top of page

บทที่ 3 การออกแบบเชิงวิศวกรรม

บทที่ 3 การออกแบบเชิงวิศวกรรม

3.1 ระบุปัญหา
3.2 รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา

3.3 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา

3.4 วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา

3.5 ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

3.6 นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

 

จุดประสงค์การเรียนรู้

1. วิเคราะห์ขั้นตอนการทำงานตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

         การนำไปใช้  
   
              จากภาพตัวอย่างการสร้างสะพานข้ามแม่น้ำแสดงให้เห็นถึง
     การทำงานที่ไม่มีการวางแผนการทำงานที่ดี ขาดการออกแบบการสร้าง
     สะพานที่เห็นเป็นภาพที่ชัดเจนและไม่มีการวางแผนขั้นตอนการสร้างว่า
    ควรเริ่มจากส่วนใดก่อนจึงทำให้เกิดความผิดพลาดในการสื่อสารระหว่าง
      ผู้ปฏิบัติงาน  นอกจากจะทำให้สะพานไม่เสร็จสมบูรณ์และไม่สามารถ
            ใช้งานได้แล้ว  ยังสูญเสียงบประมาณเวลาและกำลังคนอีกด้วย

 

             ในบทเรียนที่ผ่านมานักเรียนได้ทราบแล้วว่าเทคโนโลยีคือสิ่งที่มนุษย์สร้างหรือพัฒนาขึ้นซึ่งอาจเป็นได้ทั้งชิ้นงานหรือวิธีการเพื่อใช้แก้ปัญหาตอบสนองความต้องการหรือเพิ่มความสามารถในการทำงานของมนุษย์เทคโนโลยีมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามปัจจัยต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นอีกทั้งเทคโนโลยีแต่ละประเภทก็มีระบบการทำงานที่สัมพันธ์ซึ่งกันและกันเพื่อให้สามารถทำงานได้บรรลุวัตถุประสงค์
 

      กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

             เป็นกระบวนการแก้ปัญหาหรือพัฒนางานช่วยสร้างแนวทาง
ที่เหมาะสมในการแก้ปัญหาหรือสนองความต้องการอย่างเป็นขั้นตอนดังนี้
 
  • ระบุปัญหา
  • รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา
  • ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา
  • วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา
  • ทดสอบประเมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน
  • นำเสนอวิธีการแก้ปัญหาผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน
           
    ในการปฏิบัติงานสามารถย้อนขั้นตอนการทำงานกลับไปมาและอาจ
ทำงานซ้ำบางขั้นตอนเพื่อพัฒนาหรือปรับปรุงการแก้ปัญหาให้ดีขึ้น


 

       ระบุปัญหา
 

         ขั้นตอนนี้เป็นการทำความเข้าใจสถานการณ์ปัญหาหรือความต้องการและบุคคลที่เกี่ยวข้องเพื่อนำข้อมูลเหล่านั้นมาวิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อ จำกัด ของสถานการณ์ปัญหาอย่างชัดเจนแล้วกำหนดขอบเขตของปัญหาเพื่อนำไปสู่การหาแนวทางในการแก้ปัญหาต่อไป

 

สถานการณ์ปัญหา


             ที่บ้านของมานัสมีญาติซึ่งเป็นคุณลุงและคุณป้าพร้อมกับลูก ๆ
มาเยี่ยมบ้านและได้รับประทานอาหารร่วมกัน  จากภาพข้างต้นจะพบว่า
มีปัญหาเกิดขึ้นมากมาย  หนึ่งในปัญหานั้น  คือ  น้องต้นลูกชายของคุณลุง
ได้ทำแก้วน้ำหกเลอะพื้นโต๊ะ

            
             

