กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม VRC

กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมเป็นชุดของขั้นตอนที่วิศวกรปฏิบัติตามเมื่อพวกเขากำลังพยายามแก้ไขปัญหาและออกแบบวิธีแก้ปัญหาสำหรับบางสิ่งบางอย่าง มันเป็นแนวทางการแก้ปัญหาอย่างมีระเบียบวิธี ไม่มีกระบวนการออกแบบที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล และวิศวกรส่วนใหญ่ก็มีวิธีการทำงานของกระบวนการเป็นของตัวเอง โดยทั่วไปกระบวนการจะเริ่มต้นด้วยปัญหาและจบลงด้วยวิธีแก้ปัญหา แต่ขั้นตอนกลางอาจแตกต่างกันไป

ลักษณะทั่วไปอย่างหนึ่งของกระบวนการออกแบบส่วนใหญ่ก็คือ กระบวนการเหล่านี้ต้องทำซ้ำๆ และผู้ออกแบบอาจต้องกลับไปยังขั้นตอนก่อนหน้าในกระบวนการ และ/หรือทำซ้ำกระบวนการทั้งหมดซ้ำแล้วซ้ำอีก จนกว่าจะถึงวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุด

กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมที่อธิบายไว้ในบทความนี้ไม่ใช่เพียงเวอร์ชันที่ถูกต้องของกระบวนการ แต่เป็นเพียงตัวอย่างเดียวเท่านั้น ควรเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับนักศึกษาในการสำรวจกระบวนการทางวิศวกรรม

กระบวนการออกแบบที่เรียบง่ายอาจมีเพียง 3 ขั้นตอนดังที่แสดงด้านล่าง: กำหนด พัฒนาโซลูชัน และเพิ่มประสิทธิภาพ (ภาพประกอบนี้มีอยู่ในโปสเตอร์ขนาดเต็มที่ posters.vex.com หากคุณต้องการสำหรับห้องเรียนของคุณ!)

ตัวอย่างกระบวนการออกแบบอื่นคือ หัวหน้าโครงการ กระบวนการออกแบบเกตเวย์ของวิถี

ขั้นตอนของกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม

สำหรับบทความนี้ เราจะพิจารณากระบวนการออกแบบที่ตรงกับสิ่งที่ผู้ตัดสินมองหาเมื่อสัมภาษณ์ทีมและตรวจสอบสมุดบันทึกด้านวิศวกรรมในการแข่งขัน REC Foundation

ระบุความท้าทาย & ตั้งเป้าหมาย

ซึ่งบางครั้งเรียกว่า “ถาม” หรือ “กำหนด” การระบุความท้าทายควรเป็นขั้นตอนแรกที่กล่าวถึงในกระบวนการออกแบบเสมอ 

สำหรับกระบวนการออกแบบซ้ำครั้งแรก สมุดบันทึกของทีมควรมีคำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับความท้าทายของเกมโดยรวม และแบ่งย่อยออกเป็นความท้าทายเล็กๆ น้อยๆ ที่ต้องทำให้สำเร็จเพื่อความสำเร็จ แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดคือการตั้งคำถามที่ต้องตอบผ่านการวิจัยหรือการทดสอบ เช่น

• กลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการเล่นเกมคืออะไร?
• มีวิธีใดบ้างที่จะได้คะแนน?
• หุ่นยนต์ต้องเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน?
• หุ่นยนต์จะหยิบวัตถุให้คะแนนได้อย่างไร?
• หุ่นยนต์ต้องเก็บวัตถุให้คะแนนจำนวนเท่าใด

ในกระบวนการนี้ ทีมควรสร้างรายการคุณสมบัติที่พวกเขาอาจต้องการในหุ่นยนต์ของพวกเขา และรายการข้อกำหนดและข้อจำกัดของเกม ตัวอย่างเช่น หากความท้าทายกำหนดให้หุ่นยนต์วางวัตถุให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทีมงานอาจตัดสินใจว่าต้องการให้หุ่นยนต์สูง อย่างไรก็ตาม คู่มือเกมอาจมีข้อจำกัดว่าหุ่นยนต์สามารถสูงได้ในช่วงเวลาใดก็ตาม เกณฑ์ทั้งหมดนี้ควรได้รับการสำรวจและทำความเข้าใจก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนการระดมความคิด

