Technische Ontwerpen in de tweede fase: meer in minder tijd

Korte Ontwerpopdrachten “Technische Ontwerpen in de tweede fase: meer in minder tijd”

“Met een hamer in je hand begint alles op een spijker te lijken” (Baruch Spinoza)

naam: Wouter J. Bokhove studienummer: (9)090303

Faculteit TNW Afdeling Technische Natuurkunde Technische Universiteit Delft

december 2000

Wouter Bokhove

Capita Selecta Technisch Ontwerpen

Inhoudsopgave Inhoudsopgave ...............................................................................................................2 Korte ontwerpopdrachten (± 2 slu) ................................................................................3 algemeen opmerkingen over ontwerpen ....................................................................3 ideeën voor korte ontwerpopdrachten........................................................................3 tijdschema ..................................................................................................................3 opmerkingen bij de stappen in het tijdschema ...........................................................4 1. De diervriendelijke muizenval ...............................................................................5 probleemomschrijving................................................................................................5 programma van eisen .................................................................................................5 mogelijke materialen..................................................................................................5 achtergrondinformatie ................................................................................................5 Docentenhandleiding bij ‘De diervriendelijke muizenval’ ............................................6 concretisering programma van eisen..........................................................................6 mogelijke ideeëntabel.................................................................................................6 overdenkingen ............................................................................................................6 tijdsplanning...............................................................................................................6 2. Natte, groene energie .............................................................................................7 probleemomschrijving................................................................................................7 programma van eisen .................................................................................................7 achtergrondinformatie ................................................................................................7 Docentenhandleiding bij ‘Natte, groene energie’ ..........................................................8 tijdsplanning...............................................................................................................8 3. de jongekaasschaaf.................................................................................................9 probleemomschrijving................................................................................................9 programma van eisen .................................................................................................9 achtergrondinformatie ................................................................................................9 Docentenhandleiding bij ‘De jongekaasschaaf’...........................................................10 mogelijke ideeëntabel...............................................................................................10 uitwerking ................................................................................................................10 tijdsplanning.............................................................................................................10 4. De trafo (5 v.w.o.) ................................................................................................11 probleemomschrijving..............................................................................................11 programma van eisen ...............................................................................................11 achtergrondinformatie ..............................................................................................11 Docentenhandleiding bij ‘De trafo’ .............................................................................12 mogelijke ideeëntabel...............................................................................................12 overdenkingen ..........................................................................................................12 eisen bij prototype ....................................................................................................12 tijdsplanning.............................................................................................................12 5. fitness-gewichten-tiller.........................................................................................13 probleemomschrijving..............................................................................................13 programma van eisen ...............................................................................................13 achtergrondinformatie ..............................................................................................13 Docentenhandleiding bij ‘De fitness-gewichten-tiller’................................................14 tijdsplanning.............................................................................................................14 Evaluatieformulier ‘korte ontwerpopdracht’................................................................15

2/15

Wouter Bokhove


Korte ontwerpopdrachten (± 2 slu) Met behulp van de focus-verschuivingsmethode voor Technisch Ontwerpen, zoals beschreven door Arjen van der Schaaf, is het mogelijk in kortere tijd en met minder planningsproblemen toch het hele traject van Technisch Ontwerpen te kunnen doorlopen. Dit werk bevat vijf korte ontwerpdrachten, die elk de focus hebben op een ander gedeelte van het ontwerpproces. Het eerste gedeelte geeft nog kort een aantal ideeën over ontwerpen en de focus-verschuivingsmethode. Na het eerste gedeelte volgen de vijf opdrachten. Aan het einde is nog een evaluatie-formulier toegevoegd waarop het hele proces geëvalueerd kan worden. algemeen opmerkingen over ontwerpen · nieuwe kennis à nieuwe produkten · nieuwe materialen à nieuwe produkten · elektromotor à electrificatie van produkten · chips à slimmere, compactere produkten · hebben ontwerpers een ethische en maatschappelijke verantwoordelijkheid? o kleurencopieerapparaat à valse bankbiljetten o TV-ontwerpers à slechte programma’s o wel of geen anti-geweld-chip in TV’s o wat zijn de sociale gevolgen van internet ideeën voor korte ontwerpopdrachten 1. de diervriendelijke muizenval 2. natte, groene energie 3. de jongekaasschaaf 4. de trafo 5. een fitness-gewichten-tiller niet uitgewerkt: 6. een vandaalbestendige fietsbel 7. een systeem dat een vlaai of taart in 12 stukken kan snijden een mogelijk tijdschema 1. oriëntatie op het probleem 10 minuten 2. achtergrondinformatie bestuderen 3. bedenken van de noodzakelijke functies 20 minuten 4. bedenken van de uitwerkingen 20 minuten 5. ontwerp kiezen en verantwoorden 10 minuten tijd voor TOA & docent om voorbereidingen te treffen m.b.t. construeren 6. construeren & testen 60 minuten 7. evalueren 10 minuten 8. verslag doen

