공학기초설계 WEEK 1

1. 공학기초설계 WEEK 1 September 2, 2013 박준홍 (토목환경공학과)

2. 과목소개 • 목표: PBL (Problem Based Learning)을 통한 공학적 설계의 기초개념 학습 • 전공 ABEEK 필수 (1학년) • 운영: 주 1시간 강의, 2 시간 토의/과제 • 과제 1: 스파게티 교량 만들기 (확정) • 과제 2: 협의 중 • 평가: 과제 점수 (70%) + 참여 (30%) • 지도교수: 박준홍 parkj@yonsei.ac.kr • 수업자료: 웹사이트 ebtl.yonsei.ac.kr

3. 조편성 • 자기소개 • 조편성

4. ENG1107 공학기초설계 The Bridge project- 1차 team project

5. 과제설명 스파게티면 모형 교량 하중 재하 실험 • 스파게티면을 이용한 모형 교량 설계 • 교량의 형태 및 구조는 자유 • 무게 : 500g이내, 길이 : 90cm이상 • 평가방법 : 1) 교량제작계획서 및 발표, 2) 실제 하중 재하, 3) 결과분석보고서 및 발표 4) 팀 회의록 (3차분)

6. 일정 • 발표자료의 형식 및 분량은 자유(해당 조의 생각을 자유롭게 표현) • 회의록 형식은 http://ebtl.yonsei.ac.kr참조 • 과제물은 해당 수업시간에 조교에게 제출 혹은 holyrood_@hotmail.com으로 전송

7. 참고사항 • 교량의 무게를 측정하기 위한 저울비치 - 9월 02일 ~ 10월 초순 : 토목환경공학과 과사무실 (양미선 선생님께 문의) • 실험 도구 및 재료 - 동등한 조건에서의 경쟁을 위하여 지급분 이외에는 개별구매 • 최종 평가 시 동일 하중을 버틴 경우 - 무게가 보다 가벼운 교량에 우선 순위 • 추가 문의 사항 : e-mail로 문의 (양지훈 : holyrood_@hotmail.com)

8. 제1장 서론;공학입문설계 (Introduction to Engineering Design)

9. 개요 • 공학(Engineering)의 정의 : `인류의 이익을 위해 과학적 원리를 응용하여 천연자원을 구조물, 기계, 제품, 시스템 그리고 공정으로 최적의 변환을 시키는 것이다` (Britannica 백과사전) • 공학설계(Engineering Design) : 시장의 필요를 만족시키는 제품개발과 연결된 과정 • 제품(Product) : 설계과정의 결과인 하나의 공작물

10. 공학설계의 속성 • 다분야간 연계된 과정 • 매우 복잡 • 창의성과 분석이 필요 • 상호 작용적 활동 • 반복되는 과정

11. 설계 • 설계활동은 창의적 문제해결과 제품설계를 위한 필수사항 창의적 문제해결을 위한 방법론

12. 공학설계의 단계 공학설계의 두 단계

13. 설계방법론 • 미국모델: • 개념설계와 제품설계로 구분 • 독일VDI(VDI2221): • 여러 단계로 나누고 각 단계마다 창조, 분석, 평가의 과정을 반복 • Pahl과 Beitz: • 문제정의, 개념설계, 구체설계, 상세설계의 4단계로 구분 • 유럽의 다른 나라: • 기초설계, 형식설계, 상세설계로 구분

14. 주요방법론의 비교 4가지의 주요 설계방법론

15. 왜 공학설계가 중요한가? 개방형문제(open problem) 혹은 잘 정의되지 않은 문제(ill-defined problem)의 해를 찾기 위해서 다른 모든 과목에서 배운 지식과 과학적 지식을 적용하고 지적인 능력을 종합적으로 사용하는 교육적 경험을 제공해 주기 때문이다.

