การออกแบบทางวิศวกรรม สุรศักด์ สงวนพงษ์ ภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ Surasak.S@ku.ac.th

หัวข้อ อะไรคือการออกแบบทางวิศวกรรม กระบวนการออกแบบ บทบาทของอาจารย์และนิสิตในโครงงานออกแบบ

อะไรคือการออกแบบทางวิศวกรรม การถ่ายทอดความคิดออกให้อยู่ในรูปแบบของผลงานที่บุคคลสามารถรับรู้ได้ การออกแบบทางวิศวกรรม กระบวนการถ่ายทอดความคิดและตัดสินใจ (decision making) กำหนดแบบของระบบหรือชิ้นส่วนวัตถุให้สามารถทำงานได้ตามความต้องการที่กำหนดโดยอาศัยหลักวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์

ชี้ให้เห็นและเข้าใจในรูปร่างหรือองค์ประกอบของชิ้นงาน ทำไมต้องออกแบบ ชี้ให้เห็นและเข้าใจในรูปร่างหรือองค์ประกอบของชิ้นงาน ชิ้นงานอาจเป็นรูปวาด แบบร่าง แบบจำลอง หรือแบบย่อส่วน แสดงรายละเอียดของชิ้นงานเพื่อให้เข้าใจในงานร่วมกัน กำหนดรายละเอียดเพื่อการสร้างหรือผลิต

หัวข้อ อะไรคือการออกแบบทางวิศวกรรม กระบวนการออกแบบ บทบาทของอาจารย์และนิสิตในโครงงานออกแบบ

วิเคราะห์ความต้องการ นิยามปัญหา วางแผนงาน เก็บข้อมูล กระบวนการออกแบบ วิเคราะห์ความต้องการ นิยามปัญหา วางแผนงาน เก็บข้อมูล สร้างแนวคิดที่เป็นไปได้ ประเมินแนวคิด เลือกวิธีที่เหมาะสม สื่อสารระหว่างการออกแบบ ปฏิบัติให้เห็นผลจริง อ้างอิงจาก Fundamentals of Engineering Design, Barry Hyman

ความเข้าใจเบื้องต้น การออกแบบมีลักษณะทำซ้ำ ต้องพร้อมย้อนกลับไปขั้นตอนใดๆในกระบวนการที่เคยผ่านมาแล้ว

(1) วิเคราะห์ความต้องการ การออกแบบต้องสนองตอบ “ความต้องการที่กำหนด” (ดูนิยาม) การออกแบบต้องเติมเต็มความต้องการของผู้ใช้ ต้องแยกแยะผู้ใช้ บุคคล กลุ่มบุคคล ลักษณะเฉพาะของบุคคล กลุ่มบุคคล เช่น เพศ วัย มีปฏิสัมพันธ์กับผู้ใช้เพื่อเก็บความต้องการ แยกระหว่าง “ความต้องการ” และ “เป้าหมาย” ให้ได้

(2) นิยามปัญหา กำหนดโจทย์ที่ประกอบด้วย เป้าหมาย วัตถุประสงค์ และข้อจำกัด กำหนดเป้าหมาย ตอบคำถามว่า “ทำอย่างไรให้ใด้ตามความต้องการ” อธิบายโดยย่อถึงสิ่งที่ต้องทำให้ได้เพื่อตอบสนองความต้องการ ตั้งวัตถุประสงค์ ความคาดหวังที่ชี้วัดได้ ระบุข้อกำหนดบางอย่างของผลผลิต ระบุเกณฑ์ประเมินหากสามารถทำได้ ข้อจำกัด ระบุถึงข้อจำกัดที่มีอยู่ ระบุถึงข้อกำหนดที่ชิ้นงานอนุญาตให้มีได้ ระบุข้อกำหนดหรือมาตรฐานที่ต้องปฏิบัติตาม

เครื่องมือช่วยสร้างแผนงาน (3) การวางแผนงาน สร้างแผนงาน ระบุระยะเวลาดำเนินงานและเนื้องาน ระบุผลผลิตที่ต้องส่งมอบในแต่ละช่วงเวลา งบประมาณที่ใช้ เครื่องมือช่วยสร้างแผนงาน แผนภูมิแกนต์ CPM (Critical Path Method)

