กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

นอกการออกแบบเชิงวิศวกรรมเป็นกระบวนการทำงานเพื่อแก้ไขปัญหา หรือพัฒนางานให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด ภายใต้ข้อจำกัด โดยมีขั้นตอนการดำเนินงานประกอบด้วย 6 ขั้นตอน

1. ระบุปัญหา (problem identification) คือการตระหนักถึงสิ่งที่เป็นปัญหา ซึ่งอาจประกอบด้วยปัญหาย่อย ผู้แก้ปัญหาต้องพิจารณาปัญหาหรือกิจกรรมย่อยที่ต้องเกิดขึ้นเพื่อประกอบในการแก้ปัญหาใหญ่ด้วย

2. รวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (related information search) คือการรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาดังกล่าว อาจมีการดำเนินการ ดังนี้

(1) การรวบรวมข้อมูล คือ การสืบค้นว่าเคยมีใครหาวิธีแก้ปัญหาดังกล่าวนี้แล้วหรือไม่ และหากมีเขาเเก้ปัญหาอย่างไร และมีข้อเสนอแนะใดบ้าง

(2) การค้นหาแนวคิด คือการค้นหาแนวคิดหรือความรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ หรือเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องและสามารถประยุกต์ในการแก้ปัญหาได้

ในขั้นตอนนี้ผู้แก้ปัญหาควรพิจารณาแนวคิดหรือความรู้ทั้งหมดที่สามารถใช้แก้ปัญหาและจดบันทึกแนวคิดไว้เป็นทางเลือกและหลังจากการรวบรวมแนวคิดเหล่านั้นแล้วจึงประเมินแนวคิดเหล่านั้น โดยพิจารณาถึงความเป็นไปได้ ความคุ้มทุน ข้อดีและจุดอ่อน และความเหมาะสมกับเงื่อนไขและขอบเขตของการเเก้ปัญหาแล้วจึงเลือกแนวคิดหรือวิธีการที่เหมาะสมที่สุด

3. ออกแบบวิธีการแก้ปัญหา (solution design) คือการนำความรู้ที่ได้รวบรวมมาประยุกต์เพื่อออกแบบวิธีการ กำหนดองค์ประกอบของวิธีการหรือผลผลิต ทั้งนี้ ผู้แก้ปัญหาต้องอ้างอิงถึงความรู้วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ และเทคโนโลยีที่รวบรวมได้ ประเมิน ตัดสินใจเลือกและใช้ความรู้ที่ได้มาในการสร้างภาพร่างของชิ้นงานต้นแบบ (prototype) หรือกำหนดเค้าโครงของวิธีการแก้ปัญหา

4. วางแผนและดำเนินการแก้ปัญหา (planning and development) คือการพัฒนาวิธีการแก้ปัญหาหรือขึ้นงานตันแบบที่ได้ออกแบบไว้ในขั้นตอนนี้ ผู้แก้ปัญหาต้องกำหนดขั้นตอนย่อยในการทำงาน รวมทั้งกำหนดเป้าหมายและระยะเวลาในการดำเนินการแต่ละขั้นตอนย่อยให้ชัดเจน

5. ทดสอบ ประเมินผล และปรับปรุงแก้ไขวิธีการแก้ปัญหาหรือชิ้นงาน (testing, evaluation and design improvement) เป็นขั้นตอนทดสอบและประเมินการใช้วิธีการหรือขึ้นงานต้นแบบเพื่อแก้ปัญหา ผลที่ได้จากการทดสอบและประเมินอาจถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงและพัฒนาผลัพธ์ให้มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหามากขึ้น การทดสอบและประเมินผลสามารถเกิดขึ้นได้หลายครั้งในกระบวนการแก้ปัญหา

