Overal Natuurkunde 6 vwo Module Ontwerpen
Inhoud
1 Inleiding: de ontwerpcyclus ... 2
2 Van probleem tot ontwerpvoorstel ... 6
3 Van prototype tot definitief ontwerp ... 12
4 Verslaggeving ... 15
1 Inleiding: de ontwerpcyclus
Je maakt elke dag gebruik van allerlei voorwerpen die je krijgt of die je koopt. Voordat deze producten in de winkel liggen is er een heel proces aan vooraf gegaan. Om te beginnen moet de ontwerper eerst bedenken hoe het eruit komt te zien en vooral wat het moet kunnen. Alle producten worden eerst ontworpen. In deze module leer je welke stappen je moet nemen om tot een succesvol ontwerp te komen.
Startopdrachten
1 Maak met een groep (3 à 4 leerlingen) in ongeveer 20 minuten een nieuw voorwerp. Daarna presenteer je jouw ontwerp aan de andere groepen. Gebruik eenvoudige materialen, zoals papier, paperclips, plakband, karton, elastiekjes, etc.
Enkele suggesties:
• lanceerinstallatie voor propjes;
• rotokopter: draaiend stuk papier dat zo lang mogelijk in de lucht moet blijven;
• pennensteun: makkelijk oppakken van jouw pen;
• stootkussen voor eieren, zodat een ei niet kapot valt bij een val van 1,0 m;
• knikkersorteermachine, die knikkers van verschillende grootte verdeelt in bakjes met knikkers van gelijke grootte.
2 Bekijk een eenvoudig, klein apparaatje (het veersysteem van een pen, een usb-stick, een paperclip, etc.). Natuurlijk was zo’n ontwerp niet meteen helemaal goed.
Bespreek in een groepje welke stappen zijn gezet voordat het apparaatje in de winkel lag.
figuur 1 Voorbeelden van producten die ontworpen zijn
figuur 2 Rotokopter en pennensteun
Ontwerpen in fasen
Je ziet dat je niet zomaar klaar bent met een nieuw ontwerp. Je bedenkt wat je wilt gaan doen, je probeert iets, je verbetert het of je begint weer helemaal opnieuw.
Wat je ook gaat ontwerpen, alle ontwerpen volgen min of meer dezelfde fasen (stappen). Besteed je te weinig aandacht aan één van de fasen, dan kom je later in de problemen. De fasen die je doorloopt staan hieronder in de ontwerpcyclus.
figuur 3 De zes fasen van de ontwerpcyclus
In figuur 3 zie je de fasen die je doorloopt om een eenvoudig bakje voor je kleine spulletjes te maken.
• Een ontwerp begint altijd met een probleem (of je krijgt een opdracht van iemand die een probleem heeft). Eerst kijk je goed wat het probleem is.
• Je wilt wat bij elkaar houden. Maar daarvoor wil je niet te veel moeite doen. Dus niet helemaal naar de winkel lopen om een bakje te kopen. Bij voorkeur wil je ook geen lijm gebruiken. Maar het moet wel stevig zijn. Daarmee ben je al bezig met fase twee: een programma van eisen opstellen.
• Je bedenkt dat je best van papier een bakje kunt vouwen. En als je dat een beetje slim doet, is het stevig genoeg en blijft het zonder lijm in elkaar staan.
• Voor zo’n klein ontwerp hoef je niet veel op papier te zetten. Werk je aan een groter project met meerdere mensen, dan is het wel verstandig om eerst alle ideeën met elkaar te bespreken en een ontwerpvoorstel op papier te zetten, voordat het ontwerp ook werkelijk uitgevoerd gaat worden.
• Je vouwt jouw eerste bakje.
• Zuinig met papier, maar zonder lijm valt het nog uit elkaar. Je probeert het met slim vouwen beter te maken, maar het voldoet niet aan de eisen die je bedacht hebt. Het bakje moet veel steviger zijn en kan best wat kleiner. Je moet terug, een nieuwe uitwerking bedenken. En dat herhaal je totdat je tevreden bent over het resultaat.
