Serious game for the next generation of technical systems. To improve the capabilities of R&D engineers in proposing ideas for the next generations of technical systems

Engineering design has to support R&D engineers in designing the next generation of technical systems. This task is one of the crucial tasks of R&D engineers to make companies ready for the radical changes in the market. Developed technology forecasting and design methods are not effective for this kind of long-term design and it is mostly followed in typical design sessions by focusing upon improving the characteristics of design proposals. Effective design stimuli in the form of design heuristics (consisted of design precedents and strategies), and design professional models are used to improve characteristics of design proposals. Despite lots of researches on the characteristics of design proposals, there is no direct research in the field for the next generation of technical system. Therefore, the ultimate objective of this research is to improve capabilities of R&D engineers for this task and as the main novelty, this research approaches this task through developing a special serious game called here after “Techno-shift”. To develop the mechanics of the Techno-shift game, an empirical study was done through protocol analysis to highlight the skills of R&D engineers in exploiting their knowledge and experiences in the form design heuristics during designing the next generation of technical systems. A set of criteria for assessing candidate ideas, a coding scheme to highlight the effective heuristics, and a set of stimuli for improving the R&D engineers’ performance, became the three main other innovative features of the research. Study the performance of 12 teams of R&D engineers (each one 2 members) in a design session, show the rate of team productivity is 0.62 (0.2 STD) on average. By applying the three developed criteria of novelty, technical plausibility, and relevance, on average, the teams generated 1 (0.95 STD) candidate idea. The 12 candidates are the 3.9% of the total generated ideas by all the teams. Nature of speech, time horizon, and system hierarchy are the dimensions of developed coding scheme which 90 combination of codes can be constituted as design heuristics by considering their sub-classes. Among 90 combinations, only 15 codes are realized as the active skills of R&D engineers in designing the next generation of technical systems. Studies highlight that the effective skills, the codes before the candidate ideas in the protocols, are the same codes with different sequences and orderings. Finally, pictorial presentation of trends of evolution of some technical systems, abstract of patents related to the function of target system, and an engineering procedure for designing the next generation of technical systems are the three stimuli which are developed and studied in the scope of this research. The study shows trend compare to other stimuli and control group is more effective in influencing quantity, technical plausibility and relevance of ideas positively, patent is more effective in increasing quantity of candidate ideas and none of stimuli are effective in increasing the novelty of ideas compare to the control group. Engineering procedure increased usage of effective codes by R&D engineers but it is not effective in guiding them to generate candidate ideas. Based on the results of performed protocol analysis, the Techno-shift game was developed. The game mimics the production line of industries and starts with the ‘Table of resources’ and follows through the ‘Idea generation line’, where the player can propose new ideas by means of the ‘Think stations and design heuristics’, the ‘Tips and tricks’, the ‘Examples for creativity stimulation’ and the ‘Idea cards’. Eventually, effectiveness, usability and robustness of the proposed serious game were studied in an empirical study with five groups where different players in profiles applied the Techno-shift game in same time for same and different target systems respect to the control group. The results show, although productivity in terms of total number of generated ideas was decreased to almost half for all the groups compare to the control group, but the effectiveness in terms of number of generated candidate ideas are increased to 7 to 9 times. Also the other indexes show that players are able to apply the games’ rules, and less than 40% misunderstanding or misinterpretation are observed for applying heuristics and assessment criteria. Finally, there is no evidence to reject the robustness of the game, as the results of playing various versions of the game are not significantly different.

