In paragraaf 1 zag je dat het ontwerpen van een voorwerp of apparaat volgens een aantal fasen gaat.
In deze paragraaf bekijk je de eerste fasen die leiden tot een ontwerpvoorstel nog wat diepgaander.
Fase 1: ontwerpprobleem analyseren en beschrijven
Je krijgt een opdracht voor een ontwerp. Eerst bestudeer je aandachtig wat de bedoeling is. Je kijkt wat je al over het onderwerp weet en zoekt voorbeelden en achtergrondinformatie op. Niet alleen over de opdracht, maar ook over de mensen die met het product van jouw ontwerp moeten werken.
Je komt vaak verder door jezelf vragen te stellen: Wie hebben dit probleem? Waar wordt het door veroorzaakt? Zijn er problemen die hier op lijken? Ken je daar oplossingen van?
Tip: Bij fase 1 en zeker bij fase 2 is een woordweb een handig middel.
figuur 5 Een woordweb voor een kurkentrekker
> Opdrachten 10 en 13 t/m 15
Fase 2: programma van eisen opstellen
Als het ontwerpprobleem helder is volgt het vaststellen van de eisen en wensen aan het ontwerp. Dat ontwerp is uiteraard bedoeld om het probleem op te lossen.
Je maakt samen met de opdrachtgever een lijst waar jouw ontwerp aan moet voldoen. Het is niet nodig problemen nu al op te lossen, maar je noteert alle eisen (waar het ontwerp aan moet voldoen) en wensen (wat wenselijk is dat het ontwerp daar ook aan voldoet). Je bespreekt ook eventuele uitbreidingen die mogelijk blijken te zijn, ook al staan die niet in de opdracht. Houd wel in de gaten wat haalbaar en ook betaalbaar is. Je formuleert de eisen zo concreet mogelijk. De eisen moeten
meetbaar zijn. Je geeft ook in de vorm van suggesties aan hoe je dat aan kunt pakken.
Voorbeelden van ontwerpeisen:
• het apparaat moet doen waarvoor het gemaakt is (functionele eis);
• het moet gemakkelijk te bedienen zijn: 8 van de 10 testers kunnen er vlot mee omgaan (ergonomische eis);
• het moet er mooi uitzien: 9 van de 10 testers vinden het mooi (esthetische eis);
• het mag niet te duur zijn: bijvoorbeeld maximaal € 20 (economische eis);
• het apparaat moet in serieproductie gemaakt kunnen worden (productie-eis).
Voorbeeld 1
figuur 6 Vaak zijn er meerdere oplossingen voor een probleem
In figuur 6 zie je een aantal ontwerpen om de kurk uit een fles te trekken: een kurkentrekker.
Om wijn langere tijd goed te houden doe je de wijn in glazen flessen en sluit je het luchtdicht af met een kurk. Deze kurk moet je stevig in de fles duwen en is dus moeilijk te verwijderen. Dat verwijderen van de kurk is dus het probleem.
De opdracht is een apparaat te ontwerpen waarmee je met de hand de kurk uit de fles kunt trekken, zonder schade aan de wijn (of aan de fles) te veroorzaken.
Kurk is een vrij zacht natuurlijk materiaal, dat je gemakkelijk kunt samenpersen, waarbij het vast in de flessenhals komt te zitten. De wrijving is groot. Zelfs een kurk die niet helemaal in de hals geduwd is, is moeilijk met de hand los te trekken.
Eisen aan het ontwerp:
• met de kurkentrekker kun je de kurk eenvoudig met weinig kracht (bijv. 25 N) uit de fles trekken;
• je mag geen stukjes kurk achterlaten in de fles;
• je mag de fles niet beschadigen;
• je kunt de kurkentrekker gebruiken zonder de wijn te veel te schudden.
Wensen:
• na het ontsluiten kun je de fles weer dicht maken; kurk moet heel blijven;
• de kurkentrekker moet je vele malen (bijv. minstens 1000 maal) kunnen gebruiken.
Extra mogelijkheden: ook bierflesjes (kroonkurk) kun je er mee openen.
Bij het voorbereiden van een ontwerp onderzoek je eerst de eisen die aan het ontwerp gesteld zijn en stel je een lijst op van realiseerbare eisen en wensen.
