شما در حال خواندن درس مروری بر چند فرایند حل مسئله از بخش مقدمات طراحی و از  مجموعه‌ی طراحی مهندسی هستید.

روشها و ابزارهای حل مسئله

در این درس با تعدادی از رایج‌ترین روش‌ها و ابزارهای حل مسئله در طراحی آشنا می‌شوید. این روش‌ها با فرایندهای حل مسئله تفاوت دارند، چرا که فرایندها در مورد ترتیب انجام کارها و روش‌ها و ابزارها در مورد چگونگی انجام کارها هستند. مثلاً مطابق فرایند عمومی حلّ مسئله، ابتدا صورت مسئله تعریف می‌شود و بعداً با ارائه و ارزیابی چند راهکار در مورد بهترین گزینه تصمیم‌گیری می‌کنیم. اما چه روش‌ها و ابزارهایی برای تعریف صورت مسئله وجود دارد؟ چگونه ارزیابی‌ها را انجام می‌دهیم؟ راهکارهای پیشنهادی از کجا می‌آیند؟ پیشنهاداتی که در پاسخ به این سؤالات ارائه می‌شوند، همان روش‌ها و ابزارهای حل مسئله هستند که در این درس با تعدادی از آن‌ها آشنا می‌شوید.

نکاتی در مورد روش‌های حل مسئله

 با توجه به بزرگنمایی بعضی دوره‌ها و کارگاه‌های آموزشی از روش‌های حل مسئله و شباهت ظاهری عنوان درس‌مان با بعضی موضوعات دیگر، ناگزیریم که پیش از معرفی روش‌ها، ابتدا پاره‌ای از نکات مهم را مرور کنیم.

۱٫ روش‌ها و ابزارهای حل مسئله ممکن است عمومی یا اختصاصی باشند. روش‌های عمومی می‌توانند به حلّ مسائلی از حوزه‌های مختلف کمک کنند، اما روش‌های اختصاصی فقط برای حل نوع خاصی از مسائل به کار می‌روند. مثلاً روش‌های طوفان فکری جنبه‌ی عمومی دارند و می‌توانند برای پیدا کردن نام مناسب برای یک کارخانه، تصمیم‌گیری در مورد برنامه‌های بازاریابی یا تعیین ویژگی‌های محصول در طراحی مورد استفاده قرار بگیرند، اما دیاگرام ارتباط فضا ابزاری اختصاصی برای طرح‌ریزی المان‌های کارخانه است.

۲٫ در درس جایگاه تصمیم‌گیری و حل مسئله در طراحی به صورت قراردادی، فرایندهای تصمیم‌گیری و حل مسئله را از هم جدا کردیم و به همین علت، ابزارها و روش‌های تصمیم‌گیری و حل مسئله را هم باید جداگانه بررسی کنیم. یادآوری می‌کنیم که روش‌های حل مسئله برای ایده‌پردازی و ایجاد راهکار، و روش‌های تصمیم‌گیری برای ارزیابی گزینه‌ها و انتخاب بهترین گزینه به کار می‌روند.

۳٫ روش‌ها و ابزارهای بسیار زیادی برای حل مسئله وجود دارد، طوری که گاهاً در شرایط مشابه می‌توانیم از چندین ابزار یا روش مختلف استفاده کنیم و ضمناً بسیاری از طراحان از روش‌های کاملاً ابتکاری و منحصر به فرد استفاده می‌کنند. با این اوصاف روشن است که تعداد نامحدودی از این روش‌ها و ابزارها وجود دارد و نمی‌توانیم با همه‌ی آن‌ها آشنا شویم. از سوی دیگر، یک طراح حرفه‌ای لازم نیست که با همه‌ی این ابزارها آشنا باشد، چرا که اولاً بسیاری از آن‌ها شبیه یکدیگر هستند و امتیاز ویژه‌ای نسبت به یکدیگر ندارند، دوماً بسیاری از آن‌ها در حدّ بدیهیات هستند و طراحان بی‌نیاز از آموزش، مشابه‌شان را استفاده می‌کنند (مثل نگاشت ذهنی که تقریباً همه‌ی ما از کودکی، مشابه آن را انجام داده‌ایم).

