Quy trình thiết kế kỹ thuật VRC

Quy trình thiết kế kỹ thuật là một chuỗi các bước mà các kỹ sư tuân theo khi họ cố gắng giải quyết một vấn đề và thiết kế một giải pháp cho một vấn đề nào đó; nó là một cách tiếp cận có phương pháp để giải quyết vấn đề. Không có một quy trình thiết kế nào được chấp nhận rộng rãi và hầu hết các kỹ sư đều có cách riêng của họ về cách thức hoạt động của quy trình. Quá trình này thường bắt đầu bằng một vấn đề và kết thúc bằng giải pháp, nhưng các bước ở giữa có thể khác nhau.

Một đặc điểm chung của hầu hết các quy trình thiết kế là chúng có tính lặp lại và các nhà thiết kế có thể phải quay lại các bước trước đó trong quy trình và/hoặc lặp đi lặp lại toàn bộ quy trình cho đến khi đạt được giải pháp khả thi tối thiểu.

Quy trình thiết kế kỹ thuật được nêu trong bài viết này không phải là phiên bản đúng duy nhất của quy trình mà nó chỉ là một ví dụ. Nó sẽ cung cấp một điểm khởi đầu tốt cho sinh viên khám phá quy trình kỹ thuật.

Một quy trình thiết kế rất đơn giản có thể chỉ bao gồm 3 bước như dưới đây: Xác định, Phát triển Giải pháp và Tối ưu hóa (hình minh họa này có sẵn dưới dạng áp phích kích thước đầy đủ tại posters.vex.com nếu bạn muốn một áp phích cho lớp học của mình!).

Một ví dụ khác về quy trình thiết kế là Quy trình thiết kế cổngcủa Project Lead The Way.

Các bước của quy trình thiết kế kỹ thuật

Đối với bài viết này, chúng ta sẽ xem xét một quy trình thiết kế phù hợp với những gì Ban giám khảo tìm kiếm khi phỏng vấn các đội và xem xét sổ ghi chép kỹ thuật của họ tại các cuộc thi của Tổ chức REC.

Xác định thách thức & Đặt mục tiêu

Điều này đôi khi được gọi là “Hỏi” hoặc “Xác định”. Xác định thách thức phải luôn là bước đầu tiên được giải quyết trong quá trình thiết kế. 

Đối với lần lặp lại đầu tiên của quá trình thiết kế, sổ ghi chép của nhóm phải bao gồm một mô tả rất ngắn gọn về thử thách tổng thể của trò chơi và chia nó thành những thử thách nhỏ hơn cần phải hoàn thành để thành công. Cách tốt nhất là liệt kê các câu hỏi cần được trả lời thông qua nghiên cứu hoặc thử nghiệm, ví dụ:

• Chiến lược hiệu quả nhất để chơi trò chơi là gì?
• Các cách để ghi điểm là gì?
• Robot cần di chuyển với tốc độ bao nhiêu?
• Làm thế nào robot có thể nhặt các đồ vật ghi điểm?
• Robot cần giữ bao nhiêu vật ghi điểm?

Thông qua quá trình này, các đội phải đưa ra danh sách các tính năng mà họ có thể muốn có ở robot của mình cũng như danh sách các yêu cầu và ràng buộc của trò chơi. Ví dụ: nếu một thử thách yêu cầu rô-bốt xếp các vật thể lên cao nhất có thể, thì đội có thể quyết định rằng họ muốn rô-bốt của mình cao. Tuy nhiên, hướng dẫn sử dụng trò chơi có thể có giới hạn về chiều cao của robot tại bất kỳ thời điểm nào. Tất cả các tiêu chí này cần được khám phá và hiểu rõ trước khi chuyển sang giai đoạn động não.

Đối với các chu kỳ sau của quá trình thiết kế, bước này có thể là để xác định điều gì đó trên rô-bốt không hoạt động tốt như mong đợi hoặc cần thiết và mô tả những gì một giải pháp tốt sẽ bao gồm. Ví dụ: một thử thách có thể là "Cánh tay robot cần có khả năng vươn cao hơn để ghi bóng" và mục tiêu để hoàn thành thử thách có thể là "Phần dưới của móng vuốt phải có khả năng vươn tới 16 "khi cầm một quả bóng." Các ràng buộc cho thử thách này có thể trùng lặp với các ràng buộc lớn hơn từ trò chơi, chẳng hạn như giới hạn về kích thước và mở rộng theo chiều dọc.

Sơ đồ động não &

Động não tốt bắt đầu bằng sự hiểu biết chung về vấn đề, bao gồm tất cả các yêu cầu và ràng buộc. Nếu không hiểu vấn đề, thời gian có thể bị lãng phí vào những ý tưởng không liên quan, không thỏa mãn được vấn đề cơ bản trước mắt. Trong quá trình động não, điều quan trọng là tránhphán xét ý tưởng của nhau. Điều này có thể cản trở quá trình sáng tạo và ngăn cản các thành viên trong nhóm tham gia.

Nếu thấy rõ rằng các thành viên trong nhóm không hiểu đầy đủ về vấn đề, nhóm nên bắt đầu lại từ bước đầu tiên của quy trình (tức là “Xác định vấn đề” hoặc “Hỏi”).