Van ingewikkeld naar eenvoudig
Nu je weet waar de opdracht aan moet voldoen, moet je de lijst van eisen en wensen punt voor punt bekijken, maar nu wel met het idee hoe je deze punten in je ontwerp verwerkt. Je maakt een overzicht van het probleem dat je in je ontwerp moet aanpakken. Vaak is een ontwerp te ingewikkeld om dat in één keer uit te werken. Je verdeelt het ontwerp in delen, die je stuk voor stuk uitwerkt.
> Opdrachten 11 en 16 t/m 21
Fase 3: (deel)uitwerkingen bedenken
Het uitwerken van elk onderdeel van het ontwerp. Elk deelprobleem los je apart op; daarna ga je de afzonderlijke oplossingen aan elkaar koppelen. Vaak kun je meerdere oplossingen bedenken. Je schrijft deze op en kiest de beste. Lukt het niet met deze oplossing, dan kun je terugvallen op de andere ideeën.
Voorbeeld 2 (vervolg van voorbeeld 1) deelprobleem 1: niet veel kracht
oplossing 1: je werkt met een hefboom om de kurk omhoog te halen.
oplossing 2: je hebt een breed handvat, zodat je de kurkentrekker makkelijk in de kurk kunt draaien.
oplossing 3: combinatie: breed om makkelijk in te draaien, hefboom om kurk makkelijk los te trekken.
deelprobleem 2: kurk niet beschadigen, geen splinters
oplossing: je gebruikt een schroefdraad met een scherpe punt. Deze draai je in de kurk, wat geen probleem oplevert omdat kurk een zachte stof is.
deelprobleem 3: je mag de fles niet beschadigen:
oplossing 1: ronde onderkant die op de fles rust, afgewerkt met plastic.
oplossing 2: kurkentrekker komt niet in contact met de fles.
oplossing 3: langs een kant een scharnierpunt (kan een zwakke fles beschadigen).
Totaaloplossingen:
1 Spiraal met handvat, een ronde rand steunt op de fles. Als de spiraal in de kurk zit, haal je de kurk met een dubbele hefboom eruit.
Voordeel: goedkoop te produceren
Nadeel: niet iedereen begrijpt hoe je de kurk er met deze kurkentrekken uit trekt.
Extra: Het handvat waarmee je de spiraal in de kurk draait, heeft zo’n vorm dat je er ook een bierflesje mee kunt openmaken.
2 De middelste kurkentrekker gaat makkelijk in de kurk, maar het kost veel kracht om de kurk uit de fles te trekken. Nadeel: de wijn zal bij dat kracht zetten makkelijk geschud worden, wat de kwaliteit niet ten goede komt.
3 Indraaien gaat makkelijk. De kurk trek je in twee stappen uit de fles. Daarbij steun je met een ijzeren scharnierpunt op de fles. Nadeel: goedkope flessen gaan dan mogelijk kapot.
Extra: mesje om het lood rond (duurdere) flessen open te snijden.
Conclusie: de rechter kurkentrekker is goed en goedkoop te gebruiken mits je er mee om weet te gaan. De linker past goed in het duurdere segment (veel gebruikt in restaurants).
Bij een ingewikkeld ontwerp verdeel je dus het probleem in deelproblemen die je eerst afzonderlijk oplost. Later koppel je deze oplossingen tot een totaalontwerp (zie fase 4).
> Opdrachten 12 en 22 t/m 24
Fase 4: ontwerpvoorstel formuleren
Je kiest de best haalbare combinatie van deeloplossingen. Als je weet hoe je ze aan elkaar kunt koppelen, ga je een ontwerpvoorstel schrijven. Met schetsen, tekeningen, foto’s maak je duidelijk hoe het ontwerp eruit komt te zien. Bedenk wel dat dit niet betekent niet dat je steeds de beste
deeloplossing kiest. Het gaat erom dat alle gekozen deeloplossingen het best bij elkaar passen!
Je maakt ook een overzicht van het werk dat gedaan moet worden, hoe je de taken verdeelt en hoeveel tijd de uitvoering in beslag gaat nemen. Je noteert zo mogelijk ook wat de kosten zullen zijn.