با در نظر گرفتن این نکات، در ادامه‌ با تعدادی از رایج‌ترین روش‌ها و ابزارهای حل مسئله در طراحی آشنا می‌شوید.

روش‌های مبتنی بر جمع‌آوری و پردازش داده‌ها و اطلاعات

به جرأت می‌توان گفت که در دنیای مهندسی، بسیاری از راهکارها با کمک جمع‌آوری و پردازش اطلاعات به دست می‌آیند. روش‌هایی که در این قسمت اشاره می‌کنیم، از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند و از طراحان انتظار می‌رود که نحوه‌ی انجام‌شان را بدانند.

جمع‌آوری اطلاعات (Information Gathering)

برای حل مسئله، از تعیین ویژگی‌های محصول گرفته تا کشف و ارزیابی و انتخاب راهکارها به اطلاعات نیاز است و به همین علت بعضی از اساتید طراحی، مثل جورج دیتر، جمع‌آوری اطلاعات را یکی از مراحل اصلی حل مسئله می‌دانند. با توجه به ضرورت جمع‌آوری اطلاعات در طراحی و نادیده گرفته شدن آن توسط طراحان کم تجربه، درس مفصلی در مورد آن آماده کرده‌ایم که شامل موارد زیر است:

مراجعه به منابع کتابخانه‌ای

جستجو در منابع اینترنتی

مطالعه‌ی استانداردها

مطالعه‌ی گواهینامه‌های ثبت اختراع (پتنت‌ها)

منابع وابسته به نهادهای عمومی

استفاده از خدمات مشاوران و کارشناسان

ارتباط با تشکل‌های تخصصی

مراودات فردی و سازمانی

شاید با دیدن عناوین بالا تصور کنید که نیازی به توضیحات تکمیلی نیست و مشکلی با جمع‌آوری اطلاعات نخواهید داشت، با این حال توصیه می‌کنیم که درس جمع‌آوری اطلاعات طراحی را مطالعه کنید تا عملکرد بهینه‌تری در پروژه‌های طراحی داشته باشید و چرخ را از نو اختراع نکنید.

محاسبات و تحلیل‌های مهندسی

معمولاً بخشی از مسائل طراحی می‌توانند با استفاده از اصول و نظریات مهندسی و روابط ریاضی (مثل روابط میان متغیرها) حل شوند، مثلاً برای طراحی یک فنر یا شفت (که تمام یا بخشی از سیستم مورد نظرمان هستند) می‌توانیم از روابط و نظریات موجود در منابع طراحی اجزا استفاده کنیم یا برای انتخاب پیچ مناسب، مقدار و جهت نیروهایی که به آن‌ها وارد می‌شود را محاسبه کنیم.

همچنین گاهاً برای حل مسائل، سیستم‌های موجود (مثل طراحی‌هایی که قبلاً انجام شده است، یا محصولاتی که رقیبان به بازار عرضه کرده‌اند) را تجزیه و تحلیل می‌کنند تا اولاً ایده‌هایی که در به کار رفته است را مجدداً استفاده کنند و دوماً از آن‌ها برای کشف راهکارهای جدیدتر و مناسب‌تر ایده بگیرند. مثلاً کسی که می‌خواهد یک دستگاه تراش طراحی کند، بهتر است در درجه‌ی اول، دستگاه‌های موجود در بازار را بررسی کند تا بخشی از مشخصات دستگاه‌شان (مثل نحوه‌ی انتقال قدرت و نگه داشتن قطعه کار و نصب ابزار) از آن‌ها الگوبرداری شود. همچنین می‌تواند با شناسایی نقاط ضعف این دستگاه‌ها (مواردی مثل دقت پایین، قیمت زیاد، وزن سنگین) به دنبال راهکارهایی برای بهینه‌تر شدن آن‌ها و به دست آوردن مزیت رقابتی باشد.

امروزه، نرم‌افزارهای تحلیلی و محاسباتی زیادی برای کارکردهای مختلف ارائه شده‌ که انجام محاسبات و تجزیه و تحلیل‌های پیچیده را آسان کرده‌اند، مثلاً مجموعه‌ی نرم‌افزاری ANSYS می‌توانند برای شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل مکانیکی جامدات و سیالات مورد استفاده قرار بگیرند یا نرم‌افزار MATLAB می‌تواند به حلّ بسیاری از معادلات ریاضی، مسائل بهینه‌سازی و شناسایی ارتباط متغیرها کمک کند.

