บทที่ 4 กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

บทท่ี 4 • กระบวนการออกแบบเชิงวศิ วกรรม • ระบปุ ัญหา • รวบรวมขอ้ มลู และแนวคดิ ที่เกีย่ วข้องกับปัญหา • ออกแบบวธิ ีการ วางแผนและดาเนินการ • ทดสอบ ประเมินผลและปรบั ปรุงแกไ้ ขวิธีการ แกป้ ญั หาหรอื ชิน้ งาน • นาเสนอวิธีการแกป้ ัญหาและผล จดุ ประสงคข์ องบทเรยี น วเิ คราะห์ขนั้ ตอนการทางาน ตามกระบวนการออกแบบเชงิ วิศวกรรม

กระบวนการการอกแบบเชิงวศิ วกรรม จากภาพตัวอยา่ งการสรา้ งสะพานข้ามแมน่ า้แสดงให้เห็นการทา้ งานท่ีไมม่ ีการวางแผนท่ีดี ขาดการออกแบบและไม่มีการวางแผนขนั ตอนวา่ ควรเร่มิ จากสว่ นใดก่อนจึงท้าใหเ้ กดิ ความผิดพลาด นอกจากจะท้าให้ สะพานไมเ่ สรจ็ และ ไมส่ ามารถใชง้ านไดแ้ ลว้ ยงั ทา้ ให้สูญเสยี งบ เวลา และกา้ ลังคนอีกดว้ ย

กระบวนการการออกแบบเชงิ วิศวกรรม เปน็ กระบวนการแกไ้ ขปัญหาหรือพัฒนางาน ช่วยสรา้ งแนวทางทเ่ี หมาะสมในการแกป้ ญั หา/สนองความต้องการอย่างเปน็ ขันตอนดงั นี ระเบิดปญั หา รวบรวมขอ้ มลู และแนวคิดที่เกย่ี วข้องกับปัญหา ออกแบบวธิ กี ารแก้ปญั หา วางแผนและดาเนินการแก้ปญั หา ทดสอบ ประเมนิ ผลและปรบั ปรงุ แกไ้ ข วิธีการแก้ปัญหาหรอื ช้นิ งาน นาเสนอวธิ กี ารแก้ปญั หา ผลการแกป้ ญั หาหรือช้ินงานในการปฏิบัติงานสามารถรวมขัน้ ตอนการทางานกลบั ไปมา และอาจทางานซา้ บางขนั้ ตอน เพื่อพัฒนาหรือปรับปรงุ การแก้ปญั หาให้ดีขน้ึ

นักเรียนคิดว่าเหตุใด.....ในการทางานหรือการแกป้ ญั หาทด่ี ี จงึ ตอ้ งมีการวางแผนงาน อย่างเป็นขั้นตอน

ข้ันระบปุ ัญหาขันตอนนีเป็นการทาความเข้าใจสถานการณป์ ญั หาหรือความต้องการ และบุคคลที่เกี่ยวขอ้ ง เพ่อื นา้ ข้อมลู เหล่านมี าวเิ คราะหเ์ ง่ือนไข หรือขอ้ จา้ กัดของสถานการณป์ ัญหาอย่างชดั เจนแล้วกา้ หนดขอบเขต ของปญั หาเพอ่ื น้าไปสูก่ ารหาแนวทางในการแก้ปญั หาต่อไป สถานการณ์ปัญหา ทบี่ า้ นของมานสั มีญาตซิ งึ่ เปน็ คุณลุงและคุณป้า พรอ้ มกบั ลูกๆมาเย่ียมทบี่ ้านและได้รบั ประทานอาหารร่วมกัน จากภาพ ข้างต้นจะพบวา่ มปี ัญหาเกิดขนึ้ มากมาย หน่งึ ในปญั หานั้นคอื น้องตน้ ลูกชายของคณุ ลงุ และทาแก้วน้าหกเลอะโตะ๊