3/15

Wouter Bokhove


opmerkingen bij de stappen in het tijdschema Binnen de zeer beperkte tijd van 2 slu. kan niet het gehele ontwerp-proces doorlopen worden. Het logische gevolg is dat er dus keuzes gemaakt moeten worden: welke stappen vinden we belangrijk en welke niet? Door een aantal korte ontwerpopdrachten te doen kunnen wel alle stappen even grondig aan bod komen. 1. oriëntatie op het probleem · kan gedaan worden als huiswerk · bestuderen van de uitgebreide probleembeschrijving · bestuderen van de ontwerpopdracht · bestuderen van het programma van eisen o functionele eisen: Welke taken moet het apparaat kunnen uitvoeren? o ergonomische en milieu-eisen: hoe gebruiksvriendelijk moet het apparaat zijn? Met welke verschillen tussen mensen moet rekening worden gehouden? Hoe zwaar mag het produkt het milieu belasten? o vormgevingseisen (design): Welke vorm en kleur moet het produkt krijgen? o financiële eisen: Hoeveel mag het kosten? 2. achtergrondinformatie bestuderen · moet kant-en-klaar aanwezig zijn (met bronvermelding) zoals “vraagbaak” 3. bedenken van de noodzakelijke functies 4. bedenken van de uitwerkingen · ideeëntabel 5. ontwerp kiezen en verantwoorden · afhankelijk van de beschikbare materialen, tijd en geld 6. construeren & testen · verschillende uitwerkingen mogelijk o tekenen van een ontwerp. Welke eisen stel je? o maken prototype m.b.v. Knex, Technisch Lego, Fisher Techniek, … o maken prototype m.b.v. simulatieprogramma (bv. Crocodile Physics) o maken fröbel-werkstuk · kan in één lesuur?! · afmaken buiten contact-uren 7. evalueren · proces (opdracht, samenwerking) · product (voor- en nadelen) · mbv evaluatieformulier (voor snelheid)

4/15

Wouter Bokhove


1. De diervriendelijke muizenval probleemomschrijving Nog steeds hebben veel mensen last van muizen in bijvoorbeeld de schuur, de garage, de tuin en de zolder. De traditionele manier om hiervan af te komen is de muizenval die dicht klapt als een muis van een stukje kaas eet. Hierbij komt de muis helaas om het leven. Hetzelfde geldt voor het strooien van gif. Wat zou het toch mooi zijn als er een muizenval was, die de gebruiker in staat stelt de muis te lokken, te vangen en weer vrij te laten in de vrije natuur! Ontwerp een diervriendelijke muizenval in de vorm van een prototype. programma van eisen · de muis moet worden gevangen · de muis mag niet beschadigd worden · de muis moet niet kunnen ontsnappen · de muizenval mag niet te groot zijn · de muizenval mag niet ingewikkeld zijn in gebruik · de muizenval moet meerdere keren gebruikt kunnen worden · de muizenval moet ook in vochtige kelders gebruikt kunnen worden · mogelijke materialen · hout · gaas · glas / perspex · karton achtergrondinformatie · Binas tabel 86 diersoort gemiddelde massa maximale snelheid bosspitsmuis 9 gram 10 ms-1 huismuis 25 gram 3,5 ms-1 (bruine) rat 290 gram 6,5 ms-1 · http://www.ongediertenet.nl lengte van het lichaam: 80 tot 100 mm lengte van de staart: 80 tot 100 mm gewicht: 14 tot 20 gram voorkeur voedsel: granen en zoetigheid hoeveelheid voedsel per dag: 3 tot 5 gram drinken: kan uit voedsel gehaald worden “… muizen zijn uitstekende klimmers, passen door een opening van 6 mm en kunnen zelfs zwemmen.” · http://www.ajw.nl/muisrat.htm “Huismuizen … springen tot ca. 30 cm hoogte. … De huismuis is een alleseter met voorkeur voor vetrijke spijzen, peulvruchten en granen… Ze leven voornamelijk onder vloeren, op zolder achter dakbeplatingen, boven of in isolatiemateriaal en in en onder opgeslagen goederen en materialen.” · een standaard muizenval: Hoe werkt het? Pas op je vingers!