Trong quá trình động não, học sinh cũng có thể muốn tìm hiểu những thách thức từ thế giới thực tương tự như thách thức mà trò chơi đặt ra. Họ cũng có thể xem liệu có cuộc thi robot nào khác từng sử dụng các thử thách tương tự trong quá khứ hay không. Động não bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các nguồn khác để giúp học sinh tạo ra giải pháp thành công.

Các giải pháp hứa hẹn phải được ghi lại vào sổ tay của nhóm, bao gồm các bản vẽ hoặc hình ảnh được dán nhãn. Nếu nhóm lấy ý tưởng từ các nguồn khác thì những nguồn đó phải được xác định rõ ràng trong sổ ghi chép.

Chọn giải pháp & Lập kế hoạch

Sau khi quá trình động não đã hoàn tất và một số ý tưởng đã được hình thành, các nhóm nên đánh giá khách quan từng ý tưởng. Mục tiêu là tìm ra giải pháp tốt nhất cho nhóm, bất kể nguồn nào. Một bảng có thể giúp các nhóm xem xét và so sánh giá trị của từng ý tưởng liên quan đến những mong muốn và ràng buộc thiết kế cụ thể. Trong ví dụ bên dưới, mỗi tiêu chí được đánh giá theo thang điểm 0-5, trong đó 0 không đáp ứng và 5 vượt quá mong đợi. Bởi vì “Ý tưởng 4” có tổng điểm cao nhất nên đây sẽ là sự lựa chọn khách quan.

Nhóm nên ghi lại quy trình này vào sổ ghi chép, đồng thời giải thích cách thức và lý do họ chọn giải pháp của mình. Họ cũng nên mô tả đầy đủ giải pháp trong sổ tay kỹ thuật của mình, bao gồm cả kế hoạch về cách họ sẽ xây dựng giải pháp đó. Đối với các nhóm nâng cao, kế hoạch này có thể bao gồm việc tạo mô hình CAD hoặc bản vẽ lắp ráp chi tiết.

Xây dựng chương trình &

Đây là nơi các nhóm sẽ dành phần lớn thời gian của mình và là nơi các nguyên mẫu, robot và chương trình cuối cùng được tạo ra. Các bản dựng—cho cả mã và rô-bốt—thường bắt đầu ở dạng thiết kế cơ bản và phát triển khi các chi tiết được thêm vào trong các chu kỳ sau của quy trình thiết kế. Học sinh nên ghi chú chi tiết vào sổ tay của mình trong khi xây dựng chương trình & , ghi lại những gì họ nhìn thấy, cố gắng tìm ra lý do tại sao một số thứ hoạt động tốt hơn những thứ khác và sau đó tạo thêm các nguyên mẫu hoặc chương trình để thử nghiệm các ý tưởng mới. Thu thập dữ liệu và ghi vào sổ ghi chép là một phần quan trọng trong quá trình xây dựng và lập trình.

Kiểm tra giải pháp

Trong bước này, học sinh sẽ kiểm tra những gì họ đã xây dựng hoặc lập trình để xem những gì hiệu quả, những gì không và những gì có thể cải thiện. Quy trình kiểm tra phải được ghi chép đầy đủ vào sổ tay và phải bao gồm tất cả các kết quả có thể đo lường được. Mục tiêu chính của bước này là quyết định xem bản dựng hoặc mã có đáp ứng được thách thức và hoạt động như mong đợi và cần thiết hay không.

Lặp lại quá trình thiết kế

Điều gì xảy ra khi một cái gì đó không hoạt động trong thử nghiệm? Học sinh phân tích vấn đề để xác định thách thức mới mà nó đưa ra và các em bắt đầu một chu trình mới của quá trình thiết kế!

Không phải tất cả các chu trình của quá trình thiết kế đều cần tất cả các bước và một số có thể chuyển từ bước này sang bước khác hoặc lặp lại một bước nhiều lần trước khi chuyển sang bước tiếp theo. Nhóm thiết kế không nên sợ bị thụt lùi trong quá trình thiết kế. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra thiết kế tốt nhất có thể bằng cách cải tiến nó nhiều lần. Chu trình thiết kế cũng có thể sẽ chồng chéo lên nhau, đặc biệt là giữa các hệ thống con robot và mã. Các nhóm nên cố gắng hết sức để xác định (các) bước quy trình thiết kế nào họ đang thực hiện khi ghi vào sổ tay.

Vậy làm thế nào để một nhóm quyết định khi nào robot của họ hoàn thành?  Đơn giản: nhóm cần đặt lịch trình và bám sát lịch trình đó. Lịch trình này sẽ khác nhau rất nhiều giữa các đội tùy thuộc vào hoàn cảnh của họ. Nếu một đội có sáu tuần để thiết kế và chế tạo robot của mình trước cuộc thi đầu tiên, họ nên đưa ra một số lịch trình cho khoảng thời gian này. Một số nhóm sẽ lên kế hoạch cho từng bước trong quá trình xây dựng của họ trong khi những nhóm khác sẽ chỉ đưa ra một cái nhìn tổng quan nhanh chóng.

Lịch trình không phải lúc nào cũng cố định; cuối cùng, những ngày cố định duy nhất là ngày bắt đầu dự án và thời hạn hoàn thành robot (thường là ngày diễn ra cuộc thi). Mọi thứ khác có thể sẽ thay đổi khi quá trình này diễn ra.