จากการพจิ ารณาสถานการณ์ของปัญหาพบว่า... นอ้ งตน้ ทาแกว้ นา้ หกเลอะโตะ๊ เพราะมอื ลื่น เนอ่ื งจากมีไอนา้ มาเกาะทผี่ วิ แก้ว หลงั จากท้าความเขา้ ใจกบั ปญั หาแลว้ จากนนั นา้ ข้อมลู ของปัญหามาวเิ คราะห์เงอ่ื นไขสรุปเปน็ ขอ้ ความสันๆมีขอบเขตท่ีชัดเจนเพื่องา่ ยตอ่ การคิดหาแนวทางแกป้ ญั หา การตงั ค้าถามเพื่อชว่ ยในการวเิ คราะหป์ ัญหา เปน็ อกี หนงึ่ วธิ ีท่งี า่ ยและชว่ ยใหไ้ ด้ขอ้ มูล ท่ีจา้ เปน็ ในการกา้ หนดขอบเขตของปญั หา โดยคา้ ถามนนั ตอ้ งมีความเกยี่ วข้องและเช่ือมโยง กับสถานการณ์ปญั หา เชน่

ข้ันระบุปญั หาตวั อยา่ งขอบเขตปญั หาของมานสั ต้องการแก้ปัญหาไอน้าเกาะท่ีผิวแก้ว เม่ือใส่น้าเย็นเพราะจะท้าให้จบั แล้วลน่ื และยังท้าให้น้าหยดเปียกเลอะบนโต๊ะ แล้วน้านีต้องการใช้ในบ้านหรือเมื่อมีแขกมาเย่ียมบ้านสามารถใชไ้ ด้กับเดก็ และผใู้ หญ่และสามารถท้าเองไดใ้ นเวลาไม่นานโดยใช้วสั ดุที่หาไดง้ ่าย

ใบงาน เร่ือง วิเคราะหป์ ัญหาคาชี้แจง ให้นักเรียนวิเคราะห์สถานการณ์ตัวอย่างจากภาพหน้า 6 จากนันระบุปัญหาอน่ื ๆท่พี บนอกเหนอื จากตัวอย่าง โดยตงั คา้ ถามตอบ-ค้าถาม เพ่ือนา้ ข้อมลู มาประกอบการสรุป เป็นขอบเขตของปญั หา

ขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดทีเ่ กี่ยวขอ้ งกบั ปญั หา หลังจากทร่ี ะบุประเด็นปัญหาเรียบรอ้ ย แล้วขันตอ่ ไป คอื การคน้ ควา้ รวบรวมข้อมูลแล้วสรุปเปน็ แนวคดิ ทจ่ี ะใช้ ในการแก้ปญั หาโดยพจิ ารณาถึงความเปน็ ไปไดค้ วามเหมาะสม กับเงือ่ นไขและขอบเขตของปัญหาในการรวบรวมข้อมลู ท่เี กีย่ วข้องกับปัญหาอาจทาไดห้ ลายวธิ ี เช่น การสบื ค้นขอ้ มลู จากอนิ เทอร์เน็ตท่ีนา่ เช่ือถือ การสอบถามจากผเู้ ชีย่ วชาญ การสบื ค้นจากเอกสาร บทความ งานวิจยั การศกึ ษางานจากสถานทจ่ี ริง การทดลองทางวิทยาศาสตร์

ขอ้ ควรระวงัการสืบคน้ ข้อมลู จากจากเว็บไซต์ตอ้ งมกี าร อา้ งอิงแหลง่ ทม่ี าของขอ้ มลู ใหช้ ัดเจน