Vaak schrijf je van het ontwerpproces een verslag, zodat je een volgende keer dat je een bakje nodig hebt niet alle fasen meer hoeft te doorlopen.
Ontwerpen en de natuurwetenschappelijke methode voor onderzoek
Onderzoeken en ontwerpen kunnen niet zonder elkaar. Als je een voorwerp ontworpen hebt, ga je onderzoeken of het aan het programma van eisen voldoet. Bij dat onderzoek heb je mogelijk instrumenten nodig die je voor dat doel moet ontwerpen.
Net als bij onderzoek doen neem je bij het ontwerpen een aantal stappen.
In beide gevallen is de aanleiding een probleem. Bij het ontwerpen van bijvoorbeeld een apparaat om een handeling te vereenvoudigen, bij onderzoeken vaak uit nieuwsgierigheid omdat je wilt weten hoe iets werkt.
Daarmee zie je al een groot verschil tussen ontwerpen en onderzoeken: het ontwerpen levert een product op, het onderzoek levert kennis op, mogelijk zelfs een hele theorie. Ontwerpen richt zich op een mogelijke wereld, onderzoeken op de bestaande wereld; ontwerpen richt zich op het totaal, onderzoek vaak op details.
Een ander verschil is dat een onderzoek over het algemeen maar één juiste oplossing (model, theorie) oplevert, terwijl bij een ontwerp vaak meerdere mogelijkheden goed zijn. Zo kun je als je een
kaasschaaf koopt uit verschillende modellen kiezen, waarmee je allemaal kaas kunt snijden.
In figuur 4 zie je dat verschil ook duidelijk. Na het opstellen van het programma van eisen ga je bij een ontwerp zo veel mogelijk verschillende oplossingen bedenken (divergent denken). Uit die
mogelijkheden kies je de oplossing die jou het best lijkt (convergeren).
Ondanks deze verschillen lijkt de aanpak voor ontwerpen en onderzoeken op elkaar, zie figuur 4 hieronder.
figuur 4 Overzicht ontwerpen en natuurwetenschappelijke methode
Vaak moet je bij ontwerpen net als bij onderzoek doen een verslag maken. Zie daarvoor paragraaf 4.
> Opdrachten 3 t/m 9
Opdrachten
A3
a Noteer de fasen van de ontwerpcyclus in de juiste volgorde.
b Beschrijf bij elke fase wat je moet doen.
A4
Het ontwerpen gaat in fasen of stappen, net zoals onderzoek waar je de natuurwetenschappelijke methode volgt.
a Welke fasen van het ontwerpen zijn echt anders dan de fasen bij de natuurwetenschappelijke methode?
b Leg uit wat divergent denken is.
c Leg uit wat convergent denken is.
B5
Bij werktuigbouwkunde (WB) aan de TU Delft mopperen de studenten soms op de studenten van industrieel ontwerpen (IO). Studenten van WB grappen: ‘Ziet een ontwerp er mooi uit, maar werkt het niet, dan is het van IO. Kun je het gebruiken, dat is het van WB.’
Bedenk voor elke fase van de ontwerpcyclus welke verschillen er kunnen zijn tussen de invulling van een IO- en een WB-student.
B6
In figuur 1 zie je een aantal voorwerpen.
a Schrijf voor elk voorwerp op wat de functie is (waar het voor dient).
b Noteer ook per voorwerp welk probleem opgelost is.
Veel gebruiksvoorwerpen zijn slim ontworpen. Vaak kom je niet meteen op het beste ontwerp, maar maak je eerst een prototype en test je dat.
c Bedenk bij elk voorwerp welke slimme oplossing gevonden is.
B7
a Maak een voorwerp dat zo lang mogelijk in de lucht blijft als je het vanaf een hoogte van 1,5 m losgelaat. Je mag papier (één vel A4), paperclips, plakband en een schaar gebruiken.
Je had waarschijnlijk niet meteen het beste model.
b Noteer in welke fasen je tot je eindproduct gekomen bent.
c Welke fasen van de ontwerpcyclus herken je de fasen die je bij b opgeschreven hebt?