สำหรับรอบต่อมาของกระบวนการออกแบบ ขั้นตอนนี้อาจเป็นการระบุบางสิ่งในหุ่นยนต์ที่ไม่ทำงานตามที่คาดไว้หรือจำเป็น และเพื่ออธิบายว่าโซลูชันที่ดีจะรวมอะไรบ้าง ตัวอย่างเช่น ความท้าทายอาจเป็นว่า "แขนหุ่นยนต์ต้องสามารถเข้าถึงที่สูงขึ้นเพื่อทำคะแนนลูกบอล" และเป้าหมายในการบรรลุความท้าทายอาจเป็น "ด้านล่างของกรงเล็บต้องสามารถเข้าถึงได้ถึง 16 “เมื่อถือลูกบอล” ข้อจำกัดสำหรับความท้าทายนี้อาจทับซ้อนข้อจำกัดที่ใหญ่กว่าจากเกม เช่น ขนาดและขีดจำกัดการขยายแนวตั้ง

ระดมความคิด & แผนภาพ

การระดมความคิดที่ดีเริ่มต้นจากความเข้าใจร่วมกันเกี่ยวกับปัญหา รวมถึงข้อกำหนดและข้อจำกัดทั้งหมด หากไม่เข้าใจปัญหา อาจเสียเวลาไปกับแนวคิดที่ไม่เกี่ยวข้องซึ่งไม่ตรงกับปัญหาพื้นฐานที่มีอยู่ ในระหว่างการระดมความคิด สิ่งสำคัญคือต้องหลีกเลี่ยงการตัดสินความคิดของกันและกัน สิ่งนี้สามารถขัดขวางกระบวนการสร้างสรรค์และทำให้สมาชิกในทีมไม่สามารถเข้าร่วมได้

หากเห็นได้ชัดว่าสมาชิกในทีมไม่เข้าใจปัญหาอย่างถ่องแท้ ทีมควรเริ่มต้นใหม่ที่ขั้นตอนแรกของกระบวนการ (เช่น "ระบุปัญหา" หรือ "ถาม")

ในระหว่างการระดมความคิด นักเรียนอาจต้องการตรวจสอบความท้าทายจากโลกแห่งความเป็นจริงที่คล้ายกับโลกแห่งเกม พวกเขายังสามารถดูว่าการแข่งขันหุ่นยนต์อื่นๆ เคยใช้ความท้าทายที่คล้ายคลึงกันในอดีตหรือไม่ การระดมความคิดรวมถึงการรวบรวมข้อมูลจากแหล่งอื่นๆ เพื่อช่วยให้นักเรียนสร้างโซลูชันที่ประสบความสำเร็จ

วิธีแก้ปัญหาที่น่าหวังควรบันทึกไว้ในสมุดบันทึกของทีม รวมถึงภาพวาดหรือรูปภาพที่มีป้ายกำกับ หากทีมได้รับแนวคิดจากแหล่งอื่น ควรระบุแหล่งที่มาเหล่านั้นอย่างชัดเจนในสมุดบันทึก

เลือกแนวทางแก้ไข & จัดทำแผน

เมื่อการระดมความคิดเสร็จสิ้นและมีการสร้างแนวคิดหลายประการ ทีมควรประเมินแต่ละแนวคิดอย่างเป็นกลาง เป้าหมายคือการหาทางออกที่ดีที่สุดสำหรับทีมโดยไม่คำนึงถึงแหล่งที่มา ตารางอาจช่วยให้ทีมพิจารณาและเปรียบเทียบข้อดีของแต่ละแนวคิดโดยสัมพันธ์กับความต้องการและข้อจำกัดในการออกแบบเฉพาะ ในตัวอย่างด้านล่าง แต่ละเกณฑ์จะได้รับการประเมินในระดับคะแนน 0-5 โดยที่ 0 ไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง และ 5 ถือว่าเกินความคาดหมาย เนื่องจาก “ไอเดีย 4” มีคะแนนรวมสูงสุด จึงเป็นทางเลือกที่มีวัตถุประสงค์

ทีมงานควรบันทึกกระบวนการนี้ไว้ในสมุดบันทึก และอธิบายว่าพวกเขาเลือกโซลูชันอย่างไรและเพราะเหตุใด พวกเขาควรอธิบายโซลูชันอย่างครบถ้วนในสมุดบันทึกด้านวิศวกรรม รวมถึงแผนวิธีการสร้างโซลูชันด้วย สำหรับทีมขั้นสูง แผนนี้อาจรวมถึงการสร้างแบบจำลอง CAD หรือแบบร่างการประกอบโดยละเอียด

