กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมหมายถึงวิธีการที่วิศวกรสร้างและตรวจสอบความถูกต้องของการออกแบบผลิตภัณฑ์ กระบวนการ และระบบ รวมถึงกระบวนการตลอดวงจรชีวิต เช่น การผลิต การบำรุงรักษา และการพิจารณาเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน เช่น การรีไซเคิล การผลิตซ้ำ หรือการกำจัด มีคำอธิบายเกี่ยวกับกระบวนการนี้หลายรูปแบบ ไม่มีรูปแบบมาตรฐานเดียว แม้ว่าหลายแง่มุมจะสามารถระบุได้ในแนวทางการปฏิบัติของวิศวกรแต่ละคนและกระบวนการของบริษัทต่างๆ ไม่ว่าในบริบทใด กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมเป็นกระบวนการที่ทำซ้ำได้ – กิจกรรมและการตัดสินใจมักจะต้องได้รับการทบทวนหลายครั้งเมื่อมีข้อมูลใหม่เข้ามา – แม้ว่าสิ่งที่ได้รับการทำซ้ำและจำนวนครั้งอาจแตกต่างกันไป

บางวิธีในการอธิบายกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม ได้แก่ การดำเนินไปตามขั้นตอนหรือระยะต่างๆ กิจกรรมทางสังคมแบบร่วมมือที่เกี่ยวข้องกับผู้เข้าร่วมจำนวนมาก และ กระบวนการ ตัดสินใจซึ่งวิทยาศาสตร์วิศวกรรม วิทยาศาสตร์พื้นฐาน และคณิตศาสตร์ถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อทำการตัดสินใจอย่างเป็นระบบเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ที่กำหนดไว้ เนื่องจากกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมมีความซับซ้อนมากและขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ มุมมองแต่ละบุคคลจึงแสดงให้เห็นเพียงส่วนหนึ่งของปริศนาเท่านั้น แนวคิดสมัยใหม่แนะนำแนวทางแบบพหุภาคีโดยพิจารณามุมมองที่หลากหลายเพื่อพัฒนาความเข้าใจที่มั่นคงเกี่ยวกับกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม^{[ 1 ]}องค์ประกอบพื้นฐานของกระบวนการออกแบบได้แก่ การกำหนดวัตถุประสงค์และเกณฑ์ การสังเคราะห์ การวิเคราะห์ การสร้าง การทดสอบ และการประเมิน^{[ 2 ]}

แนวคิดของกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมนั้นแตกต่างจากแนวคิดของวิธีการทางวิศวกรรมและกรอบความคิดทางวิศวกรรม กระบวนการหมายถึงวิธีการที่งานวิศวกรรมดำเนินไปหรือควรดำเนินไปตามช่วงเวลา ผ่านขั้นตอนต่างๆ หรือผ่านชุดกิจกรรมต่างๆ ส่วนคำที่เกี่ยวข้องอย่างวิธีการทางวิศวกรรมและกรอบความคิดทางวิศวกรรมนั้น หมายถึงแนวทางที่เป็นระบบโดยทั่วไปที่วิศวกรใช้ในการแก้ปัญหา ดังนั้น ตัวอย่างเช่น วิธีการและกรอบความคิดทางวิศวกรรมสามารถนำมาใช้แก้ปัญหาที่ซับซ้อนในธุรกิจได้เช่นเดียวกับในงานวิศวกรรมเอง

กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมนั้นถูกอธิบายไว้ในแบบจำลองที่หลากหลาย ซึ่งใช้กรอบแนวคิดที่แตกต่างกัน คำศัพท์ที่ใช้ก็อาจมีความซ้ำซ้อนกันในระดับต่างๆ ซึ่งส่งผลต่อขั้นตอนต่างๆ ที่ถูกระบุไว้อย่างชัดเจน หรือถูกพิจารณาว่าเป็น "ระดับสูง" เทียบกับระดับรองในแบบจำลองใดๆ ก็ตาม แน่นอนว่าสิ่งนี้ใช้ได้กับขั้นตอน/ลำดับตัวอย่างใดๆ ที่กล่าวถึงในที่นี้ด้วยเช่นกัน

แบบจำลองตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมได้กำหนดขั้นตอนดังต่อไปนี้: การวิจัย การสร้างแนวคิด การประเมินความเป็นไปได้ การกำหนดข้อกำหนดการออกแบบ การออกแบบเบื้องต้น การออกแบบรายละเอียด การวางแผนการผลิตและการออกแบบเครื่องมือ และการผลิต [ ^{3 ] คน}อื่นๆ ตั้งข้อสังเกตว่า "ผู้เขียนที่แตกต่างกัน (ทั้งในเอกสารวิจัยและในตำราเรียน) กำหนดขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการออกแบบโดยมีกิจกรรมที่แตกต่างกันเกิดขึ้นภายในแต่ละขั้นตอน" จึงได้เสนอแบบจำลองที่ง่ายขึ้น/ทั่วไปมากขึ้น เช่นการกำหนดปัญหาการออกแบบเชิงแนวคิดการออกแบบเบื้องต้น การออกแบบรายละเอียด และการสื่อสารการออกแบบ [ ^{4 ] บท}สรุปอีกประการหนึ่งของกระบวนการ จากเอกสารการออกแบบทางวิศวกรรมของยุโรป ประกอบด้วยการชี้แจงงาน การออกแบบเชิงแนวคิด การออกแบบรูปธรรม การออกแบบรายละเอียด [ ^{5 ] (}หมายเหตุ: ในตัวอย่างเหล่านี้ แง่มุมสำคัญอื่นๆ เช่น การประเมินแนวคิดและการสร้างต้นแบบ เป็นส่วนย่อยและ/หรือส่วนขยายของขั้นตอนที่ระบุไว้หนึ่งขั้นตอนหรือมากกว่า)

ขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการออกแบบ (และแม้แต่ก่อนหน้านั้น) อาจเกี่ยวข้องกับการใช้เวลาจำนวนมากในการค้นหาข้อมูลและการวิจัย^{[ 6 ]} ควรพิจารณาถึงเอกสารที่เกี่ยวข้องที่มีอยู่ ปัญหาและความสำเร็จที่เกี่ยวข้องกับโซลูชันที่ มีอยู่ ต้นทุน และความต้องการของตลาด^{[ 6 ]}

แหล่งข้อมูลควรมีความเกี่ยวข้อง การวิศวกรรมย้อนกลับอาจเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพหากมีโซลูชันอื่น ๆ ในตลาด^{[ 6 ]} แหล่งข้อมูลอื่น ๆ ได้แก่ อินเทอร์เน็ตห้องสมุด ท้องถิ่น เอกสารของรัฐบาลที่มีอยู่ องค์กรส่วนบุคคลวารสารการค้าแคตตาล็อกของผู้ขาย และผู้เชี่ยวชาญ แต่ละคน ที่มีอยู่^{[ 6 ]}

การกำหนดข้อกำหนดด้าน การออกแบบ และการวิเคราะห์ข้อกำหนดซึ่งบางครั้งเรียกว่าการกำหนดปัญหา (หรือถือว่าเป็นกิจกรรมที่เกี่ยวข้อง) เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในกระบวนการออกแบบ^{[ 7 ]} ในอุตสาหกรรมบางประเภท และงานนี้มักจะดำเนินการพร้อมกับการวิเคราะห์ความเป็นไปได้ ข้อกำหนดด้านการออกแบบจะควบคุมการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการที่กำลังพัฒนาตลอดกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม ซึ่งรวมถึงสิ่งพื้นฐานต่างๆ เช่น ฟังก์ชัน คุณลักษณะ และข้อกำหนดต่างๆที่กำหนดขึ้นหลังจากประเมินความต้องการของผู้ใช้ ข้อกำหนดด้านการออกแบบบางประการ ได้แก่ พารามิเตอร์ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ความสามารถในการบำรุงรักษา ความพร้อมใช้ งาน และความ สามารถใน การทดสอบ^{[ 3 ]}

ในบางกรณี จะมี การศึกษาความเป็นไปได้ก่อน จากนั้นจึงจัดทำตารางเวลา แผนทรัพยากร และประมาณการสำหรับขั้นตอนต่อไป การศึกษาความเป็นไปได้เป็นการประเมินและวิเคราะห์ศักยภาพของโครงการที่เสนอเพื่อสนับสนุนกระบวนการตัดสินใจโดยจะระบุและวิเคราะห์ทางเลือกหรือวิธีการต่างๆ ในการบรรลุผลลัพธ์ที่ต้องการ การศึกษาความเป็นไปได้ช่วยจำกัดขอบเขตของโครงการเพื่อระบุสถานการณ์ที่ดีที่สุด หลังจากนั้นจะมีการจัดทำรายงานความเป็นไปได้ และดำเนินการทบทวนความเป็นไปได้ภายหลัง

วัตถุประสงค์ของการประเมินความเป็นไปได้คือการพิจารณาว่าโครงการของวิศวกรสามารถดำเนินการต่อไปในขั้นตอนการออกแบบได้ หรือ ไม่ โดยพิจารณาจากสองเกณฑ์ ได้แก่ โครงการต้องมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่สามารถทำได้จริง และต้องอยู่ภายในข้อจำกัดด้านต้นทุนการมีวิศวกรที่มีประสบการณ์และวิจารณญาณที่ดีเข้ามามีส่วนร่วมในส่วนนี้ของการศึกษาความเป็นไปได้เป็นสิ่งสำคัญ^{[ 3 ]}

