Quy trình Thiết kế Kỹ thuật (Engineering Design Process)

Lưu ý:
Quy trình cụ thể sẽ khác nhau giữa các đội, vì vậy sơ đồ minh họa không phải là một quy tắc cứng nhắc.

Các phần của Quy trình Thiết kế Kỹ thuật

Nhìn chung, quy trình thiết kế bao gồm các bước sau; tuy nhiên, mỗi đội sẽ điều chỉnh quy trình này phù hợp với nhu cầu và giới hạn của họ.

1. Xác định vấn đề (Define the problem):
Bạn đang cố gắng giải quyết vấn đề gì? Thời gian hoàn thành là bao lâu?

2. Xác định yêu cầu (Specify requirements):
Những yêu cầu cần thiết cho giải pháp bạn đề xuất là gì?

3. Lên ý tưởng / Thiết kế CAD (Brainstorm/CAD Design):
Vẽ hoặc phác thảo mô hình thử nghiệm (prototype) lên giấy hoặc trong phần mềm CAD.

4. Chế tạo thử / Thử nghiệm (Prototype/Experiment):
Lắp ráp bản thiết kế đầu tiên bằng các vật liệu thực tế.

5. Kiểm tra (Test):
Đảm bảo kiểm tra kỹ lưỡng từng phần của nguyên mẫu để phát hiện lỗi hoặc điểm yếu.

6. Phân tích kết quả (Analyze results):
Xem xét những gì bạn học được từ quá trình kiểm tra để lặp lại và cải thiện dần dần.

7. Hoàn thiện thiết kế (Final implementation):
Tối ưu, củng cố, và hoàn thiện mẫu thiết kế cuối cùng, không còn thay đổi thêm.

Ví dụ minh họa (Example)

Giả sử có một đội xây dựng hệ thống truyền động (drivetrain) cho Rover Ruckus (RR2) – trò chơi của mùa giải 2018–2019.
Trong RR2, có một miệng hố (crater) cao khoảng 3 inch, và robot có thể vượt qua được.
Ở game năm đó, có hai chiến lược chính: Vượt qua miệng hố, hoặc không vượt qua, mà vươn tay (arm) qua để thực hiện nhiệm vụ.

Đầu tiên, đội cần xác định các yêu cầu cho hệ thống truyền động.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất của truyền động là khả năng cơ động.
Các yêu cầu khác có thể bao gồm tốc độ, độ bám, độ tin cậy (reliability), v.v.

Dựa trên các yêu cầu đã xác định, đội sẽ xem xét những loại truyền động phù hợp.
Nếu đội muốn vượt qua miệng hố, thì truyền động 4 bánh (4WD) hoặc 6 bánh (6WD) sẽ là thiết kế tối ưu. Nếu không cần vượt qua miệng hố, thì vẫn còn nhiều lựa chọn khác, chẳng hạn như truyền động toàn hướng (holonomic drivetrains).

Bước tiếp theo là lên ý tưởng các thiết kế thực tế.
Sẽ là một ý tưởng hay nếu nhiều học sinh cùng thiết kế các nguyên mẫu truyền động khác nhau, để đội có thể thử nghiệm và so sánh nhiều phương án.

Từ đó, đội có thể bắt đầu giai đoạn chế tạo và thử nghiệm nguyên mẫu (prototyping and testing). Các bài kiểm tra có thể bao gồm:

• Thời gian vượt qua miệng hố

• Thời gian di chuyển từ miệng hố đến trạm hạ cánh (lander)

• Tốc độ tối đa

• Khả năng cơ động, v.v.

Những bài kiểm tra đơn giản có thể được thực hiện thay cho những bài phức tạp.
Ví dụ: nếu dự kiến robot nặng 30 pound, đội có thể đặt một quả tạ (dumbbell) lên trên hệ truyền động để mô phỏng khối lượng thật, nhằm kiểm tra xem robot có thể vượt qua miệng hố một cách dễ dàng và ổn định hay không, đảm bảo robot không bị mắc kẹt ở mép hố.

Tiếp theo, phân tích kết quả và lặp lại (iterate).
Ví dụ, nếu độ hở gầm (clearance) quá thấp khiến robot bị kẹt một phần thời gian, thì cần nâng cao khung truyền động (drivebase) để khắc phục vấn đề.

Tuy nhiên, không nên thay đổi quá nhiều thứ cùng lúc — bạn chỉ nên thay đổi MỘT biến (one variable) mỗi lần, nếu không sẽ không biết chính xác yếu tố nào gây ra vấn đề mới nếu nó xuất hiện. Luôn cố gắng thay đổi từng biến một cách độc lập.

Lưu ý (Note):
Thường phải thử nhiều lần (multiple iterations) mới đạt kết quả tốt, vì vậy đừng nản lòng nếu lần thử thứ hai hoặc thứ ba chưa như mong đợi.

Nhiều đội có thể thực hiện hơn 10 lần lặp (iterations) cho các thiết kế bộ nạp (intake) để tinh chỉnh và đạt được hiệu suất tối ưu.
Dù số lần thử đó không được khuyến khích cho các đội mới,
hãy tự tin điều chỉnh từng yếu tố nhỏ một cách có kiểm soát để xác định và giải quyết vấn đề.

Thiết kế cuối cùng (Final implementation) có thể chỉ là phiên bản nâng cấp của nguyên mẫu, hoặc nếu bạn đã dùng vật liệu kém chất lượng / tạm thời (subpar/scrap materials) trong giai đoạn thử nghiệm, thì có thể thay thế bằng vật liệu bền hơn cho phiên bản hoàn thiện.