Je maakt een materialenlijst en je noteert welke gereedschappen je nodig denkt te hebben.
Ten slotte maak je ook een werkplan waarin je aangeeft wat je gaat doen (inclusief het testen) en wanneer.
De volgende fasen komen in paragraaf 3 aan de orde: ontwerp realiseren en ontwerp testen en evalueren.
> Opdrachten 25 t/m 29
Opdrachten
A10
Je krijgt een opdracht om een apparaat te ontwerpen.
a Wat zal je eerste stap zijn?
b Waarom is het verstandig dit goed door te spreken en dit goed op papier te zetten?
A11
a Leg uit wat er zeker in het programma van eisen moet komen.
b Wat kun je ook nog extra in het programma van eisen vermelden?
A12
a Leg uit waarom het verstandig is een probleem op te splitsen in deelproblemen.
b Wat moet er nog gebeuren als alle deelproblemen opgelost zijn?
B13
Doe deze opdracht met z’n tweeën.
Je neemt een apparaat in gedachten. Beschrijf (voor de ander) waar dit apparaat voor bedoeld is, zonder het apparaat te noemen.
Na hoeveel aanwijzingen wist de ander welk apparaat je in gedachten had?
B14
Op je fiets zit een ketting.
Bedenk welke problemen opgelost zijn door een ketting op de fiets te gebruiken.
B15
Je krijgt de opdracht een automatisch sturende auto te maken.
a Bedenk waarom het nuttig is om zo’n systeem te ontwerpen.
b Maak een analyse van de ontwerpproblemen die je moet oplossen met jouw ontwerp.
c Geef een beschrijving van de problemen die je gaat aanpakken en welke niet. Geef daarbij een kort toelichting.
B16
Doe deze opdracht met z’n tweeën.
Je neemt een apparaat in gedachten. Beschrijf (voor de ander) de eisen die aan het apparaat gesteld worden, zonder het apparaat te noemen.
Na hoeveel aanwijzingen wist de ander welk apparaat je in gedachten had?
B17
Vroeger hadden fietsen houten banden. Dat fietste zwaar en weinig comfortabel. Het was een hele verbetering toen de fietsband ontworpen werd die je kunt oppompen. Je mag een nieuw soort band ontwikkelen.
a Maak een woordweb over de fietsband.
b Stel een programma van eisen op.
B18
Fruit in de blender, even op een knopje drukken en je hebt een heerlijke smoothy. In zo’n blender zitten gevaarlijk scherpe messen.
Stel een programma van eisen en wensen op voor de blender.
B19
In figuur 7 zie je een takkenschaar. Daarmee kun je niet al te dikke takken van de bomen knippen.
a Maak een woordweb van een takkenschaar.
b Stel een lijst van eisen op voor een takkenschaar.
Bekijk de takkenschaar goed.
c Hoe zijn de eisen gerealiseerd?
figuur 7 Een takkenschaar
B20
Wat er in het programma van eisen komt, hangt ook af van wie het opstelt.
a Wat zal de producent voor eisen hebben?
b Wat zal de verkoper aan eisen stellen?
c Welke eisen komen van de koper?
B21
Een van de ontwerpen in figuur 1 is een tuinstoel. Gemaakt van hardplastic, dat gemakkelijk in een mal gegoten kan worden. Niet zwaar, wel sterk, eenvoudig te stapelen en weerbestendig.
a Welke eisen stelt de koper?
b Welke eisen zal de opdrachtgever stellen?
c Wat zijn eisen van de winkelier die deze tuinstoel gaat verkopen?
B22
Doe deze opdracht met z’n tweeën.
Je neemt een apparaat in gedachten. Beschrijf (voor de ander) vorm en eigenschappen van de onderdelen van het apparaat, zonder het apparaat te noemen.
Na hoeveel aanwijzingen wist de ander welk apparaat je in gedachten had?
B23
Je pompt je fietsband op door lucht in de band te blazen. De lucht mag er wel in, maar niet uit.
Daarvoor dient het ventiel.
a Zoek op internet informatie over fietsventielen.
b Leg uit hoe die ventielen werken.
