[공학입문설계] 문제의 정의 및 공학설계 단계

본 자료는 국립 창원대학교 메카트로닉스 공학부 1학년 학생을 대상으로 한 공학입문설계 수업 자료입니다. 본 자료는 수업의 교재인 창의 공학 설계 (김진욱 외, 도서출판 GS 인터비젼) 의 내용을 재구성한 것으로 수업보조 자료 이외의 목적이 없음을 알립니다.

공학적 문제의 개념

공학에서 문제라는 단어는 "질문으로 제출되어 대답이 요구되는 사항, 또는 연구나 논쟁의 원인이 되는 것"입니다. 

위는 일반적인 문제해결 절차를 이야기합니다. 문제를 정의하고, 문제에 대한 제반 환경과 문제의 성립여부 등등에 대한 검색과 더불어 해결방법에 대한 아이디어 도출과 그 아이디어의 구현성을 판단할 수 있는 자료를 확인해야합니다. 그러고 난 다음 아이디어에 대해 경제성, 실현성, 효율성 등등에 대한 평가가 수반되어야합니다. 아래 그림은 상품만족도 증대방법에 대한 예시입니다.

공학문제해결의 요인과 도구

공학적 문제에 대한 해결능력을 가지기 위해서는 분석적사고, 종합적사고, 창의력등이 요구되며 팀웍과 의사소통능력 등을 가지고 있어야합니다. 자신의 의견을 주장하고 상대방의 건전한 비판을 받아들이거나 혹은 상대방의 의견을 수용하기 위해서는 각 팀원들은 심적장애극복능력과 기억능력, 시각화능력등이 요구됩니다. 
문제해결을 위한 도구로서는 이후에 다시 다루겠지만, 문제분해, MECE, 특성요인도, 벤치마킹, 파레토도, 브레인스토밍 등등의 도구들을 상황에 맞게 유연하게 사용할 수 있어야합니다. 아래 그림은 그중 특성요인도입니다.

 
특성요인도는 다양한 문제의 원인을 한눈에 확인할 수 있게하며, 문제들 사이의 연관성을 확인하기 용이하며, 문제해결을 위한 논리적과정을 시작하는데 도움을 주는 도구로 알려져 있습니다. 

규범적 설계 프로세스

위 그림은 공학설계의 절차입니다. 각 단계별로 확인하면

 
고객기술문에서는 제품의 기능, 형태, 의도, 법적요구사항을 상세히 기록해야합니다. 이는

 
위에 나타나듯이 설계목적을 명확화하고 사용자의 요구사항을 기술적으로 분명히 하면서 제약조건을 명시하는 것이 필요합니다.

 
다음 단계에서는 고객의 요구사항과 기술적 배경을 통해 제품의 상세 기능의 설정과 설계자의 업무 범위를 설정하는 설계명세가 작성되어야합니다. 이는 개발기간, 비용, 팀의 규모를 좀더 정확히 결정하기 위해서입니다.

 
위 그림처럼 개념설계를 완료하게 됩니다.

 
이제 제품화 될 때를 가정한 제조가증성, 사용성, 고객요구만족도 등을 평가할 수 있는 설계 모형화 및 분석의 단계와 설계요구충족도, 내구성 등의 상품화특성을 테스트하고 실물대시험, 축소모형, 시제품 등을 수행하는 설계시험 및 평가라는 단계가 수행되어야합니다.

 

그리고 나면 

 
최종설계를 검토하는 상세설계의 과정을 거쳐

 

고객에게 제출될 최종보고서를 작성하게 됩니다. 

참고자료 : Engineering Design 02.pdf