กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมสามารถดำเนินการเพื่อให้ได้ผลงานโดยทั่วไปทีอยู่ 2 แบบ คือ

1. การออกแบบเชิงวิศวกรรมโดยใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ

2. การออกแบบเชิงวิศวกรรมโดยใช้ประสบการณ์ เพื่อให้ได้ผลงานโดยไม่ได้ใช้หลักวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ

ความแตกต่างของการดำเนินการทั้ง 2  แบบ  คือ  ความน่าเชื่อถือ  ความปลอดภัย  และการทำซ้ำ ซึ่งการออกแบบเชิงวิซวกรรมศาสตร์โดยใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ  ยังสามารถนำมาซึ่งเทคโนโลยีและนวัตกรรมใหม่ได้ด้วย 
ยกตัวอย่างการเรียนรู้ในรูปแบบ STEM ที่จะฝึกให้เราได้ใช้ทักษะอย่างครบถ้วน

กรบวนการการออกแบบเชิงวิศวกรรม  เป็นกระบวนการสำคัญที่ทำงานอย่างเป็นระบบ จึงได้ถูกนำมาใข้ในการแก้ปัญหาตามความต้องการของมนุษย์ และสร้างสรรค์ผลงานที่ไม่เคยมีมาก่อน หรือนำเทคโนโลยีมาพัฒนาต่อยอดให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น  ซึ่งแบ่งออกเป็นขั้นตอนหลัก  6  ขั้นตอน  และสามารถจำแนกรายละเอียดได้เป็น  13  ขั้นตอน  เพื่อให้เราสามารถเข้าใจถึงการทำงานได้ดีขึ้น  ดังนี้

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม  มี  6 ขั้นตอนหลัก  ดังนี้

1.ระบุปัญหา (Problem Identification)

เป็นการทำความเข้าใจปัญหาหรือความท้าทาย วิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ปัญหา เพื่อกำหนดขอบเขตของปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา

2.รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (Related Information Search)

เป็นการรวบรวมข้อมูลและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับแนวทางการแก้ปัญหาและประเมินความเป็นไปได้ ข้อดีและข้อจำกัด

3.ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (Solution Design)

เป็นการประยุกต์ใช้ข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องเพื่อการออกแบบชิ้นงานหรือวิธีการในการแก้ปัญหา โดยคำนึงถึงทรัพยากร ข้อจำกัดและเงื่อนไขตามสถานการณ์ที่กำหนด

4.วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (Planning and Development)

เป็นการกำหนดลำดับขั้นตอนของการสร้างชิ้นงานหรือวิธีการ แล้วลงมือสร้างชิ้นงานหรือพัฒนาวิธีการเพื่อใช้ในการแก้ปัญหา

5.ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Testing, Evaluation and Design Improvement)

เป็นการทดสอบและประเมินการใช้งานของชิ้นงานหรือวิธีการ โดยผลที่ได้อาจนำมาใช้ในการปรับปรุงและพัฒนาให้มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาได้อย่างเหมาะสมที่สุด

6.นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (Presentation)

เป็นการนำเสนอแนวคิดและขั้นตอนการแก้ปัญหาของการสร้างชิ้นงานหรือการพัฒนาวิธีการ ให้ผู้อื่นเข้าใจและได้ข้อเสนอแนะเพื่อการพัฒนาต่อไป

ตัวอย่าง กระบวนการพัฒนาเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยกระบวนการเชิงวิศวกรรม

กระบวนการเชิงวิศวกรรมศาสตร์

1. ระบุปัญหา

ปัญหาแมลงวันในชุมชนที่มีจำนวนมาก

อภิปรายสาเหตุของปัญหา  พบว่าเกิดจากสาเหตุ  ดังต่อไปนี้

1. การตากอาหารประเภทเนื้อสัตว์  เช่น ปลา  เนื้อวัว  เนื้อหมู้  ไว้กลางแจ้ง

2. การทิ้งเศษอาหารและขยะโดยไม่ใส่ถังขยะ หรือถุงที่ปิดสนิท

เลือกแนวทางการแก้ปัญหา

แมลงวันมีสามเหตุการเกิดจากการตากอาหารประเภทเนื้อสัตว์  เช่น  ปลา  เนื้อวัว  เนื้อหมู้  ไว้กลางแจ้งมาแก้ปัญหาเนื่องจากในชุมชนมีหลายครัวเรื่อนที่ผลิตปลาสลิดแห้ง  หมูและเนื้อแดดเดียวขาย

