
การออกแบบและเทคโนโลยี ม.ต้น
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


เกร็ด
น่ารู้
การให้สมาชิกในกลุ่มแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับปัญหาจากสถานการณ์หลายอย่าง จากนั้นเลือกปัญหาที่ทุกคนสนใจตรกันจะช่วยให้สมาชิกทุกค นมีส่วนร่วม 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
หลังจากที่ได้ออก แบบแนวทางการแก้ปัญหาแล้วขั้นตอนต่อไปเป็นการวางแผนการแก้ปัญหาตามที่ได้ออกแบบไว้โดยกำหนดเป้าหมายและเวลาในการดำเนินงานหรือผู้รับผิดชอบงานในแต่ละขั้นตอนจากนั้นลงมือแก้ปัญหาตามขั้นตอนที่ได้วางแผนไว้ซึ่งในการแก้ปัญหานั้นหากเป็นการสร้างชิ้นงานควรมีการเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมกับประเภทของงานเลือกใช้อุปกรณ์ในการทำงานให้ถูกต้องและคำนึงถึงความปลอดภัยในการใช้งานอยู่เสมอ


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






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