으로 기본 설계로 시작하여 설계 프로세스의 후반부 주기에 세부 사항이 추가됨에 따라 발전합니다. 학생들은 & 프로그래밍을 구축하고, 본 내용을 기록하고, 어떤 것이 다른 것보다 더 잘 작동하는 이유를 파악하고, 새로운 아이디어를 테스트하기 위해 추가 프로토타입이나 프로그램을 만드는 동안 노트에 자세한 메모를 작성해야 합니다. 데이터를 수집하고 이를 노트북에 기록하는 것은 구축 및 프로그래밍의 중요한 부분입니다.
솔루션 테스트
이 단계에서 학생들은 무엇이 효과가 있고 무엇이 효과가 없는지, 무엇이 개선될 수 있는지 확인하기 위해 자신이 구축했거나 프로그래밍한 것을 테스트합니다. 테스트 절차는 노트북에 잘 문서화되어 있어야 하며 측정 가능한 모든 결과가 포함되어야 합니다. 이 단계의 주요 목표는 빌드 또는 코드가 문제를 충족하고 예상 및 필요에 따라 작동하는지 결정하는 것입니다.
디자인 과정을 반복하세요
테스트 중 무언가가 작동하지 않으면 어떻게 되나요? 학생들은 문제를 분석하여 그것이 제시하는 새로운 과제를 식별하고 디자인 프로세스의 새로운 주기를 시작합니다!
모든 설계 프로세스 주기에 모든 단계가 필요한 것은 아니며, 일부는 다음 단계로 넘어가기 전에 한 단계에서 다른 단계로 건너뛰거나 한 단계를 여러 번 반복할 수도 있습니다. 디자인 팀은 디자인 프로세스가 거꾸로 진행되는 것을 두려워해서는 안 됩니다. 궁극적인 목표는 계속해서 개선하여 가능한 최고의 디자인을 만드는 것입니다. 특히 로봇 하위 시스템과 코드 간에 설계 주기도 겹칠 수 있습니다. 팀은 노트북에 항목을 작성할 때 작업 중인 디자인 프로세스 단계를 식별하기 위해 최선을 다해야 합니다.
그렇다면 팀은 로봇이 언제 완성되는지 어떻게 결정합니까? 간단합니다. 팀은 일정을 정한 다음 이를 준수해야 합니다. 이 일정은 팀마다 상황에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 팀이 첫 번째 대회 전에 로봇을 설계하고 제작하는 데 6주가 주어진다면 이 기간에 대한 일종의 일정을 세워야 합니다. 일부 팀은 빌드 프로세스의 모든 단계를 계획하는 반면 다른 팀은 간단한 개요만 수행합니다.
일정이 항상 정해져 있는 것은 아닙니다. 궁극적으로 유일하게 고정된 날짜는 프로젝트 시작 날짜와 로봇 완료 마감일(일반적으로 대회 날짜)입니다. 프로세스가 전개됨에 따라 다른 모든 것이 바뀔 가능성이 높습니다.