مطالعه‌ی سیستم‌های موجود در طبیعت

بسیاری از مسائل بشر، قبلاً در طبیعت حل شده‌اند و به همین علت از گذشته تا به حال، الگوبرداری از سیستم‌های طبیعی یکی از روش‌های مهم حل مسئله بوده است. به عنوان مثال برای حلّ مسائل بهینه‌سازی دشوار (که جواب مشخصی ندارند)، الگوریتم‌هایی بر اساس رفتار مورچه‌ها و زنبورها و ملخ‌ها طراحی شده است یا طرح اولیه‌ی هواپیما و هلیکوپتر (و حتی طرح‌های جدید آن) با الگوبرداری از پرندگان و حشرات به دست آمده است. بر این اساس، یک طراح خلاق برای حل مسائل پیچیده باید نگاهی کاوشگر داشته باشد تا شاید راهکار مناسب را در طبیعت پیدا کند و سریع‌تر به جواب برسد، علی‌الخصوص که راهکارهای موجود در طبیعت نتیجه‌ی هزاران سال آزمون و خطا و تکامل تدریجی هستند.

مدل‌سازی و آزمایش

مدل‌سازی از شرایط مسئله و انجام آزمایش‌، یکی از متداول‌ترین روش‌های حلّ مسائل مهندسی است که گاهاً به راهکارهای کارآمدی منتهی می‌شود، مثلاً برای طراحی یک قطعه‌ی ماشینکاری می‌توانیم ابتدا آن را در نرم‌افزارهایی مثل کتیا یا سالیدورک مدل‌سازی کرده و سپس با شبیه‌سازی فرایند تولید از اثربخشی طرح اطمینان حاصل کنیم و اگر نتیجه‌بخش نبود، با آزمون و خطا تلاش کنیم که به یک راهکار کاربردی و قابل استفاده تبدیل شود. همچنین برای طراحی یک مجموعه‌ی مونتاژی، می‌توانیم تمام تصورات ذهنی‌مان را در محیط‌های نرم‌افزاری پیاده‌سازی کرده و از همان ابتدا هندسه‌ی قطعات را طوری تنظیم کنیم که به خوبی در کنار یکدیگر قرار بگیرند.

با وجود پیشرفت چشمگیر نرم‌افزارهای مهندسی، کماکان برای حل بسیاری از مسائل مهندسی از آزمایش‌های فیزیکی استفاده می‌شود، مثلاً از ایستگاه‌ کاری و کارگران ماکت می‌سازند تا حالت‌های مختلف چیدمان آزمایش شود و اقتصادی‌ترین و ایمن‌ترین و کارآمدترین لی‌اوت را انتخاب کنند، یا در پروژه‌ی طراحی یک زیردریایی یا کشتی ممکن است نمونه‌های کوچک‌تر و ساده‌تری از آن را بسازند تا مورد ارزیابی قرار بگیرد. همچنین طراحان قالب‌های فلزی، معمولاً در پروژه‌های پیچیده مجبور می‌شوند که بخشی از جزئیات قالب را پس از آزمون و خطاهای مکرر طراحی کنند تا نهایتاً قطعه‌ی دلخواه به دست آید و از اتفاقاتی مثل چروکیدگی، پارگی یا نازک‌شدگی ورق جلوگیری شود.

روش‌ها و ابزارهایی برای ایده‌پردازی خلاقانه

حل بسیاری از مسائل متداول و استاندارد مهندسی، نیاز چندانی به خلاقیت و ایده‌پردازی ندارد و با تکیه بر روش‌های استدلالی (مثل آن چه در بخش قبل گفتیم) به نتیجه می‌رسد. با این حال، گاهی مسائل جدیدی طرح می‌شود که راهکارشان مشخص نیست، یا شاید طراحان برای یک مسأله‌ی تکراری در جستجوی راهکارهای جدیدتر و بهینه‌تر باشند که در چنین مواردی برای حل مسئله از روش‌ها و ابزارهای ایده‌پردازی خلاق استفاده می‌شود. با توجه به این که قبلاً تعدادی از مهم‌ترین این روش‌ها و ابزارها را در کارگاه ایده‌پردازی معرفی کرده‌ایم، در این بخش به پاره‌ای توضیحات اجمالی بسنده خواهیم کرد.