5/15

Wouter Bokhove


Docentenhandleiding bij ‘De diervriendelijke muizenval’ concretisering programma van eisen 1. de muis moet gelokt worden 2. als de muis aan lokaas komt, moet de val dichtslaan 3. de muis moet gevangen worden 4. de muis moet niet kunnen ontsnappen 5. mogelijke ideeëntabel

1. de muis moet gelokt worden 2. als de muis aan lokaas komt, moet de val dichtslaan 3. de muis moet gevangen worden 4. de muis moet niet kunnen ontsnappen

uitwerkingen 1 kaas

graan

hefboomsysteem

fuik

hok dat om de muis heen valt muizenval van hout

ingang die gesloten wordt muizenval van gaas

2

3 muizensnoepjes lichtsensor

verdoving door gas muizenval van glas / perspex

overdenkingen 1e eis: 1e uitwerking: kaas schimmelt! kaas ruikt sterk! 2e uitwerking: in gevangenschap is dit het laatste dat muizen eten… 3e uitwerking: ze heten niet voor niets snoepjes... e 2 eis: 1e uitwerking: denk aan de massa van de huismuis 2e uitwerking: bruikbaar om meerdere muizen mee te vangen! 3e uitwerking: electrische schakeling 3e eis: 1e uitwerking: is bevestiging op grotere hoogte voor nodig? moet vallen binnen reactietijd van de muis e 2 uitwerking: moet snel gebeuren 3e uitwerking: zielig voor de muis 4e eis: 1e uitwerking: muizen knagen door hout! geur van lokaas wordt nauwelijks verspreid e 2 uitwerking: maasgrootte! ontsnappingsgevaar! geur van lokaas wordt goed verspreid e 3 uitwerking: genoeg lucht voor de muis in gesloten toestand! geur van lokaas wordt nauwelijks verspreid! prototype kan ook gemaakt worden van Knex, Technisch Lego, enz. tijdsplanning 1. oriëntatie + eisen opstellen 2. deeloplossingen (ideeëntabel ‘voorkauwen’) 3. ontwerpvoorstel 4. realiseren 5. testen 6. evalueren TOTAAL

6/15

10 minuten 10 minuten 10 minuten 30 minuten 20 minuten 10 minuten 1½ uur

Wouter Bokhove


2. Natte, groene energie probleemomschrijving In ons landje valt regelmatig behoorlijk veel regen. In al die vallende regendruppels zit (misschien) een heleboel energie, die (misschien) wel te gebruiken is, zoals ook uit wind en zon energie wordt opgewekt. Ontwerp een apparaat dat energie opwekt uit vallende regen. programma van eisen · energie moet opgewekt worden uit vallende regen achtergrondinformatie · http://www.muslimworld.co.uk/hy/rain.htm – “About the Rain in Qur’an” § per seconde valt 16 miljoen ton water als regen op de hele wereld § de hoogte van een wolk varieert tussen de 1200 m en 10 km bereken eens wat de snelheid van een druppel zou zijn als deze een eenparig versnelde beweging uit zou voeren tot op de aarde. § valsnelheid van regen ligt tussen de 8 en 10 kmh-1 § de diameter van waterdruppels in wolken ligt tussen de 0,01 en 0,02 mm · http://www.brittannica.com § de diameter van regendruppels ligt tussen de 0,5 en 4 mm § concentratie van druppels in regen ligt tussen de 100 en 1000 per m3 de concentratie van druppels neemt toe als de diameter van de druppels af neemt. § regen is licht als er 2,5 mm per uur valt § regen is middelmatig as er 2,8 tot 7,6 mm per uur valt § regen is zwaar als er meer dan 7,6 mm per uur valt § in Europa per jaar meer dan 500 mm § motregen: - de valsnelheid van regen ligt tussen de 70 en 200 cms-1 - de diameter van regendruppels ligt tussen de 0,2 en 0,5 mm § regen: - de valsnelheid van regen ligt tussen de 2 en 10 ms-1 - de diameter van regendruppels ligt tussen de 0,5 en 6,0 mm § dichtheid van regenwater is ongeveer 103 kgm-3