ระบุปัญหาที่ต้องแก้ไข

   "การตากอาหารแห้ง  ก่อให้เกิดแมลงวันจำนวนมากในชุมชน"

2. รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา

รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวกับปัญหาได้  ดังนี้

วิธีที่ 1 กการใช้กระแสลมร้อนสัมผัสกับอาหารและตาข่ายคลุมอาหารตากแห้ง

วิธีที่ 2 สร้างเครื่องมือขึ้นใช้กระแสลมร้อนสำหรับอบผลผลิตทางการเกศตรให้แห้ง  จึงเรียกวิธีการนี้ว่า "การอบแห้ง"

วิธีที่ 3 กำจัดความชื้นในอาหารโดยทำน้ำให้เป็นน้ำแข็ง  ซึ่งเป็นการทำให้อาหารแห้งแบบเยือกแข็ง  เครื่องมือที่ใช้คือเครื่องอบแห้งแบบเยือกแข็ง

วิธีที่ 4 การใช้คลื่ไมโครเวฟเพื่อลดความชื้นของอาหาร

ประเมินทางเลือก

วิธีที่ 1 เป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด  แต่บางครั้งสภาพอากาศมีความชื้นสูง  หรือในฤดูฝนการตากแดดและผึ่งลมจะทำไม่ได้  นอกจากนี้  ยังมีปัญหาเกี่ยวกับความไม่สะอาด  เนื่องจากฝุ่นละอองในขณะตากและการถูกรบกวนจากสัตว์

วิธีที่  2  เป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่เลือกมาสร้างเป็นเทคโนโลยี

วิธีที่  3  และวิธีที่  4  เป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายที่สูง

ดังนั้น จึงเลือกวิธีที่  2  การสร้างตู้อบ  เนื่องจากสามารถกันได้ทั้งแมลงและฝุ่นละออง

3. การออกแบบวิธีการแก้ปัญหา 

ตู้อบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์  เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การสร้างตู้อบแห้งนั้นจะใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อไม่ให้ต้นทุนทางการผลิตสินค้าสูงขึ้น  โดยร่างรูปแบบได้ดังนี้

4. วางแผนการดำเนินการแก้ปัญหา

วัสดุและอุปกรณ์

1. กล่องโฟมหรือลังโฟม ขนาดกว้าง  45  ซม.  ยาว 60 ซม.  สูง  30 ซม.  มีฝาปิด
2.  แผ่นพลาสติกหรือกระจกที่มีความหนาประมาณ  2-3  มม.  ขอบกระจกโดยรอบใช้อะลูมิเนียมรูปตัวจนาด  3  หุน  หุ้มไว้  แผ่นพลาสติกหรือกระจก  เพื่อกันแตกและกันบาดมือ
3. แผ่นสะท้อนความร้อนชนิดที่มีฟองน้ำด้านหลัง  1  ม้วน
4.  กระดาษฟอยล์สีเงิน
5. กระดาษลูกฟูกหรือฟิวเจอร์บอร์ดสีดำ  1  แผ่น
6. กล่องกระดาษมีขนาดเล็กกว่ากล่องโฟม
7. กระดาษสีดำ
8. กาวแป้งเปียก
9. สกอตเทปสีน้ตาลแถบใหญ่สำหรับติดที่กล่องโฟมและกระดาษลูกฟูกหรือฟิวเจอร์บอร์ดสีดำ
10. เครื่องวัดอุณหภูมิในตู้อบแห้ง