6. นำเสนอวิธีการแก้ปัญหา ผลการแก้ปัญหาหรือขึ้นงาน (presentation) คือการนำเสนอผลลัพธ์ โดยต้องออกแบบวิธีการนำเสนอข้อมูลที่เข้าใจง่ายและน่าสนใจในระหว่างการแก้ปัญหาด้วยกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ขั้นตอนการดำเนินงานสามารถสลับไปมาหรือย้อนกลับขั้นตอนได้ กล่าวคือ ในการทำงานตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมนั้นหากชิ้นงานหรือวิธีการแก้ปัญหายังมีข้อบกพร่อง ทำงานหรือใช้งานไม่ได้ อาจต้องย้อนกลับไปทำงานซ้ำในบางขั้นตอน เช่น อาจกลับไปออกแบบวิธีการแก้ปัญหาใหม่ หรืออาจกลับไปรวบรวมข้อมูลเพื่อสร้างแนวทางในการแก้ปัญหาใหม่ เพื่อพัฒนาหรือปรับปรุงผลงานให้ดีขึ้น การย้อนกลับไปดำเนินงานซ้ำที่ขั้นตอนใดของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ไม่มีการกำหนดที่แน่นอนว่าจะต้องย้อนกลับไปที่ขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งแต่ขึ้นอยู่กับสถานการณ์นั้น โดยนักเรียนสามารถศึกษารายละเอียดแต่ละขั้นตอนของกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม ดังต่อไปนี้

6.1 ขั้นระบุปัญหา (problem identification) การระบุปัญหาเป็นการทำความเข้าใจสถานการณ์ของปัญหาหรือความต้องการนั้น ๆ อย่างละเอียด โดยวิเคราะห์เงื่อนไขหรือข้อจำกัดของสถานการณ์ เพื่อตัดสินใจเลือกปัญหาหรือความต้องการที่จะดำเนินการแก้ไข แล้วกำหนดขอบเขตของปัญหาให้ชัดเจน ซึ่งจะนำไปสู่การหาแนวทางในการแก้ปัญหาต่อไป การระบุปัญหาและกำหนดขอบเขตของปัญหาให้มีความขัดเจน เราสามารถนำเทคนิคหรือวิธีการต่าง ๆ มาช่วยในการวิเคราะห์ปัญหา เพื่อให้ทราบถึงองค์ประกอบและสาเหตุของปัญหาเช่น การวิเคราะห์องค์ประกอบของปัญหาด้วย 5W1H การหาสาเหตุของปัญหาด้วยผังก้างปลา (fishbone diagram)

ตัวอย่างสถานการณ์ของการใช้ชีวิตของผู้สูงอายุ

การดำรงชีวิตของผู้สูงอายุมีแนวโน้มอยู่คนเดียวสูงขึ้น ผู้สูงอายุยังมักมีปัญหาสุขภาพหลายด้านตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพร่างกาย เช่น สายตาที่พร่ามัว การเคลื่อนไหวร่างกายที่ยากลำบากขึ้น ปัญหาความจำ ซึ่งอาจทำให้ลืมรับประทานยา ปัญหาสุขภาพดังกล่าวส่งผลต่อการใช้ชีวิตประจำวัน

จากสถานการณ์ข้างต้น พบว่าผู้สูงอายุอาจประสบปัญหาจากการใช้ชีวิตประจำวัน เช่น

1. ปัญหาในเรื่องความจำทำให้ลืมรับประทานยาไม่ครบหรือกินยามากเกินปริมาณที่แพทย์สั่ง

2. ความยากลำบากในการเดินและทรงตัวเพื่อเคลื่อนที่ในชีวิตประจำวัน

3. ปัญหาการมองเห็นที่ไม่ขัดเจนซึ่งอาจส่งผลทำให้เกิดอุบัติเหตุในชีวิตประจำวันได้ง่าย เช่น สะดุดหกล้ม การเดินชนสิ่งของ

4. ผู้สูงอายุที่สูญเสียการได้ยิน ทำให้ต้องสื่อสารเสียงดัง

จากปัญหาการสูญเสียการได้ยินของผู้สูงอายุ เราสามารถทำความเข้าใจของปัญหาได้ชัดเจนขึ้นด้วยการใช้เทคนิคการวิเคราะห์องค์ประกอบของปัญหา จากการตั้งคำถาม 5W1H ซึ่งจะทำให้ได้ข้อมูลเพื่อนำไปสู่การแก้ปัญหาได้ตรงกับความต้องการอย่างเหมาะสม

เมื่อวิเคราะห์ปัญหาที่สนใจด้วยการใช้คำถาม 5W1H จนเข้าใจองค์ประกอบของปัญหาแล้วเพื่อให้การกำหนดกรอบหรือขอบเขตของปัญหามีความชัดเจนมากขึ้น ควรมีการวิเคราะห์หาสาเหตุที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปัญหานั้น เนื่องจากปัญหาหนึ่ง ๆ อาจเกิดขึ้นได้จากหลาย ๆ สาเหตุ การหาสาเหตุของการเกิดปัญหาอาจใช้การวิเคราะห์ด้วยผังก้างปลา (fishbone diagram) เพื่อนำไปสู่การกำหนดกรอบหรือขอบเขตของปัญหาที่ชัดเจน เพื่อหาแนวในการแก้ปัญหาต่อไป