طوفان فکری (Brainstorm)

طوفان فکری به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که موانع خلاقیت را کنار می‌زنند تا ذهن برای ایجاد ایده‌های مختلف تحریک شود و طوفانی از ایده‌ها را به وجود آورد. بر خلاف آن چه تصور می‌شود، اولاً طوفان فکری یک روش مشخص و دقیق نیست و به روش‌های مختلفی می‌تواند انجام شود و دوماً الزاماً به صورت گروهی نیست و بعضی از انواع آن به صورت انفرادی قابل انجام است. البته معمولاً وقتی از طوفان فکری صحبت می‌شود، منظور همان نوع گروهی آن است که اولین بار توسط اوسبورن معرفی شد و امروزه با سناریوهای مختلف اجرا می‌شود.

برای مطالعه‌ی بیشتر و یادگیری نحوه‌ی اجرای طوفان فکری گروهی (روش کلاسیک) به درس طوفان فکری چیست و چگونه انجام می‌شود؟ مراجعه کنید.  همچنین تعدادی از روش‌هایی که در ادامه‌ی این درس معرفی می‌کنیم، نوعی ابزار طوفان فکری به حساب می‌آیند که می‌توانید فهرست کامل‌ترشان را در درس معرفی رایج‌ترین تکنیک‌های طوفان فکری مشاهده کنید.

قوانین اسکمپر (Scamper)

قوانین اسکمپر مجموعه‌ای از هفت عینک مختلف است که اگر با آن‌ها به مفاهیم و المان‌ها و ایده‌ها نگاه کنیم، احتمالاً راهکارهای جدید و خلاقانه‌ای به ذهن‌مان می‌رسد. این هفت عینک عبارتند از جایگزینی (S)، ترکیب (C)، هماهنگی (A)،  اصلاح (M)، وارونه‌سازی (P)، حذف (E) و کشف کاربردهای دیگر (R). به عنوان مثال اگر محصول‌مان یک خودکار باشد و از این هفت دریچه به آن نگاه کنیم، سؤالات زیر قابل طرح است:

با نگاه جایگزینی (مثال اول): کدام یک از اجزای خودکار (مثل جوهر، مغز خودکار، بدنه یا درپوش) قابل جایگزین شدن است؟ مثلاً شاید بتوانیم جای جوهر از ماده‌ی جایگزین دیگری استفاده کنیم.

با نگاه ترکیب (مثال اول): چگونه می‌توانیم اجزای خودکار (مثل جوهر، مغز خودکار، بدنه یا درپوش) را با هم ترکیب کنیم؟ مثلاً شاید بتوانیم کاری کنیم که مغز خودکار و جوهر آن ادغام شوند و جدا از هم نباشند.

با نگاه ترکیب (مثال دوم): چگونه می‌توانیم ایده‌ی مداد نوکی (اتود) و خودکار را ترکیب کنیم؟ مثلاً شاید بتوانیم کاری کنیم که مغزی خودکار، مثل نوک در مداد نوکی، قابل جایگزین کردن باشد.

با نگاه هماهنگ یا سازگار کردن: چگونه می‌توانیم خودکاری طراحی کنیم که قابل استفاده روی سطوح شیشه‌ای باشد؟ (با سطوح شیشه‌ای سازگار باشد) مثلاً شاید بتوانیم با تغییراتی در جوهر و نوک خودکار، کاری کنیم که نوشتن روی شیشه امکان‌پذیر شود.

با نگاه اصلاح کردن: چگونه می‌توانیم جوهر خودکار را طوری اصلاح کنیم که قابل پاک کردن با پاک‌کن باشد؟ شاید بتوانیم این قابلیت را با ایجاد تغییراتی در جوهر محقق کنیم.