              จากการพิจารณาสถานการณ์ของปัญหาพบว่าน้องต้นทำแก้วน้ำหกเลอะพื้นโต๊ะเพราะมือลื่นเนื่องจากมีไอน้ำมาเกาะที่ผิวแก้ว หลังจากทำความเข้าใจกับสถานการณ์ปัญหาหรือความต้องการแล้วจากนั้นนำข้อมูลของปัญหามาวิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อ จำกัด สรุปเป็นข้อความสั้น ๆ มีขอบเขตที่ชัดเจนเพื่อให้ง่ายต่อการคิดหาแนวทางการแก้ปัญหา การตั้งคำถามเพื่อช่วยในการวิเคราะห์ปัญหาเป็นอีกหนึ่งวิธีที่ง่ายและช่วยให้ได้ข้อมูลที่จำเป็นในการกำหนดขอบเขตของปัญหาโดยคำถามนั้นต้องมีความเกี่ยวข้องและเชื่อมโยงกับสถานการณ์ปัญหา  เช่น

2329780.png

เกร็ด

น่ารู้


การให้สมาชิกในกลุ่มแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับปัญหาจากสถานการณ์หลายอย่าง  จากนั้นเลือกปัญหาที่ทุกคนสนใจตรกันจะช่วยให้สมาชิกทุกคนมีส่วนร่วม และกระตือรือร้นในการหาแนวทางแก้ปัญหา

ตัวอย่างขอบเขตปัญหาของมานัส
         

             ต้องการแก้ปัญหาไอน้ำเกาะที่ผิวแก้วเมื่อใส่น้ำเย็น  เพราะทำให้จับแล้วลื่น  และยังทำให้น้ำหยดเปียกเลอบนโต๊ะ  แก้วน้ำนี้ต้องการใช้ในบ้าน  หรือเมื่อมีแขกมาเยี่ยมบ้าน  สามารถใช้ได้กับเด็กและผู้ใหญ่  และสามารถทำได้เองในเวลาไม่นานโดยใช้วัสดุที่หาได้ง่าย

รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา

              หลังจากที่ระบุประเด็นปัญหาเรียบร้อยแล้วขั้นตอนต่อไปเป็นการค้นคว้ารวบรวมข้อมูลและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์เทคโนโลยีและศาสตร์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับแนวทางการแก้ปัญหาแล้วสรุปเป็นแนวคิดที่จะใช้ในการแก้ปัญหาโดยพิจารณาถึงความเป็นไปได้ความเหมาะสมกับเงื่อนไขและขอบเขตของปัญหา
         
              ในการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับปัญหาอาจทำได้หลายวิธี  เช่น
                 
                  • การสืบค้นข้อมูลจากอินเทอร์เน็ตที่น่าเชื่อถือ
                  • การสอบถามจากผู้เชี่ยวชาญ
                  • การสืบค้นจากเอกสารบทความงานวิจัย
                  • การศึกษาดูงานจากสถานที่จริง
                  • การทดลองทางวิทยาศาสตร์


 

                การรวบรวมแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหาเพื่อให้ได้ข้อมูลที่ตรงประเด็นชัดเจนและประหยัดเวลาควรมีการกำหนดประเด็น       ในการรวบรวมข้อมูลก่อนโดยอาจเริ่มจากการตั้งคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่จำเป็นจะต้องรู้ก่อนการลงมือปฏิบัติงานเมื่อได้ข้อมูลมา             เรียบร้อยแล้วก็จะสรุปเป็นข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาเพื่อนำไปสู่การออกแบบต่อไป


               ตัวอย่างประเด็นในการรวบรวมข้อมูล  เพื่อออกแบบอุปกรณ์สำหรับป้องกันไอน้ำเกาะผิวแก้วจนทำให้หยดเลอะโต๊ะหรือ         จับแล้วลื่น


 

 ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา

               เมื่อได้ข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับประเด็นการแก้ปัญหาแล้วจะนำข้อมูลแนวคิดที่ได้มาพิจารณาเปรียบเทียบข้อดี
   ข้อเสียประเมินและตัดสินใจเลือกข้อมูลที่เหมาะสมกับเงื่อนไขและขอบเขตของปัญหามากที่สุดจากนั้นจึงออกแบบวิธีการแก้             ปัญหาตามที่ได้ตัดสินใจเลือกโดยระบุรายละเอียดหรือองค์ประกอบให้ชัดเจนเพื่อนำไปสู่การลงมือแก้ไขปัญหา

 