7/15

Wouter Bokhove


Docentenhandleiding bij ‘Natte, groene energie’ · Leerlingen kunnen in deze opdracht nadenken over een mogelijk ontwerp en dit voorstel daarna evalueren door te berekenen hoeveel energie er met het ontwerp op te wekken is. Na de evaluatie kan een nieuw ontwerpvoorstel volgen (ontwerpen is een cyclisch proces!). Tijdens de evaluatie kan ook aandacht besteed worden aan de gevolgen voor het milieu van het ontwerp. Het ontwerp hoeft niet gerealiseerd en getest te worden, aangezien tijdens het evaluatieproces al gezien kan worden dat het niet zoveel zin heeft om een systeem te bouwen dat energie op kan wekken uit regen. · dimensionering van het probleem: # druppels » 500 m -3 diameter van een regendruppel » 2 mm valsnelheid » 5 ms -1 dichtheid van water » 103 kg × m -3 hoeveelheid regen gemiddelde regenbui » 5 mm × h -1 regen op 1 m 2 » 1´ 1´ 5 ×10 -3 = 5 ×10 -3 m 3 × h -1 massa regen op 1 m 2 » 5 ×10 -3 ´ 10 3 = 5 kg × h -1 kinetische energie regen »

1

2

´ 5 ´ 5 2 = 62,5 J × h -1 × m - 2

» 17 mW × m - 2 · · · · · · ·

beetje ANW Welk oppervlakte is nodig om ‘genoeg’ energie op te wekken? interessant dimensioneerprobleem actueel onderwerp, nieuw, futuristisch, SF schoepenrad: water opvangen en daarna door een schoepenrad om energie op te wekken. Dit kan evt. in meerdere fasen. Leerlingen kunnen hun fantasie gebruiken! Wat zijn de gevolgen voor het milieu? Landbouw?

tijdsplanning 1. oriëntatie 2. eisen opstellen 3. deeloplossingen (ideeëntabel) 4. ontwerpvoorstel 5. realiseren + testen 6. evalueren TOTAAL


8/15

Wouter Bokhove


3. de jongekaasschaaf probleemomschrijving Eén van Nederlands bekendste uitvoerprodukten is (na XTC) kaas; over de hele wereld is de Goudse kaas bekend! Zoals bekend zijn er vele soorten kaas die op veel verschillende manieren gegeten worden. In Nederland wordt veel kaas in plakjes geschaafd en op een boterham gelegd. In het schaven van de kaas zit het probleem: bij jonge kaas zijn de gebruikelijke kaasschaven niet bruikbaar. Deze kaasschaven maken de zachte, jonge kaas helemaal kapot. Gelukkig is er al een speciale kaasschaaf voor jonge kaas (zie figuur), maar helaas werkt ook deze oplossing niet perfect. Ontwerp een kaasschaaf die moeiteloos door de jonge kaas heen snijdt. Bedenk eerst zoveel mogelijk oplossing om de kaas te kunnen snijden en probeer deze uit! Kies daarna de beste oplossing om de kaasschaaf te ontwerpen en te bouwen! programma van eisen · de kaasschaaf moet moeiteloos door de jonge kaas heen snijden · de kaasschaaf mag het stuk kaas niet vernielen · achtergrondinformatie · normale kaasschaaf:

·

kaasschaaf speciaal voor jonge kaas:

·

De problemen bij het schaven van jonge kaas worden vooral veroorzaakt doordat de kaas aan het ‘lemmet’ van de kaasschaaf blijft plakken Hoe snijden ze de jonge kaas bij de kaasboer?

·

9/15

Wouter Bokhove


Docentenhandleiding bij ‘De jongekaasschaaf’ mogelijke ideeëntabel · ijzerdraadje met/zonder batterij (voor verhitting) · ijzerdraadje aansluiten op 230V · guillotine · touw · scherp mes met/zonder kartels · toch gewoon de oude jongekaasschaaf uitwerking Probeer de verschillende ideeën uit en evalueer de verschillende resultaten. tijdsplanning 1. oriëntatie 2. eisen opstellen 3. deeloplossingen (ideeëntabel) 4. ontwerpvoorstel 5. realiseren + testen 6. evalueren TOTAAL