با نگاه حذف کردن (مثال اول): چگونه می‌توانیم مغزی خودکار را حذف کنیم؟ پاسخ این سؤال قبلاً داده شده است و خودکارهایی ساخته‌اند که جوهر به جای قرار گرفتن در مغزی خودکار، داخل یک محفظه انباشته می‌شود.

با نگاه حذف کردن (مثال دوم): کدام اجزای خودکار را حذف کنیم تا قیمت آن به حدأقل برسد؟ حذف درپوش خودکار می‌تواند یکی از گزینه‌هایمان باشد. (ظاهراً بعضی خودروسازان علاقه‌ی خاصی به این عینک دارند)

با نگاه وارونه‌سازی: چه کار کنیم که مشتریان تمایلی به استفاده از محصول‌مان نداشته باشند؟ مثلاً اگر عمر خودکارمان کوتاه باشد یا موقع نوشتن، انگشتان را اذیت کند، مشتریان تمایلی به استفاده از آن نخواهند داشت. در نتیجه تلاش می‌کنیم که طرح‌مان تا حد امکان از این اشکالات دور بماند.

برای یادگیری دقیق‌تر روش اسکمپر و مشاهده‌ی مثال‌های بیشتر (در حوزه‌ی کسب‌وکار و بازاریابی) به درس قوانین اسکمپر مراجعه کنید.

روش ارتباط اجباری (Forced Association)

روش ارتباط اجباری برای جلوگیری از همگرا شدن ایده‌ها و دستیابی به راهکارهای خلاقانه استفاده می‌شود. به این منظور، یک شخص یا تعدادی از افراد تلاش می‌کنند که میان چند مفهوم، المان یا ایده‌ی مختلف ارتباط برقرار کنند و به این ترتیب احتمالاً راهکارهای خلاقانه‌ای به ذهن‌شان خطور می‌کند که در حالت عادی به ذهن نمی‌رسند. مثلاً اگر خودمان را مجبور کنیم که میان خودکار با جوراب و آدامس ارتباط برقرار شود، به ایدهایی مثل زیر می‌رسیم:

– همانطور که جوراب انعطاف‌پذیر است و شکل آن متناسب با شکل پا تغییر می‌کند، می‌توانیم خودکاری طراحی کنیم که شکل آن متناسب با انگشتان دست تغییر کند.

– همانطور که آدامس در طعم‌ها و اسانس‌های مختلفی تولید می‌شود، می‌توانیم خودکارهایی برای کودکان طراحی کنیم که جوهرشان بوی میوه می‌دهد.

برای مطالعه‌ی بیشتر در مورد این روش می‌توانید به درس تکنیک ارتباط اجباری مراجعه کنید.

معرفی چند ابزار دیگر

همانطور که گفتیم، بی‌شمار ابزار حل مسئله وجود دارد که فرصت یادگیری همه‌ی آن‌ها فراهم نیست. در درس تکنیک‌های طوفان فکری، به جز مواردی که در این بخش نوشتیم، تکنیک‌های زیر اجمالاً معرفی شده‌اند:

طوفان فکری دیجیتال یا الکترونیکی

دفتر خالی

نوشتار ذهنی کلاسیک

ایفای نقش

تابلوی ایده‌پردازی (پیاده‌روی فکری)

نوشتن آزاد

تمثیل یا آنالوژی

بهینه‌سازی فهرست المان‌ها

ابزارهای تصویرسازی و طبقه‌بندی برای حل مسئله

بعضی ابزارها مستقیماً برای کشف راهکار استفاده نمی‌شوند، اما به پیاده‌سازی افکار و طبقه‌بندی اطلاعات و ایده‌ها کمک می‌کنند و به این طریق در فرایند حل مسئله مؤثر هستند. در ادامه به دو مورد از این ابزارها اشاره کرده‌ایم.


