工程學設計過程

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一個建築師喺度畫緊圖則,設計要起嗰棟建築物。

工程學設計過程粵拼gung1 cing4 hok6 cit3 gai3 go3 cing4英文engineering design process)係工程師喺解決佢哋專業上遇到嘅問題嗰陣普遍會跟從嘅一系列疊代(iterative)步驟:一般嚟講,工程師要解決嘅問題都離唔開「設計出一件能夠解決某啲特定問題嘅產品」(例如一部專門用嚟做某樣工作嘅機械),所以工程學設計過程基本上就係講緊要了解清楚件產品要達到乜條件,再按呢份資訊設計出件產品,重複做設計過程嗰柞步驟,一路做到收得工為止。喺成個工程學設計過程當中,工程師會用到科學數學、以至經濟學上嘅知識[1][2][3]

工程學設計過程同科研上用嘅科學方法(scientific method)有相似之處:工程學設計過程旨在用設計解決一個實用上嘅問題,科學研究旨在用實驗等嘅方法解答一啲理論性嘅問題;兩個過程都要建基於已有嘅知識,並且逐漸噉縮窄研究嘅範圍,追求新嘅知識;兩者主要分別在於,工程學重視創造(create)一啲新嘅事物,而科學重視發現(discover)一啲一路都存在、但前所未知嘅事物[4][5]

步驟[編輯]

喺一般嘅分法上,工程學設計過程大致上有九大步驟[1][2]

界定問題[編輯]

工程學設計過程第一個步驟係要界定要解決嘅問題。喺呢個步驟,工程師會問以下嘅問題[6]

  • 要解決嘅問題係乜?(部機械嘅輸入同輸出要係啲乜?)
  • 邊個需要解決呢個問題?
  • 點解呢個問題需要解決?

舉個例說明,想像有個軟件工程師俾人請佢開發一個繪圖軟件攝影師用;喺界定問題階段,個軟件工程師要做嘅係了解攝影師做嘅工作,整返個列表,列出嗮隻軟件需要有啲乜嘢功能(攝影師需要嘅功能同一般人需要嘅好唔同,同時佢哋嘅需要又會同畫家嘅唔同)。

做研究[編輯]

由其他人嘅經驗當中學習-個工程師要做吓資料搜集,睇吓其他人有冇遇到過類似嘅問題,同埋佢哋係點樣解決個問題嘅:

  • 其他人有冇解過類似嘅問題?
  • 嗰啲人係點樣解個問題嘅?

講返頭先軟件工程師嘅例子,佢需要去搜集資料,睇吓前人整過嘅繪圖軟件,知道呢啲軟件有乜功能同埋用起上嚟順唔順手;呢啲資訊好重要,因為呢啲資訊會話俾佢知,有啲乜嘢功能前人經已整咗(所以如果佢想自己整嗰隻軟件有競爭力,佢就要諗多啲有用嘅額外功能)、有啲乜嘢功能之前嗰啲軟件整得唔順手(所以佢可以靠將呢啲功能整得順手啲,令自己隻軟件有競爭力)... 等等。

講明要求[編輯]

講明件產品有啲乜嘢要求係要達到嘅,即係話要:

  • 搵出類似產品有乜共通嘅重點特徵;
  • 了解呢啲特徵點樣幫手解決個問題。

又講返頭先軟件工程師嘅例子,佢要列出有啲乜嘢功能係之前嗰啲繪圖軟件冚唪唥都有嘅(好似係俾用家睇同放大幅圖像以及上色等等)-呢啲功能佢隻軟件要有齊嗮,而且佢要明白每個功能滿足咗用繪圖軟件嘅人嘅乜嘢需要(同諗吓自己隻軟件滿足到乜打前嘅軟件滿足唔到嘅需要)。

諗計[編輯]

工程師要諗計,諗出若干個可能方案(有咁多諗咁多):

  • 度橋;
  • 畫設計圖;
  • 計吓數,睇吓每個方案嘅效率

又講返頭先軟件工程師嘅例子,佢可能要諗幾個方案出嚟,每個方案係一段虛擬碼、知道嗮嗰段碼會用乜嘢演算法(喺實際應用上,每段碼會起碼有幾廿萬行碼)。

揀好設計[編輯]

跟住個工程師要由諗出嚟嘅計當中揀一個:

  • 搵個基準量度一個設計要點先算「好」(要效率?定係要以第啲嘢作準?);
  • 計吓每個方案喺基準上嘅表現(邊個效率最高)?
  • 揀表現最好嗰個。

然後個工程師會再用運算理論(theory of computation)等嘅方法,計吓每段碼嘅效率同其他表現指標(好似係「行起上嚟平均會幾嘥時間」同「喺最壞情況下會嘥幾多時間」等)。

發展設計[編輯]

工程師要慢慢細執個設計:

  • 要詳細度好整件成品出嚟嘅每個階段;
  • 要度好用乜物料;
  • 要度吓個設計喺之前嘅階段當中冇度到嘅細節部份。

又用返軟件工程嘅例子,個工程師要度吓(例如)要用乜程式語言去寫隻軟件嘅程式、個工作時間表係點(喺乜嘢時間要做到邊度)、同個程式要分做幾多個檔案等等。

整原型[編輯]

然後,個工程師就需要整一個原型(prototype)出嚟。一個原型係指一個有可能出得街、行得到嘅成品:喺打前嘅階段當中,件產品都係一件淨係概念上存在嘅物件,所以冇得攞去做測試,而一個原型係行得嘅版本,可以俾個工程師攞去做測試。用返軟件工程個例子,即係個工程師要郁手寫隻軟件嘅程式出嚟[7]

測試同重新設計[編輯]

工程師跟手要攞個原型去做測試,實際行吓睇吓點(行起上嚟順唔順暢,如果係電腦軟件嘅話,即係行起上嚟有冇 bug 等嘅問題)。喺實際應用上,通常個工程師會諗住自己個計劃係天衣無縫嘅,但到咗測試階段會搵到啲意料之外嘅問題。如果發現有問題,噉就要去做重新設計,嘗試整一件冇問題嘅產品[2]

發佈結果[編輯]

上述嘅工作冚唪唥做完嗮,件產品出咗街(或者正式宣告失敗)之後,工程師要向所有有關人員(例如係投資落去呢個項目嘅公司)發佈成個項目嘅成果。例如係向請佢設計呢件產品嗰間公司嘅管理層做一個口頭或者書面嘅報告,講吓成個設計過程做成點,以及件產品賣成點等等嘅資訊;有陣時一個工程學設計過程仲會喺學術性嘅期刊上面公佈[2]

睇埋[編輯]

參考文獻[編輯]

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  1. 1.0 1.1 Dym, C. L., & Little, P. (1999). Engineering design: A project-based introduction. John Wiley and sons.
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 Ullman, D. G. (2010). The mechanical design process: Part 1. McGraw-Hill.
  3. Ertas, A. & Jones, J. (1996). The Engineering Design Process. 2nd ed. New York, N.Y., John Wiley & Sons, Inc.
  4. The Engineering Design Process 互聯網檔案館歸檔,歸檔日期2019年6月9號,..
  5. Dornfeld, D., & Lee, D. E. (2008). Machine design for precision manufacturing (pp. 37-48). Springer US.
  6. Braha, Dan; Maimon, Oded (1997). The design process: properties, paradigms, and structure. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part A: Systems and Humans, 27(2), 146-166.
  7. Marcelo M. Soares; Francesco Rebelo (15 August 2012). Advances in Usability Evaluation. CRC Press. p. 482.