Eisen aan een fietswiel zijn: het mag niet zwaar zijn, het moet sterk zijn, de band moet veerkrachtig zijn en je moet met niet te veel kracht lucht in de band kunnen pompen.
c Leg uit hoe elk van die deelproblemen opgelost zijn.
d Hoe zijn deze deelproblemen aan elkaar gekoppeld tot een bruikbaar fietswiel?
B24
Je wilt energie besparen door je kamer te isoleren. Je hebt een kamer van 4,0 x 5,0 x 3,0 m. Het gemiddelde temperatuurverschil tussen binnen en buiten is 12 °C. Het stookseizoen loopt van oktober tot eind april.
a Zoek in Binas op welk materiaal je daar het best voor kunt gebruiken.
b Maak een schatting hoeveel energie je per jaar bespaart.
Energie kost € 0,30 per kWh. In drie jaar wil je jouw investering terugverdienen.
c Hoe duur mag de isolatieklus zijn?
Een andere manier om energie te besparen is warmte opslaan op het dak.
d Zoek in Binas op welke stof daar het meest geschikt voor is. Leg uit waarom je voor die stof kiest.
e Welke manier van besparen kies je?
B25
Jan ligt op zijn rug op de bank en wil iets opschrijven. Zijn pen doet het al snel niet meer. De zwaartekracht moet de inkt naar de punt trekken, anders schrijft de pen niet.
Dat is ook een probleem in de ruimte waar je gewichtsloos bent. De Amerikanen hebben miljoenen besteed aan het ontwerp van een pen waarmee je in gewichtsloze toestand wel kunt schrijven.
Jan denkt dat hij een oplossing heeft:
- de punt is van poreus materiaal (zoals bij een white board stift) dat inkt opneemt;
- in de pen zit een reservoir met vloeibare inkt;
- achter het reservoir zit lucht dat de inkt naar de punt duwt;
- heb je wat geschreven, dan pomp je een beetje lucht erbij in de pen, zodat er weer inkt naar de punt geperst wordt.
a Maak een schets van deze ruimtepen.
b Formuleer er een ontwerpvoorstel bij. In het ontwerpvoorstel hoort ook een planning voor de uitvoering en een schatting van de kosten.
Uiteindelijk waren de Russen de lachende derde: zij namen een potlood mee en dat schrijft altijd!
C26
Ontwerp een tuinverlichting die aan de volgende eisen voldoet:
- veilig: geen kans op een grote schok;
- 10 lampen, met één knop te bedienen;
- met een andere knop moeten vijf lampen tegelijk uit kunnen.
a Maak een mooie tekening van jouw ontwerp.
b Maak ook een lijst van materialen.
C27
In figuur 8 zie je een bureaulamp. Bekijk deze goed.
Verdeel het ontwerp van deze bureaulamp in deelontwerpen en beschrijf die deelontwerpen apart.
figuur 8 Een bureaulamp
C28
Jarenlang al draait Cassini (een onbemand ruimteschip) rondjes rond Saturnus. De instrumenten stuurden al veel wetenschappelijke waarnemingen en opzienbarende foto’s door. Jaren voor het bouwen van Cassini begon de voorbereiding.
Zoek op internet naar informatie over Cassini.
a Maak een analyse van de problemen waar de ontwerpers van Cassini mee te maken hadden.
b Welke eisen waren er aan het ontwerp gesteld?
c Hoe zijn de problemen opgelost in het ontwerp?
d Welke instrumenten zitten er in Cassini?
e Schrijf een ontwerpvoorstel voor Cassini.
f Welke gegevens ontbreken nog?
C29
Vaak gebruik je een apparaat zonder je af te vragen hoe het werkt. Een ontwerper is daar toch een hele tijd mee bezig geweest.
Als je een apparaat openschroeft, kijk je als het ware mee over de schouder van de uitvinder.
Misschien kom je wel op een nieuw idee!
Kies een eenvoudig apparaat (bijvoorbeeld een pen, een gasbrander of een broodrooster).
a Beschrijf het apparaat en maak duidelijk waar je het voor gebruikt.
b Maak een lijst van eisen waar de ontwerper van uitgegaan is.
Schroef het open en kijk wat je tegenkomt.
c Teken de onderdelen en leg uit hoe het apparaat werkt.
d Schrijf op wat er volgens jou in het ontwerpvoorstel stond.