หน่วยที่ 3 : เรื่อง กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

1. ความสัมพันธ์ของกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์

วิทยาศาสตร์ คือ การหาความสัมพันธ์เชิงความเป็นเหตุเป็นผลของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น ทำไมเราจึงเป็นหวัด ซึ่งจะต้องหาเหตุคือการที่มนุษย์ได้รับเชื้อไวรัส จึงทำให้ได้ผลตามมาคือเป็นโรคหวัด เป็นต้นซึ่งการเป็นหวัดคือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของร่างกาย หากต้องการศึกษาให้เข้าใจมากกว่าแค่เหตุและผลนั้น เราจะต้องใช้วิทยาศาสตร์ในการหาคำตอบเชิงกลไกเกี่ยวกับการทำงานของไวรัส DNA รวมถึงผลกระทบกับส่วนอื่น ๆ อีกมากมาย เพื่อนำไปสู่การพัฒนาวัดซีนในการรักษาได้ถูกต้องและแม่นยำ 

วิศวกรรมศาสตร์ คือ การนำองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาสร้างเป็นเทคโนโลยี ซึ่งมีหลายแขนง เช่น วิศวกรรมโยธาเชี่ยวชาญการสร้างตึก ถนน สะพาน วิศวกรรมเครื่องกลเชี่ยวชาญการสร้างยานพาหนะ วิศวกรรมสื่อสารเชี่ยวชาญการสร้างเทคโนโลยีเพื่อการสื่อสารต่าง ๆ ตัวอย่างการใช้วิศวกรรม เช่น
การสร้างสนามบินแห่งหนึ่งจะต้องมีวิศวกรรมศาสตร์หลายสาขาที่สร้างเทคโนโลในแต่ละส่วนและนำมาใช้ร่วมกันได้กระบวนการคิดและการทำงานทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ มีดังนี้

2. กระบวนการทางวิทยาศาสตร์

กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ การพิสูจน์เพื่อให้เกิดการยอมรับทางวิทยาศาสตร์ในความรู้ไหม่โดยใช้พื้นฐานจากความรู้ที่มีอยู่เดิม โดยกระบวนการสร้าง

องค์ความรู้ใหม่เกิดจากความรู้เดิมซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ จึงตั้งสมมติฐานเพื่อทำการออกแบบกระบวนการหาข้อพิสูจน์แล้วทำการทดลอง นำผลการทดลองมาผ่านกระบวนการคิดวิเคราะห์อย่างมีตรรกะ และสังเคราะห์เป็นความรู้ใหม่ที่ปราศจากข้อโต้แย้ง และสามารถอธิบายความเป็นมาของความรู้ใหม่บนพื้นฐานความรู้เดิมได้อย่างมีเหตุผล

เมื่อนิวตันได้ผลการทดลองแล้ว นิวตันจึงสงสัยว่า แสงที่หักเหจนได้สีต่าง ๆ ออกมานั้น สามารถรวมกลับไปเป็นแสงสีขาวได้หรือไม่ นิวตันจึงทำการทดลองโดยการนำปริซึม 2 แท่ง มาทำการทดลอง โดยการนำปริซึมแท่งแรกทำการหักเหแสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ออกมาได้เป็นสีรุ้งที่สามารถเห็นได้ว่ามี 7 สี แล้วนำปริซึมแท่งที่ 2 มารับแสงสีรุ้งจากปริซึมแท่งแรก จะพบว่าปริซึมแท่งที่ 2 ทำหน้าที่รวมแสงที่หักเหจากปริซึมแท่งแรกกลับมาเป็นแสงสีขาวได้ 

จากนั้น นิวตันนำกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มาค้นหาต่อไป โดยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มีขั้นตอนดังนี้

3. กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรมสามารถดำเนินการเพื่อให้ได้ผลงานโดยทั่วไปมีอยู่ 2 แบบ คือ

   1. การออกแบบเชิงวิศวกรรมโดยใช้วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ

   2. การออกแบบเชิงวิศวกรรมโดยใช้ประสบการณ์ เพื่อให้ได้ผลงานโดยไม่ได้ใช้หลักวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ

ความแตกต่างของการดำเนินการทั้ง 2 แบบคือ ความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการทำซ้ำซึ่งการออกแบบเชิงวิศวกรรมศาสตร์โดยใช้วิทยาศาสตร์
และคณิตศาสตร์ในการดำเนินการ ยังสามารถนำมาซึ่งเทคโนโลยีและนวัตกรรมใหม่ได้ด้วย ยกตัวอย่างการเรียนรู้ในรูปแบบ STEM ที่จะฝึกให้เราได้ใช้ทักษะอย่างครบถ้วน

กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม เป็นกระบวนการสำคัญที่ทำงานอย่างเป็นระบบ จึงได้ถูกนำมาใช้ในการแก้ปัญหาตามความต้องการของมนุษย์
และสร้างสรรค์ผลงานที่ไม่เคยมีมาก่อน หรือนำเทคโนโลยีมาพัฒนาต่อยอดให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ซึ่งแบ่งออกเป็นขั้นตอนหลัก 6 ขั้นตอน
และสามารถจำแนกรายละเอียดได้เป็น 13 ขั้นตอน เพื่อให้เราสามารถเข้าใจถึงการทำงานได้ดีขึ้น ดังนี้