แหล่งความรู้/ข้อมูลที่จำเป็นต้องใช้ (4) การเก็บข้อมูล เก็บข้อมูล แหล่งความรู้/ข้อมูลที่จำเป็นต้องใช้ ลักษณะอย่างไร วารสาร หนังสือ คู่มือ สารานุกรม รายงาน หาอย่างไร การสืบค้น การอ่าน การเข้าฟัง การประชุม หาที่ไหน ห้องสมุด อินเทอร์เน็ต

(5) สร้างแนวคิดที่เป็นไปได้ หาคำตอบที่เป็นไปได้แรกเริ่ม สร้างข้อเผื่อเลือกการออกแบบกว้างๆไว้ ต้องการความคิดสร้างสรรค์อย่างมาก

ประเมินว่าขอบเขตแนวคิดนั้นตอบสนองความต้องการ (6) ประเมินแนวคิด ประเมินว่าขอบเขตแนวคิดนั้นตอบสนองความต้องการ ประเมินลักษณะสมบัติเชิงสมรรถนะของแต่ละแนวทางการออกแบบ ทำอย่างไร? สร้างโมเดลคณิตศาสตร์ สร้างต้นแบบ ในงานจริงอาจต้องประมาณการ : ค่าใช้จ่ายการผลิต ความน่าจะเป็นของระยะใช้งานก่อนชำรุด

(7) เลือกวิธีที่เหมาะสม ตัดสินใจเลือกวิธีที่เหมาะสมที่สุดจากข้อเลือกที่มีอยู่ ต้องกำหนดเกณฑ์การเลือกตามสภาพแวดล้อม เน้นให้ตอบสนองผู้ใช้

(8) สื่อสารระหว่างการออกแบบ จัดทำข้อเสนอ งานเขียน นำเสนองานออกแบบ งานพูด

(9) ปฏิบัติให้เห็นผลจริง แปลงงานออกแบบไปสู่ชิ้นงานจริง สร้าง ทดสอบ สร้างแล้วต้องทดสอบให้เห็นจริงว่าทำงานได้ เลือกวิธีทดสอบมาตรฐาน สร้างวิธีทดสอบใหม่ ชี้วิธีการหรือข้อมูลที่ใช้ทดสอบ ชี้ผลการทดสอบที่แสดงว่า ชิ้นงานทำงานได้ตามกำหนด ชิ้นงานทำงานได้โดยไม่มีปัญหาในสถานการณ์ต่างๆ อาจทดสอบกรณี Worst case

หัวข้อ อะไรคือการออกแบบทางวิศวกรรม กระบวนการออกแบบ บทบาทของอาจารย์และนิสิตในโครงงานออกแบบ

เมื่อนิสิตเรียนวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ประโยชน์การเรียนวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในชั้นเรียนพื้นฐาน : สร้างรากฐานความรู้ทางวิศวกรรม ฝึกแก้ปัญหาเพื่อเสริมความสามารถด้านวิเคราะห์ ลักษณะเฉพาะของปัญหาวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในชั้นเรียน มีขนาดเล็กและจัดรูปแบบมาอย่างดี มีคำตอบที่สั้นและกระทัดรัด มองเห็นจุดปลายทางได้ชัด สามารถเลือกความรู้เฉพาะเรื่องมาแก้ปัญหาได้

เมื่อทำงานออกแบบหรือจบออกไปทำงาน ปัญหาทางวิศวกรรมในโลกความเป็นจริงไม่ได้มีลักษณะเฉพาะเช่นที่เรียน! ไม่อยู่ในรูปแบบที่พร้อมให้แก้ปัญหา ไม่ได้มีคำตอบเดียว ไม่สามารถกำหนดจุดปลายทางได้ชัด มักจำเป็นต้องใช้ความรู้หลายสาขาเข้าช่วยแก้ปัญหา นิสิตที่เรียนเก่งอย่างเดียวแต่ขาดการฝึกฝนด้านการออกแบบจึงอาจมีปัญหาเมื่อต้องทำงานจริง