نقشه ذهنی (Mind Map)

نقشه ذهنی، ابزار ساده‌ای برای نظم بخشیدن و طبقه‌بندی مسائل و ایده‌ها و مفاهیم است تا اولاً درکشان ساده‌تر شده و دوماً بررسی جوانب مختلف آن‌ها ساده‌تر باشد، به همین علت می‌تواند در مراحل تعریف مسأله و طراحی مفهومی مورد استفاده قرار بگیرد. مثلاً ممکن است ایده‌ای برای ساختن یک لیوان داشته باشیم و ملاحظات مختلفی به ذهن‌مان برسد که اگر به تکنیک نقشه‌ی ذهنی مسلط باشیم، به سادگی هر آن چه به ذهن‌مان می‌رسد را روی کاغذ پیاده می‌کنیم و ساماندهی و توسعه‌ی ایده‌‌مان آسان می‌شود. از آن جایی که توضیح بیشتر این ابزار بدون ارائه‌ی مثال امکان‌پذیر نیست، برای مطالعه‌ی بیشتر به درس نقشه‌ی ذهنی مراجعه کنید.

دیاگرام استخوان ماهی یا ایشیکاوا (Fish bone Diagram)

این ابزار به ساماندهی و تجزیه‌ی مسائل و مفاهیم پیچیده کمک می‌کند، طوری که ابتدا مسأله (یا ایده یا مفهوم) تعریف می‌شود (به صورت یک محور افقی) و سپس، عوامل مؤثر به شکل شاخه‌های فرعی به آن اضافه می‌شوند تا نهایتاً تصویری شبیه استخوان‌های ماهی به دست می‌آید. در فرایند طراحی، دیاگرام استخوان ماهی می‌تواند برای تعریف صورت مسأله، موشکافی چالش‌ها، شناسایی پارامترهای مؤثر (مثلاً در تنظیم فهرست الزامات)، ثبت ایده‌ها و نظرات دیگران، یا تجزیه و تحلیل ایده‌ها (صرفاً به عنوان یک ابزار نمایشی) مورد استفاده قرار بگیرد. برای آشنایی بیشتر با این ابزار به درس دیاگرام ایشیکاوا مراجعه کنید.

نمودار درخت اهداف

درخت اهداف، ابزاري است كه هم در حل مسأله و هم در تصميم‌گيري، به تجزيه‌ي اهداف‌مان به معيارهاي ساده‌تر و دقيق‌تر كمك مي‌كند. در حقيقت، يكي از ضروريات حل مسأله و تصميم‌گيري اين است كه اهداف‌مان را بشناسيم و معيارها را بر اساس آن‌ها تعيين كنيم، و نمودار درخت اهداف كمك شاياني به اين كار مي‌‌كند. براي آشنايي بيشتر با اين نمودار، مي‌توانيد به درس درخت اهداف (Objectives Tree) مراجعه كنيد.

معرفی چند منبع

برای مطالعه‌ی بیشتر در مورد مهارت‌ها و روش‌های حلّ مسأله می‌توانید در صورت داشتن حق اشتراک، کتاب‌های زیر را از کتابخانه‌ی ویکی‌تولید مطالعه کنید:

The Design Thinking Tool Box

Modeling and Problem Solving Techniques for Engineers

Problem Solving for New Engineers

Lean Problem Solving and QC tools for industrial Engineering

One hundred and one creative problem solving techniques

همچنین بسیاری از طراحان در پروژه‌هایشان از روش‌های TRIZ و QFD استفاده می‌کنند که به دلیل توضیحات مفصل‌شان از آن‌ها صرفنظر کردیم، اما در صورت تمایل می‌توانید این تکنیک‌ها را از منابع زیر مطالعه کنید:

Practical Manual of Quality Function Deployment

Simplified TRIZ

درس‌های "مقدمات طراحی" به ترتیب زیر هستند. برای ورود به درس مورد نظر روی عنوان آن کلیک کنید.
1- طراحی مهندسی چیست؟
2- فرایند طراحی و انواع آن
3- چرخه عمر محصول
4- تصمیم گیری، حل مساله و جایگاهشان در طراحی
5- فرایند حل مسأله
6- مروری بر روش‌ها و ابزارهای حل مسئله در طراحی
7- جمع‌آوری اطلاعات طراحی
8- مفاهیم و اصطلاحات مهم در تصمیم گیری
9- رایج‌ترین روش‌ها و ابزارهای ارزیابی در طراحی مهندسی
10- درخت اهداف
11- نمودار PUGH
12- فرایند تحلیل سلسله ‌مراتبی (AHP)

ورود به مجموعه‌ی طراحی مهندسی

ورود به برگه‌ی مقدمات طراحی