Engineering di progettazione deve supportare gli ingegneri di R & S nel progettare la prossima generazione di sistemi tecnici. Questo compito è uno dei compiti cruciali di ingegneri di R & S per rendere le aziende pronto per i cambiamenti radicali nel mercato. Sviluppati metodi di previsione tecnologia e design non sono efficaci per questo tipo di progettazione a lungo termine ed è per lo più seguita nelle sessioni tipici di design, concentrandosi sul miglioramento delle caratteristiche di proposte di design. stimoli progettuali efficaci sotto forma di euristiche di design (costituita da precedenti e strategie di progettazione) e modelli professionali di progettazione vengono utilizzati per migliorare le caratteristiche delle proposte progettuali. Nonostante un sacco di ricerche sulle caratteristiche delle proposte progettuali, non c'è nessuna ricerca diretta sul campo per la prossima generazione di sistema tecnico. Pertanto, l'obiettivo finale di questa ricerca è quello di migliorare le capacità degli ingegneri di R & S per questo compito e come la principale novità, questa ricerca si avvicina a questo compito attraverso lo sviluppo di uno speciale gioco serio chiamato qui dopo "Techno-shift". Per sviluppare la meccanica del gioco Techno-shift, uno studio empirico è stato fatto attraverso l'analisi di protocollo per evidenziare le competenze di ingegneri di R & S a sfruttare le loro conoscenze ed esperienze nelle euristiche forma di progettazione durante la progettazione della prossima generazione di sistemi tecnici. Una serie di criteri per la valutazione di idee candidati, uno schema di codifica per evidenziare le euristiche efficaci, e una serie di stimoli per migliorare le prestazioni degli ingegneri di R & S, divennero i tre principali altre caratteristiche innovative della ricerca. Studiare le prestazioni delle 12 squadre di ingegneri di R & S (ciascuno 2 membri) in una sessione di disegno, mostrano il tasso di produttività del team è di 0,62 (0,2 STD) in media. Applicando i tre criteri sviluppati di novità, la plausibilità tecnica, e la rilevanza, in media, le squadre hanno generato 1 (0.95 STD) idea candidato. I 12 candidati sono il 3,9% delle idee totali generate da tutte le squadre. Natura del discorso, orizzonte temporale, e la gerarchia del sistema sono le dimensioni del sistema di codifica sviluppato cui il 90 combinazione di codici può essere costituito come euristiche progettuali, considerando le loro sottoclassi. Tra 90 combinazioni, solo 15 codici sono realizzati come le abilità attive di ingegneri di R & S nella progettazione della prossima generazione di sistemi tecnici. Gli studi evidenziano che le competenze efficaci, i codici prima che le idee candidati nei protocolli, sono gli stessi codici con diverse sequenze e ordinamenti. Infine, la presentazione pittorica delle tendenze di evoluzione di alcuni sistemi tecnici, astratta di brevetti relativi alla funzione del sistema di destinazione, e una procedura di ingegneria per la progettazione della prossima generazione di sistemi tecnici sono i tre stimoli che vengono sviluppati e studiati nel campo di applicazione di questa ricerca. Lo studio mostra tendenza rispetto agli altri stimoli e gruppo di controllo è più efficace nell'influenzare la quantità, la plausibilità tecnica e la rilevanza delle idee positivamente, il brevetto è più efficace per aumentare la quantità di idee candidati e nessuno di stimoli sono efficaci per aumentare la novità delle idee confrontare il gruppo di controllo. Procedura di Ingegneria ha aumentato l'utilizzo di efficaci codici dagli ingegneri di R & S, ma non è efficace nel guidare loro di generare idee candidati. Sulla base dei risultati delle analisi di protocollo eseguito, il gioco Techno-shift è stato sviluppato. I imita gioco la linea di produzione di industrie e inizia con la 'tabella di risorse' e segue attraverso la 'linea di generazione Idea', dove il giocatore può proporre nuove idee per mezzo delle 'stazioni pensare e euristiche progettuali', i 'Consigli e trucchi ', i' esempi per la stimolazione della creatività "e le" schede idea ". Infine, l'efficacia, l'usabilità e la robustezza del gioco serio proposto sono state studiate in uno studio empirico con cinque gruppi in cui diversi attori profili applicati gioco Techno-shift nel contempo per stessi e diversi sistemi di destinazione rispetto al gruppo di controllo. I risultati mostrano, anche se la produttività in termini di numero totale di idee generate stato diminuito a quasi la metà di tutti i gruppi confrontare al gruppo di controllo, ma l'efficacia in termini di numero di idee candidati generati vengono aumentate a 7 a 9 volte. Anche gli altri indici mostrano che i giocatori sono in grado di applicare le regole dei Giochi, e si osservano meno del 40% incomprensione o interpretazione errata per l'applicazione di euristiche e criteri di valutazione. Infine, non ci sono prove di respingere la robustezza del gioco, come i risultati di riproduzione di varie versioni del gioco non sono significativamente diversi.