B8
In een paar jaar tijd veroverde het mobieltje de wereld.
a Bedenk welke veranderingen het mobieltje teweeggebracht heeft.
b Maak een lijst van problemen die opgelost zijn doordat iedereen mobiel bereikbaar is.
c Welke eisen stel je aan een mobieltje? Maak twee lijsten: een lijst met noodzakelijke eisen en een lijst met wensen.
d Bekijk je eigen mobieltje. Hoe hebben de ontwerpers die eisen uitgewerkt? Wat moest daarvoor nog gerealiseerd worden (bijvoorbeeld: de capaciteit van het netwerk flink uitbreiden; eerst had je per gezin één vaste telefoon, nu heb je per persoon een of meerdere abonnementen).
e Bekijk de mogelijkheden van jouw mobieltje kritisch: welke functies gebruik je niet (en hadden er dus niet in hoeven zitten); welke functies mis je?
C9
Onderzoek een colablikje. Ga bijvoorbeeld met een magneet na welke onderdelen van ijzer zijn en welke niet. Noteer het volume, let op de vorm.
a Welk probleem moest de ontwerper van dit blikje oplossen?
b Noteer zo veel mogelijk eisen die aan het blikje zijn gesteld.
c Bedenk zelf andere uitwerkingen die aan de gestelde eisen voldoen.
d Schets hoe jouw ontwerp van een andere (betere?) colaverpakking eruitziet.
e Maak een lijst van voordelen en een lijst van nadelen van jouw colaverpakking.
2 Van probleem tot ontwerpvoorstel
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.
3 Van prototype tot definitief ontwerp
Nu het voorbereidende werk klaar is, kun je aan de slag.
Fase 5: ontwerp realiseren
Zelden zul je in staat zijn om meteen een ontwerp tot in de puntjes uit te voeren. Je begint eenvoudig, je test in elke fase en je verbetert je ontwerp. Je lost daarbij de problemen die je nu pas ziet op. Soms moet je helemaal opnieuw beginnen. Je kijkt dan nog eens naar je ideeën in fase 3. Je begint dus niet meteen met het eindproduct, maar maakt eerst een proefmodel: een prototype.
Je maakt meerdere prototypes, waarin de ontwerpeisen zo goed mogelijk verwerkt zijn. De
deeloplossingen zul je vaak al testen voordat je een compleet prototype maakt. Een prototype kan ook een schaalmodel zijn. Je probeert het prototype ook uit in de meest extreme situaties.
Ten slotte controleer je of je prototype aan alle gestelde eisen voldoet.
Voorbeeld 3
Je moet een papieren vliegtuigje ontwerpen dat zo ver mogelijk vliegt. Je probeert wat uit en kijkt welke de beste is.
Je begint pas aan het eindproduct te werken als jouw prototypes alle tests hebben doorstaan.
figuur 10 Een maquette is ook een soort prototype
> Opdrachten 30 en 32 figuur 9 Twee prototypes van een papieren
vliegtuigje
Fase 6: ontwerp testen en evalueren
Vanuit een getest prototype ga je het ontwerp uitvoeren tot een werkend apparaat. Natuurlijk moet je het eindproduct ook nog testen onder de meest zware omstandigheden. En als je dan klaar denkt te zijn, moet je ook nog letten op andere eisen, zoals de bediening door onervaren gebruikers, de prijs en ook het uiterlijk. Vaak wordt een of meer van deze laatste eisen over het hoofd gezien.
Bij het evalueren van de testresultaten bekijk je in hoeverre het product voldoet aan de gestelde eisen.
Wordt aan sommige eisen onvoldoende voldaan, dan moet je uitzoeken waar dat aan ligt. Je bent het probleem dan opnieuw aan het analyseren. Om voorstellen voor verbetering te doen moet je de ontwerpcyclus (gedeeltelijk) opnieuw doorlopen.
Een ontwerp is pas klaar als je een werkend ontwerp hebt, dat eenvoudig in gebruik is, niet te veel kost en er ook nog leuk uitziet. Vaak mag een nieuw product pas in de verkoop komen als het door een onafhankelijke instantie zoals de NVWA (Nederlandse Voedsel- en Warenautoriteit) getest en geëvalueerd is. De NVWA houdt toezicht bij bedrijven en instellingen op de naleving van wetten en voorschriften.