สร้างโปรแกรม &

นี่คือจุดที่ทีมจะใช้เวลาส่วนใหญ่ และเมื่อมีการสร้างต้นแบบ หุ่นยนต์และโปรแกรมขั้นสุดท้าย Builds ทั้งสำหรับโค้ดและสำหรับโรบ็อต โดยทั่วไปจะเริ่มต้นจากการออกแบบพื้นฐาน และพัฒนาเมื่อมีการเพิ่มรายละเอียดในรอบถัดไปของกระบวนการออกแบบ นักเรียนควรจดบันทึกโดยละเอียดลงในสมุดบันทึกขณะสร้างการเขียนโปรแกรม & บันทึกสิ่งที่พวกเขาเห็น พยายามค้นหาว่าทำไมบางสิ่งจึงทำงานได้ดีกว่าอย่างอื่น จากนั้นจึงสร้างต้นแบบหรือโปรแกรมเพิ่มเติมเพื่อทดสอบแนวคิดใหม่ๆ การรวบรวมข้อมูลและบันทึกลงในสมุดบันทึกเป็นส่วนสำคัญของการสร้างและการเขียนโปรแกรม

ทดสอบวิธีแก้ปัญหา

ในระหว่างขั้นตอนนี้ นักเรียนจะทดสอบสิ่งที่พวกเขาสร้างหรือตั้งโปรแกรมไว้เพื่อดูว่าสิ่งใดใช้ได้ผล สิ่งใดใช้ไม่ได้ และสิ่งใดสามารถปรับปรุงได้ ขั้นตอนการทดสอบควรมีการบันทึกไว้อย่างดีในสมุดบันทึก และควรรวมผลลัพธ์ที่วัดได้ทั้งหมด เป้าหมายหลักของขั้นตอนนี้คือการตัดสินใจว่าการสร้างหรือโค้ดตรงกับความท้าทายและดำเนินการตามที่คาดหวังและจำเป็นหรือไม่

ทำซ้ำขั้นตอนการออกแบบ

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีบางอย่างใช้งานไม่ได้ในการทดสอบ นักเรียนวิเคราะห์ปัญหาเพื่อระบุความท้าทายใหม่ที่เกิดขึ้น และเริ่มกระบวนการออกแบบรอบใหม่

ไม่ใช่ทุกรอบกระบวนการออกแบบจะต้องทุกขั้นตอน และบางรอบอาจข้ามจากขั้นตอนหนึ่งไปยังอีกขั้นตอนหรือทำซ้ำขั้นตอนหลายครั้งก่อนที่จะไปยังขั้นตอนถัดไป ทีมออกแบบไม่ควรกลัวที่จะถอยหลังในกระบวนการออกแบบ เป้าหมายสูงสุดคือการสร้างการออกแบบที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยการปรับปรุงซ้ำแล้วซ้ำอีก วงจรการออกแบบอาจจะทับซ้อนกันเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างระบบย่อยของหุ่นยนต์และโค้ด ทีมควรพยายามอย่างดีที่สุดเพื่อระบุขั้นตอนกระบวนการออกแบบที่พวกเขากำลังทำงานอยู่ขณะป้อนข้อมูลในสมุดบันทึก

แล้วทีมจะตัดสินใจอย่างไรเมื่อหุ่นยนต์ของพวกเขาเสร็จสิ้น?  ง่ายๆ: ทีมต้องกำหนดตารางเวลาแล้วยึดตามนั้น ตารางนี้จะแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละทีมขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของพวกเขา หากทีมมีเวลาหกสัปดาห์ในการออกแบบและสร้างหุ่นยนต์ก่อนการแข่งขันครั้งแรก พวกเขาควรจะมีกำหนดการบางอย่างสำหรับช่วงเวลานี้ บางทีมจะวางแผนแต่ละขั้นตอนในกระบวนการสร้าง ในขณะที่ทีมอื่นๆ ก็แค่ทำภาพรวมคร่าวๆ

กำหนดการไม่ได้ถูกกำหนดไว้เสมอไป ในที่สุดวันที่คงที่เท่านั้นคือวันที่เริ่มต้นโครงการและกำหนดเวลาสิ้นสุดของหุ่นยนต์ (โดยปกติคือวันที่ของการแข่งขัน) สิ่งอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อกระบวนการดำเนินไป