Content-based design engineering thinking : in the search for approach

Abstract

Tuoko kognitiotiede uuden näkökulman insinöörien suunnittelun ja ajattelun tutkimiseen? Insinöörien ajatteluprosessien parempi ymmärtäminen on DI Kalevi Nevalan tutkimuksen teema. Sen kautta hän etsi uutta tapaa todellisten suunnitteluprosessien ymmärtämiseen. - Ongelmana on ihmisen ajattelun tutkimisen vaikeus, Nevala myöntää.Tutkimuksessa esitetyllä uudella sisältöperusteisella lähestymistavalla on mahdollista ymmärtää paremmin suunnitteluajattelua ja täyttää käytännössä havaittu kuilu perinteisten suunnittelumenetelmien ja todellisen insinöörien ajattelun välillä. Perinteiset menetelmät ovat pääosin intuitiivisesti rakennettuja tai ne pyrkivät selittämään suunnittelun kulkua abstraktioista lähtien. Sisältöperusteinen tutkimus sen sijaan pyrkii ymmärtämään suunnitteluprosessia insinöörien ajattelun todellisten sisältöelementtien perusteella.Ehdotus uudesta lähestymistavasta pohjautuu empiiriseen tutkimukseen, joka tehtiin teollisen innovaatioprosessin etenemisestä: Valmet/Metso paperikoneiden SymBelt-puristinkonseptin kehittämisestä vuosina 1983 - 2003. Teolliset innovaatioprosessit ovat pitkäjänteisiä. Ne saattavat kestää jopa vuosikymmeniä huolimatta siitä, että taloudellisista ja kilpailullisista syistä innovaatiosyklejä halutaan jatkuvasti lyhentää. Pitkän suunnitteluprosessin tutkiminen on mahdollista ainoastaan rekonstruktiivisella menetelmällä. Ajantasainen tarkkailu on mahdotonta ja laboratoriomittakaavan tutkimukset eivät kerro paljoakaan pitkän aikavälin ajattelusta.Tutkimuksessa esitetty rekonstruktiivinen lähestymistapa sisältää kolme tasoa: todelliset koneissa tapahtuneet muutokset, suunnitelmien eteneminen ja osallistuneiden insinöörien haastattelulausunnot. Näiden kolmen tason kokonaisuus muodostaa tieteellisen aineiston, jonka pohjalta todellista suunnittelua voidaan selittää ja tulkita. Yksi esimerkki tulkinnoista on neljän ajatteluvaiheen malli: ajattelu käynnistyy ristiriidattomaksi koetun mentaalisen tai mielessä olevan representaation omaksumisella ja jatkuu lähes automaattisella uudelleen rakentamisen vaiheella, jossa tunnistetaan muistissa olevan kokemustiedon pohjalta representaatioon sisältyvät mahdolliset ristiriitaisuudet. Kolmas vaihe on reflektio, jossa etsitään uusia ratkaisuja tunnistettujen ristiriitaisuuksien korjaamiseksi. Lopulta ajattelun konstruktiivinen moodi yhdistää ajattelun sisältöelementit uudeksi ristiriidattomaksi representaatioksi. Ratkaisu on syntynyt. Tutkimuksessa on myös tarkasteltu sisältöperusteisen lähestymistavan edellytyksiä edistää luovuuden ja suunnitteluajattelun organisatoristen ulottuvuuksien tutkimusta. Tämä tutkimus luo pohjaa sisältöperusteiselle suunnittelututkimukselle.

This dissertation is a search for a new approach to real-life design engineering processes. The approach is based on the fact that thinking processes of individual engineers are the central perpetuating force of engineering design. However, investigating human mind is very difficult. Main thesis in this dissertation is that approaching thinking through the real content elements could help us to understand design engineering thought processes more thoroughly. The commonly noticed gap between traditional design engineering research methodology and real-life thinking could be filled. Traditional approaches have been mostly intuitive or based on top-down approach from abstract level. A new content-based approach could improve the research and practice of design engineering. The thesis is based on a thorough empirical investigation of a large scale industrial innovation process: the development of Valmet/Metso SymBelt press since 1983. Time span of industrial innovations are long despite the commercial and competition requirements for accelerating the innovation cycles of industry. Investigating a long-lasting design engineering process necessitates reconstructive approach. On-line monitoring is impossible and laboratory scale observations are insufficient for revealing long thinking processes. Reconstructive approach recommended in this dissertation entails reconstruction on three levels: the real change in machines, progression of the plans and interview statements of the participating people. Integration of these three levels provides the empirical material for explaining and interpreting design engineering thinking. This dissertation presents some examples of the empirical data gathered and explanations and interpretations for it. One example of the interpretation is the four mode model of thinking: it starts from a self-consistent mental representation produced by the apperception process and advances through restructuring and reflection to integrating a new consistent mental representation through the constructive mode of thinking. The modes of thinking are not necessarily chronological. They can overlap or are nested within each other. Understanding the true nature of creativity and the organizational dimensions of design engineering thinking are also discussed. This dissertation forms the base for a content-based design analysis.