สามารถใช้การวิเคราะด้วยผังก้างปลา เพื่อหาสาเหตุที่เกี่ยวข้องกับปัญหาการสูญเสียการได้ยินของผู้สูงอายุ ได้ดังรูป

จากการหาสาเหตุปัญหาการได้ยินของผู้สูงอายุด้วยผังก้างปลาพบว่า เกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ โดยอาจเป็นจากการเสื่อมลงในร่างกาย ซึ่งบางสาเหตุหากทำการแก้ไขการได้ยินอาจกลับมาเป็นปกติหรือดีขึ้น เช่น ภาวะขี้หูอุดตัน แต่บางสาเหตุที่เกี่ยวข้องกับระบบการได้ยินของผู้สูงอายุ เช่น ใบหู เยื่อแก้วหู กระดูกในหูเซลล์ขนที่เกี่ยวข้องกับการรับเสียง เส้นประสาทรับเสียง หากส่วนของร่างกายเหล่านี้เสื่อมลงจนส่งผลต่อระบบการได้ยิน จะเป็นสาเหตุที่ดำเนินการแก้ไขได้ยากหรือต้องใช้ผู้เชี่ยวซาญแก้ไข นอกจากนี้การดำเนินชีวิตที่สัมผัสกับปัจจัยเสี่ยงต่าง ๆ ก็เป็นสาเหตุที่ทำให้ผู้สูงอายุสูญเสียการได้ยิน เช่น การได้รับเสียงดังเกินไป การสูบบุหรี่รวมถึงการใช้ยาที่มีพิษต่อหู การเป็นโรคเรื้อรังที่เกี่ยวข้องกับระบบไหลเวียนโลหิต ก็เป็นสาเหตุที่ทำให้ผู้สูงอายุสูญเสียการได้ยินได้เช่นกันดังนั้นการหาแนวทางแก้ไขปัญหาผู้สูงอายุสูญเสียการได้ยิน จึงจำเป็นต้องแก้ไขให้ตรงกับสาเหตุของปัญหา บางสาเหตุที่ทำให้เกิดปัญหาต้องใช้ผู้มีความรู้ความเชี่ยวชาญเป็นพิเศษ รวมถึงเครื่องมือและอุปกรณ์โดยเฉพาะเพื่อดำเนินการแก้ไข ดังนั้นการตัดสินใจเลือกสาเหตุของปัญหา เพื่อมาแก้ไขจำเป็นต้องพิจารณาจากปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น ความรู้ ความสามารถของผู้ที่จะดำเนินการแก้ไข รวมถึงทรัพยากรหรือข้อจำกัด เพื่อประกอบการตัดสินใจ จากสาเหตุที่เกี่ยวข้องกับผู้สูงอายุสูญเสียการได้ยิน การสูญเสียการได้ยินจากประสาทหูเสื่อมสามารถเกิดขึ้นได้กับผู้สูงอายุทุกคน ซึ่งส่งผลกระทบต่อการใช้ชีวิตประจำวันของผู้สูงอายุและผู้ที่สื่อสารด้วย จึงอาจกำหนดเป็นขอบเขตของปัญหาเพื่อหาแนวทางการแก้ไขได้ดังนี้

“ปัญหาการศึกษาการได้ยินของผู้สูงอายุ ที่เกิดขึ้นจากประสาทหูเสื่อมลงตามวัย ส่งผลให้คามสามารถการได้ยินเสียงลดลง จึงต้องการวิธีการที่ช่วยให้ผู้สูงอายุสามารถได้ยินเสียงได้ดีขึ้น หรือ มีระดับการได้ยินปกติ"

ดังนั้นการหาแนวทางการแก้ไขที่ช่วยให้ผู้สูงอายุที่สูญเสียการได้ยินสามารถได้ยินเสียงได้ดีขึ้นนั้นสามารถดำเนินการได้หรือไม่ อย่างไร นักเรียนจะได้ศึกษาจากขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหาตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