การศึกษาแนวคิด ( การสร้างแนวคิด , การออกแบบแนวคิด ) มักเป็นขั้นตอนหนึ่งของการวางแผนโครงการ ซึ่งรวมถึงการสร้างแนวคิดและการพิจารณาข้อดีข้อเสียของการนำแนวคิดเหล่านั้นไปใช้ ขั้นตอนนี้ของโครงการดำเนินการเพื่อลดโอกาสเกิดข้อผิดพลาด จัดการต้นทุนประเมินความเสี่ยงและประเมินความสำเร็จที่เป็นไปได้ของโครงการที่ตั้งใจไว้ ไม่ว่าในกรณีใด เมื่อปัญหาหรือประเด็นทางวิศวกรรมได้รับการกำหนดแล้ว จะต้องระบุวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้สามารถพบได้โดยใช้ กระบวนการ สร้างแนวคิดซึ่งเป็นกระบวนการทางจิตที่สร้างแนวคิดขึ้นมา อันที่จริง ขั้นตอนนี้มักเรียกว่าการสร้างแนวคิดหรือ "การสร้างแนวคิด" เทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมีดังต่อไปนี้: ^{[ 3 ]}

• คำกระตุ้น – คำหรือวลีที่เกี่ยวข้องกับประเด็นที่กำลังกล่าวถึง จะถูกเอ่ยถึง จากนั้นจะมีการอ้างอิงถึงคำและวลีอื่นๆ ต่อไป
• การวิเคราะห์เชิงสัณฐานวิทยา – ลักษณะเฉพาะของการออกแบบที่เป็นอิสระจะถูกระบุไว้ในแผนภูมิ และมีการเสนอแนวทางแก้ไขทางวิศวกรรมที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละแนวทางแก้ไข โดยปกติแล้ว แผนภูมิเชิงสัณฐานวิทยาจะมาพร้อมกับภาพร่างเบื้องต้นและรายงานสั้น ๆ
• การสังเคราะห์ – วิศวกรจินตนาการว่าตนเองเป็นสิ่งนั้น และถามตัวเองว่า “ถ้าฉันเป็นระบบนี้ ฉันจะทำอย่างไร?” วิธีคิดนอกกรอบนี้อาจนำไปสู่ทางออกของปัญหาได้ หัวใจสำคัญของขั้นตอนการสร้างแนวคิดคือการสังเคราะห์ การสังเคราะห์คือกระบวนการนำองค์ประกอบของแนวคิดมาจัดเรียงอย่างเหมาะสม กระบวนการสร้างสรรค์แบบสังเคราะห์มีอยู่ในทุกการออกแบบ
• การระดมความคิด – วิธีการยอดนิยมนี้เกี่ยวข้องกับการคิดหาไอเดียต่างๆ โดยทั่วไปมักทำเป็นกลุ่มเล็กๆ และนำไอเดียเหล่านั้นมาปรับใช้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งเพื่อเป็นวิธีแก้ปัญหา

จากนั้นแนวคิดต่างๆ ที่เกิดขึ้นจะต้องผ่าน ขั้นตอน การประเมินแนวคิดซึ่งใช้เครื่องมือต่างๆ ในการเปรียบเทียบและวิเคราะห์จุดแข็งและจุดอ่อนของทางเลือกที่เป็นไปได้ต่างๆ

การออกแบบเบื้องต้น หรือการออกแบบระดับสูง (เรียกอีกอย่างว่าFEEDหรือการออกแบบพื้นฐาน) มักจะเชื่อมช่องว่างระหว่างแนวคิดการออกแบบและการออกแบบรายละเอียด โดยเฉพาะในกรณีที่ระดับของแนวคิดที่บรรลุได้ในระหว่างการระดมความคิดยังไม่เพียงพอสำหรับการประเมินอย่างเต็มที่ ดังนั้นในงานนี้ การกำหนดค่าระบบโดยรวมจะถูกกำหนด และแผนผัง แผนภาพ และเค้าโครงของโครงการอาจให้การกำหนดค่าโครงการเบื้องต้น (ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากตามสาขา อุตสาหกรรม และผลิตภัณฑ์) ในระหว่างการออกแบบรายละเอียดและการเพิ่มประสิทธิภาพ พารามิเตอร์ของชิ้นส่วนที่กำลังสร้างจะเปลี่ยนแปลง แต่การออกแบบเบื้องต้นจะมุ่งเน้นไปที่การสร้างกรอบทั่วไปเพื่อสร้างโครงการ^{[ 3 ]}

S. Blanchard และ J. Fabrycky อธิบายไว้ว่า: “‘อะไร’ ที่เป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบเชิงแนวคิด จะก่อให้เกิด ‘อย่างไร’ จากความพยายามในการประเมินการออกแบบเชิงแนวคิดที่นำไปใช้กับแนวคิดการออกแบบเชิงแนวคิดที่เป็นไปได้ ต่อมา ‘อย่างไร’ เหล่านั้นจะถูกนำไปสู่การออกแบบเบื้องต้นผ่านทางข้อกำหนดที่กำหนดไว้ ในขั้นตอนนี้ ‘อย่างไร’ เหล่านั้นจะกลายเป็น ‘อะไร’ และขับเคลื่อนการออกแบบเบื้องต้นเพื่อแก้ไข ‘อย่างไร’ ในระดับที่ต่ำกว่านี้”

หลังจากขั้นตอน FEED แล้ว จะเข้าสู่ขั้นตอนการออกแบบรายละเอียด (วิศวกรรมรายละเอียด) ซึ่งอาจรวมถึงการจัดหาวัสดุด้วย ขั้นตอนนี้จะอธิบายรายละเอียดในแต่ละด้านของโครงการ/ผลิตภัณฑ์อย่างครบถ้วนผ่านการสร้างแบบจำลอง 3 มิติการเขียนแบบและข้อกำหนดต่างๆ

โปรแกรม การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) ทำให้ขั้นตอนการออกแบบโดยละเอียดมีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวอย่างเช่น โปรแกรม CAD สามารถเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อลดปริมาตรโดยไม่กระทบต่อคุณภาพของชิ้นส่วน นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณความเค้นและการเคลื่อนที่โดยใช้วิธีองค์ประกอบจำกัดเพื่อกำหนดความเค้นตลอดทั้งชิ้นส่วน^{[ 8 ]}

การวางแผนการผลิตและการออกแบบเครื่องมือประกอบด้วยการวางแผนวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์จำนวนมากและควรใช้เครื่องมือใดใน กระบวนการ ผลิตงานที่ต้องดำเนินการในขั้นตอนนี้รวมถึงการเลือกวัสดุ การเลือกกระบวนการผลิต การกำหนดลำดับการดำเนินงาน และการเลือกเครื่องมือ เช่น จิ๊ก ฟิกซ์เจอร์ เครื่องมือตัดโลหะ และเครื่องมือขึ้นรูปโลหะหรือพลาสติก งานนี้ยังเกี่ยวข้องกับ การ ทดสอบต้นแบบ เพิ่มเติม เพื่อให้แน่ใจว่าเวอร์ชันที่ผลิตจำนวนมากตรงตามมาตรฐานการทดสอบคุณสมบัติ^{[ 3 ]}

กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมมีความคล้ายคลึงกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์อยู่ บ้าง ^{[ 9 ]}ทั้งสองกระบวนการเริ่มต้นด้วยความรู้ที่มีอยู่ และค่อยๆ เจาะจงมากขึ้นในการค้นหาความรู้ (ในกรณีของวิทยาศาสตร์ "บริสุทธิ์" หรือวิทยาศาสตร์พื้นฐาน) หรือวิธีการแก้ปัญหา (ในกรณีของวิทยาศาสตร์ "ประยุกต์" เช่น วิศวกรรม) ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกระบวนการทางวิศวกรรมและกระบวนการทางวิทยาศาสตร์คือ กระบวนการทางวิศวกรรมมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้ความคิดอย่างเป็นระบบเพื่อใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์ ในขณะที่กระบวนการทางวิทยาศาสตร์เน้นการอธิบาย การทำนาย และการค้นพบ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์อาจนำไปใช้ในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมในภายหลัง

กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมและวิธีการที่เกี่ยวข้องได้รับการสอนในมหาวิทยาลัยทั่วโลก รวมถึง (แต่ไม่จำกัดเฉพาะ) มหาวิทยาลัยที่มีหลักสูตรวิศวกรรมที่ได้รับการรับรองจาก ABET หรือ Washington Accord

• วิทยาศาสตร์ประยุกต์
• การออกแบบอัตโนมัติด้วยคอมพิวเตอร์
• วิศวกรออกแบบ
• การวิเคราะห์ทางวิศวกรรม
• การเพิ่มประสิทธิภาพทางวิศวกรรม
• วิศวกรรมอุตสาหกรรม
• การพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่
• กระบวนการวิศวกรรมระบบ
• แบบจำลองทดแทน
• วิศวกรรมแบบดั้งเดิม

• "เกณฑ์การรับรองหลักสูตรวิศวกรรมศาสตร์ คณะกรรมการรับรองวิศวกรรมศาสตร์" (PDF) ABET
• อุลล์แมน, เดวิด จี. (2009) กระบวนการออกแบบทางกล, แมคกรอว์ฮิลล์, ฉบับที่ 4, ISBN 978-0072975741
• เอ็กเกิร์ต, รูดอล์ฟ เจ. (2010) การออกแบบทางวิศวกรรม ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง สำนักพิมพ์ไฮพีค เมริเดียน ไอดาโฮISBN 978-0131433588