16. 잘 정의되지 않은 문제(ill-defined Problem) • 문제의 명확한 정형화(formulation)가 없다. • 어떤 문제 정형화가 불일치성(inconsistency)을 형성할 수도 있다. • 문제의 정형화가 해에 의존적(solution dependent)이다. • 해결책을 제안하는 것이 문제를 이해하는 한 수단이다 • 문제에 대한 명확한 해결책이 없다.

17. 창의성 “현상을 다른 형태로 변경하여 경제성, 간편성, 기능성, 효율성, 안전성, 환경성 혹은 정서적인 측면 등 어떠한 측면에서든 새로운 가치 창출이나 개선이 이루어지는 것” 혁신: 창의적 아이디어로 개선이 이루어진 것 창의적 아이디어 창출: 우뇌활용, 예술가의 속성 분석적 능력: 좌뇌 활용, 과학자, 엔지니어의 속성 엔지니어의 창의성: 아이디어의 창출, 실행을 통한 새로운 제품의 개발, 또는 혁신 등

18. 공학문제 해결을 위한 과정(A) 문제의 정의 계획의 수립 창의적이어야 함 분야를 통합 수학적 모델의 개발 경제성 분석 타인과의 의사소통 학문적인 경험을 공학실습으로 변환

19. 창의적 문제 해결과정(B) 1. 문제정의 2. 아이디어 창출 3. 아이디어 분석 4. 아이디어 평가 5. 아이디어 실행 6. 문제해결

21. 창의성의 배양 창의성은 관심과 호기심에서 나온다 창의성은 적극적이고 긍정적인 사고에서 나온다 창의성은 유연하고 열린사고에서 나온다 창의성은 칭찬과 보상으로 자란다 창의성은 팀활동으로 증폭된다.

22. 창의적 문제해결을 위하여 필요한 능력 팀웤 의사소통능력 심적장애의 극복 시각화와 기억법 지능모형

23. 프로젝트의 계획 계획이란 프로젝트를 이루기 위한 업무를 확정하고 업무의 순서를 나열하는 것을 말한다. 일정을 잡는 것은 달력의 날짜에 맞추어 수행해야 할 업무를 나누어 날짜별로 할당하는 것을 뜻한다.

24. 프로젝트를 계획하기 위해 결정해야 할 일들 • 프로젝트의 목적 • 시작하는 날, 끝나는 날 혹은 중간에 중요한 날짜들 • 최종 목표를 달성하기 위해 수행되어야 할 업무들 • 각 업무 수행을 위하여 행해져야 할 일들 • 각 업무는 정확하게 정의되어져야 한다 • 각 업무 수행에 필요한 시간 • 업무의 수행순서

25. 계획과 일정을 잡는데 사용하는 방법 • 간단한 프로젝트 • Gantt chart (간트도표) • 복잡한 프로젝트 • Logic network method (논리네트워크법) • Critical path analysis:CPA (임계경로분석) • Program evaluation review technique : PERT (프로그램 평가기술)

26. 간트도표 • 수평축: 시간, 실제 달력의 날짜가 더 좋음 • 수직축: 수행하여야 할 업무 • 간단한 프로젝트에는 적합하나 복잡한 프로젝트에는 적합하지 않음

27. Logic network method (논리네트워크법) 개 개의 활동의 기간을 추정하는 방법은 다름 기간, 업무의 흐름방향, 프로젝트의 활동과 사건의 연결성을 표현하기위한 화살표와 원형 절점이 서로 연결되어 있는 네트워크를 사용 활동(activity): 프로젝트의 일부로서 프로젝트가 완성되기 위해 꼭 수행되어야 하는, 많은 시간이 소요되는 업무 사건(event): 한 활동이 끝나고 다른 활동이 시작되는 것. 즉 의사결정을 해야 하거나 한 업무의 종료를 의미함

28. 네트워크 논리도 (A Network logic diagram) • The critical path is the longest path through the network.