ขั้นรวบรวมข้อมลู และแนวคิดที่เกย่ี วข้องกบั ปัญหา ตัวอย่างประเดน็ ในการรวบรวมขอ้ มูล เพื่อออกแบบอปุ กรณ์สาหรบั ป้องกันไอนา้ เกาะผวิ แก้วจน ทาใหห้ ยดเลอะโตะ๊ หรือจับแลว้ ล่ืน วสั ดุท่ีจะนามาใช้ แนวทางอื่นๆ ในการแกป้ ัญหา ท่ีสามารถนา้ มา ประยุกตใ์ ช้แกป้ ญั หาความรู้ที่เกี่ยวข้องในการแก้ปัญหา วิธีปอ้ งกัน หยดน้าเกาะงบประมาณ บริเวณผิวแกว้ ที่ใช้กบั วธิ ี แก้ปญั หา

ใบงาน เร่ือง รวบรวมข้อมูล คาชี้แจง ใหน้ ักเรยี นก้าหนดประเดน็ ในการรวบรวมขอ้ มลูท่เี กีย่ วขอ้ งกับปญั หาทีน่ ักเรยี นไดก้ า้ หนดไวใ้ นใบงานเรือ่ งวเิ คราะหป์ ญั หา พร้อมระบวุ ิธกี ารในการรวบรวมข้อมลู แตล่ ะประเดน็

ข้นั ออกแบบวธิ กี ารแกป้ ญั หาเม่ือไดข้ ้อมลู และแนวคิดทเี่ กี่ยวขอ้ งกับประเดน็ ของปัญหาแลว้ จะน้าขอ้ มลู ท่ไี ดม้ าพจิ ารณาเปรยี บเทียบข้อดี ข้อเสยี ประเมนิ และตัดสินใจเลือกวธิ ที ี่เหมาะสมมากทส่ี ดุ จากนนั จึงออกแบบวิธกี ารแก้ปญั หา โดยระบุรายละเอียดขององคป์ ระกอบให้ชัดเจนเพือ่ นา้ ไปสกู่ ารลงมือแกไ้ ขปญั หา แนวทาง จุดเด่น จดุ ด้อย1. ใช้แผ่นพลาสติกบางที่ยืด ใช้ผา้ หรือวสั ดทุ สี่ ามารถดดู ไอนา้ ยังคงกรอบบริเวณส่วนหดได้สวมกับแกว้ น้า ซับน้าไดส้ วมกับแก้วน้า อื่นๆของผวิ แกว้ และนา้ ยงั คง หยดเลอะโตะ๊2. ใชผ้ ้าหรือวสั ดุท่สี ามารถ สามารถดูดซับนา้ ไดไ้ มท่ ้าให้ มขี นาดท่ีใหญ่หรอื เลก็ เกนิ ไปดูดซับนา้ ไดห้ มุ้ แกว้ น้า ไอน้าเกาะทีแ่ กว้ ไมส่ ามารถใช้กบั แกว้ นา้ ไดท้ กุ ขนาด3. ใช้แก้วทมี่ รี ่องโดยรอบเพือ่ สามารถป้องกนั น้าท่ีจะหยด ไม่สามารถปอ้ งกนั ไอน้าท่ีป้องกันน้าหยดลงบนโต๊ะ เลอะโต๊ะได้ เกาะทว่ั บรเิ วณผิวแกว้ น้า และหากน้ามปี รมิ าณมากกจ็ ะ ลน้ ออกจากรอ่ งทีท่ ้าไว้