10/15

Wouter Bokhove


4. De trafo (5 v.w.o.) probleemomschrijving De batterijen van de klok in de het klaslokaal zijn leeg en er is geen geld voor nieuwe, maar er is wel de beschikbaarheid over een groot aantal elektronische componenten zoals spoelen, condensatoren, snoertjes, diodes, enz. Met behulp van een simulatieprogramma (bv. Crocodile Physics) is nu een ontwerp te maken van een schakeling die de 230 V wisselspanning omzet in de 3 V gelijkspanning die nodig is voor de klok. Nadat het ontwerp met het simulatieprogramma is gemaakt en getest kan het daadwerkelijk gebouwd worden, zodat we weer weten wanneer de les voorbij is. programma van eisen · uitgangsspanning moet ongeveer 3 V zijn · uitgangsspanning moet gelijkspanning zijn · het ontwerp moet veilig zijn voor de gebruiker · achtergrondinformatie · Binas tabel 35 Np Up = Ns Us · diode zorgt voor gelijkrichting (Graetz-schakeling) · condensator zorgt voor afvlakking · met behulp van Crocodile Physics is het makkelijk om elektrische schakelingen te bouwen en deze te analyseren ·

11/15

Wouter Bokhove


Docentenhandleiding bij ‘De trafo’ mogelijke ideeëntabel uitwerkingen 1 1. de spanning moet omlaag transformator worden getransformeerd 2. de spanning moet diode (Graetz-schakeling) gelijkgericht worden 3. de spanning moet worden condensator afgevlakt 4.

2

overdenkingen deze ideeëntabel geeft weinig blijk van divergent denken, maar bij deze opdracht ligt ook niet de nadruk op dit onderdeel van het ontwerpproces. 1e eis: 1e uitwerking: Welke transformatorverhouding is nodig? 70:1 2e eis: 1e uitwerking: Let op dat de diodes in de juiste richting worden aangesloten! 3e eis: 1e uitwerking: Welke condensator is nodig? 100 mF eisen bij prototype · Het daadwerkelijke ontwerp zelf controleren voor het aangesloten wordt op de 230V ·

tijdsplanning 1. oriëntatie + eisen opstellen 2. deeloplossingen (ideeëntabel) 3. ontwerpvoorstel 4. realiseren 5. testen 6. evalueren TOTAAL


12/15

Wouter Bokhove


5. fitness-gewichten-tiller probleemomschrijving Fitness-apparatuur heeft de laatste 50 jaar een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Behalve dat er steeds beter wordt nagedacht over houding, belasting, comfort en nuttig effect, zijn er ook enkele technische verbeteringen aangebracht. Eén van die verbetering betreft de manier waarop de gewichten ingesteld kunnen worden. Vroeger gebeurde dat met massa-ringen die opgehangen moesten worden, terwijl tegenwoordig een pen op de goede hoogte in het fitness-apparaat steken genoeg is. Voor sommige sporters mag het nog verder gaan: op een electronische manier een tegengewicht aanbrengen. Dit zou een revolutie betekenen omdat het dan ook mogelijk wordt om met behulp van een chipkaart fitness-apparaten automatisch op de gewenste manier in te stellen! Ontwerp een systeem dat op een electronische manier een tegengewicht kan geven bij fitness-apparaten. Inventariseer de mogelijkheden en alternatieven om zo’n systeem te kunnen bouwen! programma van eisen · met behulp van electriciteit moet het tegengewicht ingesteld kunnen worden · het systeem mag niet teveel energie verbruiken · de instelbare gewichten mogen zowel continu als discreet instelbaar zijn · het systeem mag nauwelijks belasting van de sporter vragen · achtergrondinformatie · Welke technieken worden gebruikt bij bestaande fitness-apparatuur? ·

13/15

Wouter Bokhove


Docentenhandleiding bij ‘De fitness-gewichten-tiller’ tijdsplanning 1. oriëntatie 2. eisen opstellen 3. achtergrondinformatie zoeken 4. deeloplossingen (ideeëntabel) 5. ontwerpvoorstel 6. realiseren + testen 7. evalueren TOTAAL

10 minuten 10 minuten 50 minuten 10 minuten 0 minuten 0 minuten 10 minuten 1½ uur

14/15

Wouter Bokhove


Evaluatieformulier ‘korte ontwerpopdracht’

namen: ontwerpopdracht: periode: Tijdschema Fase

geplande tijdsduur

daadwerkelijke tijdsduur

opmerkingen

Samenwerking en Taakverdeling Wie had welke taak? Wat ging goed? Wat ging fout? Wat moet volgende keer anders?

Commentaar Wat wil je nog kwijt over de opdracht in het algemeen? Genoeg gegevens? Alles duidelijk? Leuk? Te moeilijk? Te makkelijk? Begeleiding?

15/15

Technische Ontwerpen in de tweede fase: meer in minder tijd

Recommend Documents