29. CPA나 PERT의 작성 • 행해져야 하는 모든 업무의 목록을 작성 • 각 활동을 시작하기 전에 행해져야 할 것을 결정 => 업무의 연결성을 정의 • 각 업무가 끝났음을 알려주는 사건의 규정 • 임계경로: 네트워크에서 가장 긴 경로 • 프로젝트를 끝낼 수 있는 최단의 시간을 결정

30. 문제의 정의 • 문제가 잘못 정의 된다면 얻어지는 해도 틀리게 될 것이다. • 개방형 또는 제대로 정의되지 않은 문제 • 애매하고, 설명도 부족하고 명확한 제한조건도 없으며 여러 가지의 해가 있는 문제 • 공학문제 • 제조, 서비스, 경제성의 모든 분야를 망라하여 정의되어져야 하는 문제

31. 종합 및 창의성 문제에 대한 윤곽을 잡는다 몇 개의 가능성 있는 해를 만듬 혁신적 독창성을 갖고 경제적 효율성이 높은 제품을 생산하는 기초가 되는 제품개념 창조의 능력은 분석적 능력보다 더 중요함 창조의 과정-완제품 성공과 최종 원가에 영향 큼

32. 분야 통합 • 공학교과의 모든 분야의 개념을 통합 • 설계 프로젝트를 통해 모든 공학과학과 순수과학 및 예술분야의 모든 개념을 통합하여야 함 • 설계자는 해방된 자유인! • 어떤것이 중요한지.., 수학적 가정은 적절한지.. • 선형 혹은 비선형인지 • 창의적 사고를 위한 도구와 경험을 얻을 수 있음

33. 의사소통 읽기, 기술문서 작성, 말하기, 듣기 + 도면 및 기타 도식 과 대인관계 포함 설계프로젝트과목은 다양한 의사소통 능력을 키워줄 것임 의사소통 기술은 제품의 개발과정에서 정기적으로 갖는 업무회의인 프로그램 검토나 설계검토에 관계 큼

34. 제품의 경제성 • 제품의 최종 원가는 대개의 경우 그 제품의 시장에서의 성공에 가장 중요한 영향을 미치는 요인이다. • 제품 원가의 영향요소 (영향 큰 순서로 나열) • 개념설계 • 제품설계 • 제조 • 재료

35. 원가의 영향요소

36. 의사소통 • 의사소통은 모든 산업분야에서 공학적 활동의 필수요건 임 • 설계과목: 말하고 쓰는 능력을 개발시켜야 함 • 정보를 분석 • 답변을 정리 • 명확하고 확실한 프로젝트보고서의 작성 • 상사에게 • 고객에게 • 효율적인 회의운영 • 상대방을 설득하고 남을 이해함

37. 공학설계와 팀 • 산업체에서는 보통 팀을 구성하여 일하며, 팀 구성원과 함께 일할 수 있는 능력은 전문성을 높이는데 중요한 기술이다. • 성공적인 팀웍을 위해서는 장단기 목표들이 반영된 작업일정이 필수적이다. • 주기적인 프로젝트회의가 필요 • 진척도(Progress)의 검토 • 문제(Problem)의 분석 • 제안사항(Proposal)의 작성

38. 설계-제작-시험 프로젝트 • 거치게 되는 사고과정 • 분산적 사고 – 창의성 • 수렴적 사고 - 분석 • 비유적 사고 – 비교, 대조, 평가 • 응용적 사고 – 이론적 원리의 실제적 응용

39. 팀 프로젝트 #1 창의적 문제 해결과정을 적용하여 다음 문제를 해결하라 5-6명씩 팀을 구성하라 문제: 일반버스에 골프 공이 몇 개가 들어갈지를 산정하시오. 이를 위한 논리적인 근거를 제시하시오 (답 보다 그 근거 제시가 더 중요함)

40. 팀 프로젝트 #2 창의적 문제 해결과정을 적용하여 다음 문제를 해결하라 5-6명씩 팀을 구성하라 문제: 북한강 지류에 하천 보다 1 미터가 높은 보를 건설하려고 한다. 홍수 기간에도 안전한 보가 되려면 어떠한 보조 구조물 (지하 혹은 지상)이 필요할까? 근거제시와 더불어 각 팀의 안을 제시하시오.