แนวทาง จุดเด่น จดุ ดอ้ ย4. สรา้ งบรรจุภัณฑ์นา้ รูปแบบ • สามารถป้องกนั น้าท่ีจะ • ใชค้ วามรูร้ ะดบั สูงและใหมค่ ลา้ ยหยดนา้ หยุดหรือโตะ๊ เทคโนโลยีการผลิตที่ • ดื่มน้าไดส้ ะดวกและ ทันสมยั สามารถรับประทานเยอ่ื • ต้นทุนในการผลิตสงู หุ้มน้าได้ด้วยเพราะท้า • จนุ า้ ได้น้อยไม่เพียงพอ จากวสั ดุธรรมชาติ ตอ่ ปรมิ าณการดืม่ ต่อ • พกพาไดส้ ะดวก ครัง เน่ืองจากรูปร่างสามารถ • ตอ้ งพกพาจา้ นวนมาก ยืดหยุน่ ได้ เพอื่ ให้เพยี งพอตอ่ การ ด่มื แต่ละครัง • อาจมกี ารปนเปือ้ นถ้า ภาชนะบรรจใุ ห้สะอาด สรปุ แนวทางท่ีเลือก คือ แนวทางท่ี 2เน่อื งจากสามารถดูดซบั ไอนา้ ไดไ้ มท่ า้ ใหน้ า้ หยดเลอะโตะ๊ จากแกว้ ได้โดยไมล่ ืน่ สามารถท้าเองไดใ้ นเวลาทจี่ ้ากัดและหาวัสดุได้ง่ายในการออกแบบแนวทางการแก้ปัญหาอาจเป็นไดท้ ัง้ ภาพ 2 มิติทแ่ี สดงให้เห็นถงึ ความกวา้ ง ความยาวหรือความสูงของช้นิ งานและภาพ 3 มติ ิเป็นภาพท่แี สดงใหเ้ หน็ ถงึ ความกว้าง ความยาวและความสูงของชิน้ งาน

ข้ันออกแบบวธิ ีการแก้ปัญหาผงั งาน เป็นการออกแบบวิธีการแก้ปัญหาท่ีแสดงรายละเอียดการทางานอยา่ ง เป็นขั้นตอนโดยใช้สัญลกั ษณใ์ นการสอ่ื ความหมายของลาดบั การทางาน

แผนภาพ เป็นการออกแบบแนวคดิ ของวิธีการแกป้ ญั หาเปน็ ภาพพร้อมแสดงรายละเอยี ดหรอื องคป์ ระกอบเพอ่ื ใหเ้ ห็นวา่ มี การทางานหรือวธิ ีการอยา่ งไร แผนภาพการทาปุ๋ยหมกั ในกลอ่ งคอนกรตี

การออกแบบแนวทางการแกป้ ญั หาหรือแนวทางการพัฒนา งานจะช่วยเพ่ิมประสทิ ธภิ าพในการทา้ งานด้านตา่ งๆ เช่น• ชว่ ยสอ่ื สารระหว่างผ้ปู ฏบิ ัติงานให้เขา้ ใจตรงกนั การทา้ งานมี ทังการทา้ งานคนเดียวและทา้ งานเปน็ กล่มุ การถ่ายทอด ความคดิ ออกมาเป็นรปู ประธรรมช่วยใหผ้ อู้ ่ืนเขา้ ใจตรงกนั• ช่วยลดความผดิ พลาดที่อาจเกดิ ข้ึนจากการทางาน ท้าให้ไม่ เกดิ การลองผิดลองถกู ในการทา้ งาน• ชว่ ยลดระยะเวลาในการทางาน การออกแบบก่อนลงมือ ปฏิบตั ิงานเป็นการวางแผนไว้ลว่ งหน้าท้าใหก้ ารปฏบิ ัติงาน เปน็ ไปด้วยความรวดเรว็ ขึน

ใบงาน เร่อื ง ออกแบบชิ้นงานคาชี้แจง จากปัญหาท่นี ักเรยี นไดก้ า้ หนดไวใ้ หน้ กั เรยี นออกแบบวธิ กี าร แก้ปัญหาโดยเลอื กวธิ กี ารออกแบบอยา่ งใดอยา่ งหนึง่ พร้อมระบุ รายละเอียดของการออกแบบ

ขั้นวางแผนและดาเนนิ การแก้ปญั หา หลงั จากทีไ่ ดอ้ อกแบบแนวทางการแกป้ ญั หาแล้ว ขนั ตอ่ ไป คือ การวางแผนการแกป้ ญั หา ตามทอ่ี อกแบบไว้ โดยก้าหนดเป้าหมายและระยะเวลาในการดา้ เนนิ งานหรือ ผู้รบั ผดิ ชอบจากนนั ลงมอื แก้ปญั หาตามขันตอนท่วี างไว้