ปัญหาการออกแบบในงานจริง การเรียน V.S. การทำงาน ปัญหาในชั้นเรียน กฏเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ชัดเจน ไม่เปลี่ยนแปลง หากเรียนเข้าใจ นิสิตจะรู้สึกมั่นใจ ไม่กังวล ปัญหาการออกแบบในงานจริง มีแต่ความไม่แน่นอน ความคลุมเครือ ความไม่คงเส้นคงวา นิสิตส่วนใหญ่จะรู้สึกไม่มั่นคง ต้องใช้ฝีมือและความสามารถที่แตกต่างจากชั้นเรียน

ห้องเรียนกับงานจริง แก้ปัญหาในห้องเรียน งานออกแบบจริง ว่ายในน้ำ เท้าไม่แตะพื้น ยืนอยู่บนหน้าผาที่มั่นคง

การเตรียมโครงงานออกแบบ พร้อมกระโดดจากหน้าผาไปว่ายน้ำ หรือมีเครื่องช่วยพร้อม? แบบดิ่งลงตัวเปล่า?

อาจารย์กับนิสิตในชั้นเรียน การเรียนส่วนใหญ่เป็นแบบถ่ายทอดความรู้ ความรู้คล้ายเป็นวัตถุชิ้นหนึ่งที่ถ่ายทอดจากอาจารย์สู่นิสิต รูปแบบการถ่ายทอดมักเป็นแบบทิศทางเดียวจากอาจารย์โดย เล่าให้ฟัง (บรรยาย) ฝึกให้ทดลอง สั่งให้ทำการบ้าน แนะให้อ่านหนังสือ จัดให้อภิปรายในชั้นเรียน

อาจารย์กับนิสิตในการฝึกออกแบบ การออกแบบมักไม่มีคำตอบสำเร็จรูปเพียงคำตอบเดียว การตัดสินว่าวิธีออกแบบหนึ่งดีกว่าอีกวิธีหนึ่งจะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยการประเมิน อาจารย์จะเปลี่ยนบทบาทจากผู้สอนไปเป็นที่ปรึกษา ผู้สนับสนุนและให้คำแนะนำระหว่างขั้นตอนการออกแบบ ผู้ร่วมงานซึ่งร่วมช่วยหาคำตอบในปัญหานั้นๆ อาจารย์ที่ปรึกษายังอาจมีหน้าที่อื่นๆคล้ายกับ ผู้ตัดสินเกม : กำกับว่านิสิตเล่นอยู่ในกรอบกติกาหรือไม่ โค้ช : สอนและให้คำแนะนำว่านิสิตเดินไปในทิศทางที่สร้างงานให้สำเร็จหรือไม่

บทบาทที่แท้จริงของอาจารย์ อาจารย์ที่ปรึกษาไม่ได้เปลี่ยนสภาพแวดล้อมของงานออกแบบ งานการออกแบบยังคงมีลักษณะเดิมคือ ไม่แน่นอน คลุมเครือ ไม่คงเส้นคงวา แต่จะช่วยสร้างให้นิสิตพร้อมอยู่ในสภาพแวดล้อมจริงโดยสร้างความพร้อมให้นิสิต “ลงน้ำอย่างมั่นคง” และ ”ว่ายถูกทิศทางไปถึงเป้าหมาย”

สรุปจุดประสงค์ของโครงงานวิศวกรรมเพื่อการออกแบบ ให้นิสิตเข้าใจหลักการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างลึกซึ้งด้วยตัวเอง ฝึกฝนการใช้ความรู้และฝีมือในงานวิศวกรรม เตรียมพร้อมเพื่อเป็นวิศวกรออกแบบที่ดี

งานของวิศวกรต้อง ดี งาม ง่าย ถูก ทน คาถาสำหรับการออกแบบ งานของวิศวกรต้อง ดี งาม ง่าย ถูก ทน ภุชงค์ อุทโยภาศ ภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยเกษรศาสตร์