樂高玩工程 – Learn Engineering with LEGO®

樂高裡的工程體驗

Play the Role of Engineer via Lego

工程會有施工圖,樂高的組合其實很像是工程的建造過程,樂高的說明書也就是樂高建造時的施工圖。樂高積木的說明書非常精美清晰,針對難以圖示完整說明的部分,也會有清楚的指示,但使用時也不是不會看錯或做錯,一則讀說明書時要有基本程度的3D圖像識別能力,二則動輒百頁的說明書,常常不小心就漏了重要步驟,下圖是 #42130 — BMW M 1000 RR 的說明書,組裝步驟的圖面標註非常清楚。

樂高玩工程-說明書
#42130 說明書內頁
樂高玩工程-說明書
#42130 說明書內頁

樂高組合過程做錯或漏了步驟,常常不是再補回那個步驟就好,而是要大費周章的拆除重來才能修復,而且樂高給的零件就是剛好符合需要,只有少數細小零件會多給一兩個(通常是一個),無視錯誤的步驟有時會給後面的組裝帶來大麻煩,這也正是工程施作過程的重要一環。

樂高玩工程-說明書
需要的時候說明書會提供 2D 視圖輔助 3D

樂高說明書幾乎不使用文字,和工程圖說有時會以「文」輔「圖」的情況很不一樣,但以工程施作的角度來看,清楚的圖示還是最重要,樂高說明書可以讓一個零件就是一個步驟,甚至沒增加任何零件,一個動作就是一頁說明書。

除了組裝說明書,感觸最深的是零件的類別和細節,每個小零件都充滿從製造到組裝的細節,這些細節都是工程優化後的呈現。

樂高組裝與工程思維

讓我成功的其實是工程思維 – Elon Musk

樂高玩工程的重點是從組樂高的過程中認識工程學和培養工程思維。Tesla 電動車從需求、構想到成品的過程就是工程學的最佳典範之一,曾有文章介紹 Tesla 的工廠和生產流程,就是效法樂高的組裝,有興趣可以去搜尋「Tesla 超級工廠」。

我們從廣告或包裝盒看到的 LEGO 是一個透過設計創作的成品,LEGO 設計師是參考說明書來創作的嗎?我想應該不是,LEGO 創作和所有產品設計一樣,過程是不斷的嘗試、重組。只是最後必須把成品組合過程變成可以按圖操作的步驟,這轉換過程就必須有個具「工程思維」的設計師或工程師來處理,藉由組裝樂高體驗嚴謹的組裝步驟就是工程思維的最佳學習過程。

譬如我們組一台樂高交通工具,交通工具設計通常是左右對稱,我認為設計師在原型設計時,應該是從對稱的思考與試做開始,有可能是先完成整個外部造型,若需要加裝一個中間的活動機構或物件時,再把已經裝好一側的零件先拆卸,然後組回去,但說明書一定是「按著步驟」,先裝單側,然後安裝活動機構,最後才進行另一側的組裝,絕對不會有「裝了再拆」的狀況。所以按著說明書組裝,有時會無法理解這個步驟的目的是什麼,等全部完成時才恍然大悟。

所以不管任何組裝,通常會建議先把說明書從頭到尾先讀一遍,掌握整個過程會讓我們更清楚每個步驟,犯錯的機率也會大大降低。所以多數人能靠著說明書完成樂高,但能從構想自行創作樂高的人就少多了。用心看說明書,累積相當經驗後,就知道那裡可以改進或那裡可以改造,也會培養不看說明書就創作的能力,所以讀說明書和寫說明書也是學習工程學的重要環節。

說明書和施工圖(藍圖)不完全相同,施工圖並不是創作本身,而是完成品的詳細解構(譬如剖面圖、細部圖),並不代表施工的步驟,說明書(英文是 Instruction)則是把完成品落實為施作者可依循的步驟(英文是 Step by Step)。把組樂高當成施工過程,先從瀏覽整份組裝說明書看出外觀、功用和組裝的邏輯,再進入各個「步驟」,是樂高學工程的必要程序。

但創作者就不同於施作者,必須學習施工圖(藍圖)的製作,才能把構想化為創作成品再分享。所以想創作,可以學會先利用草圖(Concept Drawing)構思,配合實際的積木試作,反覆修正,然後用 3D 軟體(BrickLink Studio 2.0)繪製 3D 模型,樂高 3D 軟體可以把玩成品解構為組合「步驟」,然後依步驟輸出「說明書」,是樂高創作者的必備工具。

樂高玩工程 - 使用 3D 軟體繪製工程圖
Studio 2.0 繪製工程圖

樂高工程學

工程學:有創意地應用科學定律,來系統化地解決現實問題。

近幾年,AI 當道,高等教育的焦點都放在電腦科學與資訊科學上面,工程學有一點被冷落。其實資訊科學已經融入各領域,資訊技術也非常成熟,好比數學是必備的學術基本能力,資訊也是任何專業領域都需要的工具。未來的世界,工程學一樣會繼續熱門,各個工程學門都要具備資訊應用能力,也同樣需要有熱忱的新人投入工程學的領域。

LEGO 可以是學工程的教具,確實有許多大學把 LEGO 納入教學,小學和國、高中就更不用說了,LEGO 是學校社團的大熱門,樂高就是體驗工程學的好教材。

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