ขนั้ ทดสอบ ประเมินผลและปรบั ปรุง แกไ้ ขวธิ ีการแก้ปัญหาหรอื ช้นิ งาน เมื่อสร้างชิ้นงานแล้ว จะนามาทดสอบและประเมินผล ของช้นิ งานที่ถกู นามาใช้ ปรับปรงุ แกไ้ ขและพัฒนา เพือ่ เพม่ิ ประสิทธิภาพมากขน้ึ ในการทดสอบใหม้ ีความสอดคล้องกบั จุดประสงคจ์ ะชว่ ยให้ ลดเวลาและท้าให้ปฏิบัตงิ านง่ายยง่ิ ขนึโดยทารูปแบบการตรวจสอบประเดน็ ประเมินรายข้อ (checklist) หรือการเขยี นบันทึกผลการทดสอบในแต่ละประเดน็

การก้าหนดประเด็นในการทดสอบควรมคี วามชัดเจน เขา้ ใจงา่ ยสามารถวดั ไดใ้ นเชิงปรมิ าณ ยกตวั อยา่ ง เชน่ จ้านวนเวลาขนาดความสูง หลังจากไดผ้ ลการทดสอบช้นิ งานแล้ว จะนามาวเิ คราะห์ เพ่อื หาแนวทางปรับปรุงแกไ้ ขให้มปี ระสิทธภิ าพมากข้นึ จากนั้นจึงทดสอบประสทิ ธภิ าพในการแก้ไขอีกครงั้ แลว้ ประเมนิ ผลว่าสามารถแกป้ ญั หาตามทีก่ าหนดไวห้ รอื ไม่

ใบงาน เรือ่ ง กาหนดประเดน็ การทดสอบ คาชี้แจง ใหน้ ักเรยี นก้าหนดประเดน็ ในการประเมินชินงานโดยใหม้ คี วามสอดคลอ้ งกับขอบเขตปญั หาทน่ี ักเรยี นไดร้ ะบไุ ว้

ขน้ั นาเสนอวิธีการแกป้ ญั หา ผลการแกป้ ญั หาหรอื ชิน้ งาน หลงั จากไดท้ ดสอบและประเมนิ ผลการแก้ปญั หาของชินงานแลว้ จะเสนอขอ้ มลู ให้ผอู้ ่นื เข้าใจภาพรวมของการทางาน ตังแต่แนวคิดขนั ตอนและรวมถงึ การแกป้ ัญหาและปรบั ปรงุ ให้มปี ระสทิ ธิภาพมากขึน ซ่งึ สามารถทา้ ไดห้ ลายวธิ ี เช่น การเขยี นรายงาน การทาแผน่ นาเสนอผลงาน การอธบิ ายประกอบส่ือตา่ งๆ การนาเสนอผลงานควรอธบิ ายให้เขา้ ใจอยา่ งชัดเจน กระชบัและตรงประเดน็ โดยเริ่มตงั แต่ปัญหาซึง่ เปน็ จุดเรม่ิ ตน้ ของการท้างาน การรวบรวมข้อมลู วิธกี ารและการออกแบบแนวทางการแก้ปญั หา การลงมือสรา้ งงาน ตลอดจนการทดสอบปรบั ปรงุ แกไ้ ข ปัญหา และอุปสรรคทเี่ กิดขึนระหว่างการทา้ งาน

ใบงาน เรื่อง ออกแบบวิธีการนาเสนอคาช้ีแจง ให้นกั เรียนร่วมกันออกแบบการนา้ เสนอวธิ กี ารแกป้ ญั หา ตามทนี่ ักเรียนระบุไว้ โดยเลือกวธิ กี ารใดวธิ หี นึง่ หรอื หลายวธิ ี แลว้ บนั ทึกข้อมลู ลงในตารางที่กา้ หนดให้