                สรุปแนวทางที่เลือก  คือแนวทางที่ 2 เนื่องจากผ้าสามารถดูดซับไอน้ำได้ไม่ทำให้น้ำหยดเลอะโต๊ะจับแก้วน้ำได้โดยไม่         ลื่นสามารถทำได้เองในเวลาที่ จำกัด ใช้วัสดุที่หาได้ง่ายในบ้าน แต่ต้องมีการออกแบบใหม่เพื่อให้สามารถใช้ได้กับขนาดของ           แก้วที่ต้องการ
               ในการออกแบบนั้นอาจทำได้ในหลายรูปแบบเช่นการร่างภาพการเขียนผังงานการเขียนแผนภาพการเขียน                         อธิบายเป็นขั้นตอน
                ภาพ ในการออกแบบแนวทางการแก้ปัญหาอาจเป็นได้ทั้งภาพ 2 มิติที่แสดงให้เห็นถึงความกว้างความยาวหรือ
   ความสูงของชิ้นงานและภาพ 3 มิติเป็นภาพที่แสดงให้เห็นถึงความกว้างความยาวความสูงของชิ้นงาน


 

           ผังงาน  เป็นการออกแบบแนวคิดของวิธีการแก้ปัญหาที่แสดงรายละเอียดการทำงานอย่างเป็นขั้นตอนโดยใช้สัญลักษณ์ในการสื่อความหมายของลำดับการทำงาน

               แผนภาพ  เป็นการออกแบบแนวคิดของวิธีการแก้ปัญหาเป็นภาพพร้อมแสดงรายละเอียดหรือองค์ประกอบเพื่อให้เห็น
     ว่ามีการทำงานหรือวิธีการอย่างไร


                 การออกแบบแนวทางการแก้ปัญหาหรือแนวทางการพัฒนางานก่อนการลงมือปฏิบัติงานจริงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานด้านต่าง ๆ เช่น
                 
                  ช่วยสื่อสารระหว่างผู้ปฏิบัติงานให้เข้าใจตรงกันในการทำงานมีทั้งการทำงานคนเดียวและทำงานเป็นกลุ่มการถ่ายทอดความคิดของตนเองออกมาให้เห็นเป็นรูปธรรมจะช่วยให้ผู้อื่นเข้าใจตรงกันมากกว่าการอธิบายด้วยการพูดซึ่งจะช่วยให้ทุกคนเข้าใจเป้าหมายและวัตถุประสงค์ได้ตรงกันมากขึ้น
                  ช่วยลดความผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นจากการทำงานการลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนางานโดยขาดการออกแบบก่อนจะมีโอกาสเกิดความผิดพลาดในการทำงานสูงเพราะผู้ปฏิบัติงานจะไม่ทราบว่าชิ้นงานนั้นมีองค์ประกอบอะไรบ้างแต่ละองค์ประกอบ มีรายละเอียดย่อยอื่นอีกหรือไม่ทำให้อาจเกิดการลองผิดลองถูกในการทำงาน
                  ช่วยลดระยะเวลาในการทำงานการออกแบบก่อนลงมือปฏิบัติงานเป็นการวางแผนไว้ล่วงหน้าว่าจะต้องปฏิบัติงานตามขั้นตอนอย่างไรบ้างต้องเตรียมวัสดุอุปกรณ์งบประมาณและผู้ปฏิบัติงานอย่างไรจำนวนเท่าใดซึ่งจะทำให้การปฏิบัติงานเป็นไปด้วยความรวดเร็วขึ้น

วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา

          หลังจากที่ได้ออกแบบแนวทางการแก้ปัญหาแล้วขั้นตอนต่อไปเป็นการวางแผนการแก้ปัญหาตามที่ได้ออกแบบไว้โดยกำหนดเป้าหมายและเวลาในการดำเนินงานหรือผู้รับผิดชอบงานในแต่ละขั้นตอนจากนั้นลงมือแก้ปัญหาตามขั้นตอนที่ได้วางแผนไว้ซึ่งในการแก้ปัญหานั้นหากเป็นการสร้างชิ้นงานควรมีการเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับประเภทของงานเลือกใช้อุปกรณ์ในการทำงานให้ถูกต้องและคำนึงถึงความปลอดภัยในการใช้งานอยู่เสมอ
 

ทดสอบประเมินผลและปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

               เมื่อสร้างชิ้นงานเสร็จแล้วจะนำมาทดสอบและประเมินผลการทำงานของชิ้นงานหรือวิธีการว่าสามารถแก้ปัญหาตาม

ที่ได้ระบุไว้หรือไม่ผลที่ได้จากการทดสอบอาจถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงแก้ไขและพัฒนาชิ้นงานให้มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหามากขึ้น
              การทดสอบการทำงานของชิ้นงานควรมีการกำหนดประเด็นหรือวัตถุประสงค์ในการทดสอบให้มีความสอดคล้องกับจุด      ประสงค์ของการแก้ปัญหาซึ่งจะช่วยลดเวลาและทำให้การปฏิบัติงานง่ายยิ่งขึ้นโดยอาจทำได้ในรูปแบบของการตรวจสอบ
ประเด็นการประเมินรายข้อ (checklist) หรือการเขียนบันทึกผลการทดสอบในแต่ละประเด็น

 

          การกำหนดประเด็นในการทดสอบประสิทธิภาพของชิ้นงานควรมีความชัดเจนเข้าใจง่ายสามารถวัดได้ในเชิงปริมาณ

ยกตัวอย่าง  เช่น  จำนวนเวลาขนาดความสูง

 

          หลังจากได้ผลการทดสอบชิ้นงานจากข้อมูลที่บันทึก
แล้วจะนำมาวิเคราะห์เพื่อหาแนวทางปรับปรุงแก้ไขชิ้นงาน
ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นจากนั้นจึงทดสอบประสิทธิภาพใน
การแก้ปัญหาอีกครั้งแล้วประเมินผลการแก้ปัญหาว่า
สามารถแก้ไขปัญหาตามที่กำหนดไว้หรือไม่

 

นำเสนอวิธีการแก้ปัญหาผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน

               หลังจากได้ทดสอบและประเมินผลการแก้ปัญหาของชิ้นงานแล้วจะนำเสนอข้อมูลให้ผู้อื่นเข้าใจภาพรวมของการทำงานตั้งแต่แนวคิดในการแก้ปัญหาขั้นตอนการแก้ปัญหารวมทั้งผลของการแก้ปัญหาและแนวทางการปรับปรุงแก้ไขให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งสามารถทำได้หลายวิธี  เช่น  การเขียนรายงานการทำแผ่นนำเสนอผลงานการอธิบายประกอบสื่อต่าง ๆ
 

              การนำเสนอผลงานควรอธิบายให้เข้าใจอย่างชัดเจนกระชับและตรงประเด็นโดยหัวข้อในการนำเสนอผลงานจะเกี่ยวข้องการทำงานหรือการแก้ปัญหาทั้งหมดโดยเริ่มตั้งแต่ปัญหาซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการทำงานการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหา  ทั้งวิธีการ  และข้อมูลที่ได้จากการรวบรวมข้อมูลการออกแบบแนวทางการแก้ปัญหา  หรือชิ้นงานการลงมือสร้างชิ้นงานตลอดจน  การทดสอบปรับปรุงแก้ไข และปัญหาอุปสรรคที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน

2329780.png

เกร็ด

น่ารู้

              ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เรียกว่า“ แก้วเก็บความร้อน-เย็น” เพื่อช่วยในการรักษาอุ ณ ภูมิของเครื่องดื่มให้อยู่ได้นานขึ้นด้วยการใช้วัสดุพิเศษเช่นเหล็กกล้าไม่เป็นสนิม (stainless steel) และทองแดงมาขึ้นรูปโดยทำให้มีช่องว่างตรงกลางเป็นสุญญากาศเพื่อเป็นฉนวนป้องกันไม่ให้เกิดการถ่ายเทความร้อนระหว่างภายในและภายนอกแก้วนอกจากนี้ยังช่วยให้จับแก้วน้ำดื่มได้สะดวกเพราะไม่มีไอน้ำเกาะบริเวณผิวแก้วในกรณีที่ใส่น้ำเย็นหรือในกรณีที่ใส่น้ำร้อนก็สามารถจับแก้วน้ำได้โดยที่มือไม่ร้อน

bottom of page