6주차

인공지능창의설계

1. 공학설계

1.1 공학설계의 정의

미국 ABET의 정의

필요한 것을 만들기 위해 시스템과 구성 요소 혹은 프로세스를 고안해내는 과정

한국 ABEEK의 정의

필요한 것을 만들기 위해 시스템 요소 및 프로세스를 고안하는 과정
즉, 원하는 목표에 부합하도록 기초 과학, 수학, 공학 등을 적용하여
다양한 자원을 가공하는 의사 결정 과정

1.2 공학설계란?

• 공학 설계의 결과물
  • 아이디어 스케치 : 아이디어를 계략적으로 설명하는 개념 설계도
  • 제품 도면 : 부품도, 조립도, 세부 서양서 등의 상세 설계도
  • 공학적 해석 결과 : 응력, 기구학적 매커니즘, 화학반응 등
  • 공정도 : 작업과 제조 과정을 알기 쉽게 나타낸 도면 (제작 방법, 제작 순서 등)
  • 시험 평가 보고서 : 시험 내용, 시험 결과 등
  • 품질보증서 : 제품의 품질이 일정 수준임을 보증하는 서류 (제품 규격, 시험 규격 등)

1.3 공학설계의 특징

• 공학설계는 여러 분야가 연계된 매우 유기적인 과정이다.
• 공학설계에는 창의성과 분석력이 필요하다.
• 공학설계에는 상호 의존적 반복 과정이 필요하다.
• 공학설계는 비구조화된 과정
• 공학설계는 개방적인 과정이다.

1.4 공학설계의 현실적 제한 조건

• 현실적 제한 조건

  구분	설명
  규격/표준	산업 규격 및 표준에 부합되는 설계 구성, 제작 또는 시험을 진행해야 함
  경제성	결과물은 주어진 재료의 원가를 고려했을 때 경제성이 있어야 함
  미학	제품의 미적 감각을 고려하여 설계 및 제작해야 함
  신뢰성/내구성	제품이 얼마나 견고한지, 고장률은 어느 정도인지 분석해야 함
  안전성	설계안에 따라 결과물을 만들 때 반드시 위험 요소, 위험성 등을 고려해야 함
  윤리/환경	결과물이 작업윤리와 사회윤리에 저촉되지 않는지 점검하고, 상용화되었을 때 환경에 미치는 영향을 평가해야 함

1.5 공학설계의 유형

설계 심도, 설계 수준, 설계 대상, 설계 단계로 구분할 수 있다.

설계 심도에 따른 구분

1. 개념 설계(Conceptual Design)
2. 상세 설계(Detailed Design)

설계 수준에 따른 구분

1. 적응 설계(Adaptive Design)
2. 개발 설계(Development Design)
3. 신규 설계(New Design)

설계 대상에 따른 구분

1. 시스템 설계(System Design)
2. 요소 설계(Element Design)

설계 단계에 따른 구분

1. 기초 설계(Basic Design)
2. 요소 설계(Element Design)
3. 종합 설계(Capstone Design)

2. 창의적 공학설계 프로세스

2.2 ABEEK의 공학설계 프로세스

• 한국공학교육인증원(ABEEK)의 5단계 공학설계 프로세스

  단계		설명
  1	목표설정	주어진 전공 주제에 대해 설계 목표를 설정하기 위한 자료를 조사하고 설계 목표로 결정함
  2	합성/설계	설계 목표에 따라 필요한 관련 기술을 조사, 분석하여 제작 가능한 설계도를 작성함
  3	분석	작성된 설계도를 분석하고 주요 부분에 대한 해석을 수행함
  4	구현/제작	필요한 부품을 직접 구입하여 프로토타입을 개발함
  5	시험/평가	시험 방법과 평가 기준을 설정하고, 필요한 계측 장비를 확보하여 시험한 결과를 평가함

2.3 다양한 공학 설계 프로세스

• 윌러스의 4단계설
  • 1926년 월러스가 인지과학에 기초하여 만든 것
• 이작센과 트레핑거의 CPS(Creative Problem Solving) 프로세스
  • 2004년 이작센과 트레핑거가 제안한 것
• FPSP의 6단계 프로세스
  • 창의성의 대가인 토런스 박사가 챵안한 미래 문제 해결 프로그램
• 가나자와공업대학의 5단계 프로세스
  • 공학설계 교육의 기초를 이루는 프로세스
• 미시간대학의 5가지 프로세스
• 스탠퍼드대학 D스쿨의 디자인 씽킹 5단계
  • 새로운 시각으로 세상을 바라보고, 예전에는 몰랐던 방식으로 문제를 생각하게 만드는 사람을 중심으로 마음가짐이자 문제를 해결하는 방법

2.4 창의적 공학 설계 프로세스란?

• 창의적 공학 설계 프로세스란?

  공학설계의 첫 단계인 문제 인식 단계와 창의적 발상 도구의 활용을 강조하는 의미에서 일반적인 공학설계 프로세스와 구분됨

• 공학설계의 범위
  • 넓은 의미에서의 공학설계는 문제 인식 단계부터 시작
  • 좁은 의미에서의 공학설계는 아이디어 실행 단계부터 시작

    -> 아이디어 실행의 세부 단계는 공학 분야별로 큰 차이가 있음

• 창의적 공학 설계 프로세스

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