6.2 ขั้นรวบรวมข้อมูลและแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับปัญหา (related information search) คือการรวบรวมข้อมูลและความรู้ทุกด้านที่เกี่ยวข้องกับปัญหาหรือความต้องการ เช่น ความรู้ด้าน วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์ เทคโนโลยี ในขั้นนี้ควรมีการจดบันทึกผลการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดเพื่อพัฒนาแนวทางในการแก้ปัญหา ซึ่งก่อนการรวบรวมข้อมูลควรมีการกำหนดประเด็นในการสืบคัน ซึ่งอาจเริ่มจากการตั้งคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาภายใต้ขอบเขตของปัญหาที่ระบุไว้ โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า การระดมสมอง (brainstorming)

ตัวอย่างประเด็นที่ใช้ในการรวบรวมข้อมูลเพื่อหาแนวทางแก้ไขปัญหาการสูญเสียการได้ยินของผู้สูงอายุที่ประสาทหูเสื่อม

- ลักษณะอาการ หรือระบบการได้ยินของผู้สูงอายุที่ประสาทหูเสื่อม

- ผลกระทบจากการสูญเสียการได้ยินของผู้สูงอายุ

- การส่งเสริมให้การได้ยินมีประสิทธิภาพดีขึ้น

เมื่อได้ประเด็นในการสืบคันแล้ว สามารถรวบรวมข้อมูลจากแหล่งเรียนรู้ได้อย่างหลากหลาย เช่น

- การสืบค้นจากเอกสาร บทความ งานวิจัย

- การสืบคันข้อมูลจากอินเทอร์เน็ต

- การสอบถามจากผู้เชี่ยวชาญ

- สำรวจตัวอย่างในท้องตลาด

- การศึกษาดูงานจากสถานประกอบการ เช่น ร้านจำหน่ายอุปกรณ์การแพทย์ โรงพยาบาล

เมื่อได้รวบรวมข้อมูลตามประเด็นที่กำหนดไว้แล้ว สามารถนำหัวข้อประเด็นและข้อมูลดังกล่าวมาสรุปเป็นแผนที่ความคิดให้เห็นถึงความเชื่อมโยงของข้อมูลกับปัญหาที่ต้องการหาแนวทางการแก้ไข

จากการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับผู้สูงอายุที่สูญเสียการได้ยินจากประสาทหูเสื่อม แนวทางหนึ่งที่ช่วยให้ผู้สูงอายุได้ยินเสียงได้ดีขึ้นคือการใช้อุปกรณ์ช่วย เช่น การผ่าตัดใส่ประสาทหูเทียม ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการแก้ไขปัญหาการสูญเสียการได้ยิน แต่ต้องดำเนินการแก้ไขโดยแพทย์หรือผู้เชี่ยวชาญ รวมทั้งมีค่าใช้จ่ายสูง อีกวิธีหนึ่งคือการใช้อุปกรณ์หรือเครื่องช่วยฟัง ซึ่งมีการผลิตเพื่อจำหน่ายอยู่ทั่วไป โดยเครื่องช่วยฟังสามารถปรับใช้ให้เหมาะสมกับแต่ละคนได้ อย่างไรก็ตามเครื่องช่วยฟังที่มีคุณภาพดีโดยส่วนใหญ่พัฒนาและนำเข้าจากต่างประเทศ จึงมีราคาสูง

สำหรับนักเรียนการช่วยเหลือผู้สูงอายุที่สูญเสียการได้ยินจากประสาทหูเสื่อมด้วยการผ่าตัด คงเป็นสิ่งที่ทำไม่ได้เนื่องจากไม่มีความรู้ความสามารถ แต่การสร้างเครื่องช่วยฟังเพื่อช่วยเหลือผู้สูงอายุที่สูญเสียการได้ยิน อาจเป็นแนวทางการช่วยเหลือหรือแก้ไขปัญหาการสูญเสียการได้ยินที่นักเรียนสามารถทำได้โดยอาจรวบรวมข้อมูลเครื่องช่วยฟังซึ่งมีการผลิตเพื่อจำหน่ายรูปแบบต่าง ๆ เช่น เครื่องช่วยฟังแบบกล่องแบบหัดหลังใบหู และแบบใส่ในช่องหู แล้วนำข้อมูลมาเปรียบเทียบทั้งในด้านองค์ประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์ ข้อดี และข้อด้อยที่เป็นอุปสรรคต่อการใช้งาน เพื่อเป็นข้อมูลในการพัฒนาเครื่องช่วยฟังสำหรับผู้สูงอายุที่สูญเสียการได้ยิน