> Opdrachten 31 en 33 t/m 37
Opdrachten
A30
a Wat doe je bij de realisatie van het ontwerp?
b Leg uit waarom je (meestal) eerst een prototype moet maken.
A31
a Aan welke eisen moet een ontwerp zeker voldoen?
b Kies een apparaat en bekijk kritisch of het aan alle te stellen eisen voldoet.
B32
a Maak een vliegtuigje. Laat met een aantal foto’s zien hoe je tot dit model gekomen bent.
b Verbeter dit model. Leg uit wat je gedaan hebt om het vliegtuigje te verbeteren.
B33
Wie zal een product allemaal testen?
B34
Steeds meer mensen doen hun inkopen via internet. Op zoek naar het goedkoopste aanbod zien mensen vaak een belangrijke controle over het hoofd.
a Waarom is het belangrijk dat een onafhankelijke instelling producten controleert?
Soms bestel je artikelen rechtstreeks bij de producent en krijg je het zonder dat het artikel nog een keer extra gecontroleerd is thuisgestuurd.
b Wat is het voordeel om het product rechtstreeks van de producent te krijgen?
c Wat is het nadeel?
Actueel zijn problemen met aankopen uit China. Regels en gewoonten zijn daar anders. De producten zijn vaak zo goedkoop dat een koper het risico neemt dat iets kapot is en er meteen meerdere laat komen.
d Wanneer zal dat niet zo’n probleem zijn?
e Bedenk producten waarbij dat wel gevaarlijk is.
Het levert China veel handel op. Toch wil de overheid in China de regels strenger gaan toepassen.
f Welke redenen kan de Chinese overheid hebben om strengere controles toe te passen?
B35
Op internet zijn veel filmpjes te vinden van de ‘Tacoma Bridge Collapse’. Bekijk zo’n filmpje.
a Welke eisen stel je aan een brug?
b Wat denk je dat er in de voorbereiding van bouw van deze brug had moeten gebeuren om het instorten van de brug te voorkomen? Je mag ervan uitgaan dat de brug onder gewone omstandigheden voldoende sterk was.
C36
Je moet een parachute maken waarmee een massa van 10 gram zo langzaam mogelijk naar beneden valt als je het van 1,5 m hoogte laat vallen. Het materiaal dat je gebruikt is papier (een velletje A4) en plakband.
a Maak zo’n parachute.
b Welke fasen heb je ondernomen om tot een zo goed mogelijke oplossing te komen?
c Doe een wedstrijd met andere groepen. Noteer alle tijden. Wie heeft de beste parachute? Waarom is die het best?
C37
figuur 11 Een blikopener
In deze opdracht ga je een blikopener onderzoeken. Kies een blikopener en voer de volgende opdrachten uit. Heb je geen blikopener, dan gebruik je figuur 11.
a Uit welke onderdelen is de blikopener opgebouwd?
b Wat is de functie van ieder onderdeel?
c Welke keuzes heeft de ontwerper gemaakt? Leg uit waarom hij voor deze oplossing gekozen heeft.
d Leg uit hoe je met deze blikopener moet werken.
IKEA is beroemd om de handleidingen bij de meubels die je nog in elkaar moet zetten. Behalve de naam komt er geen woord aan te pas. Alle handelingen die je moet doen zie je in de handleiding in eenvoudige figuren getekend.
e Maak voor jouw blikopener zo’n handleiding.
f Beoordeel jouw blikopener op:
- hoe het apparaat werkt (functionele eis);
- of het makkelijk te bedienen is (ergonomische eis);
- of het er mooi uitziet (esthetische eis);
- de prijs (economische eis).
4 Verslaggeving
Maak bij het ontwerpen aantekeningen. Vaak duurt het ontwerpen langere tijd, dus moet je goed bijhouden wat je ontdekt hebt en wat je afgesproken hebt. Bovendien komen die aantekeningen van pas als je het verslag aan het schrijven bent.
Voor opdrachten die langer dan één les in beslag nemen is het nodig dat je een logboek bijhoudt.
Hierin vermeld je de afspraken, de werkverdeling en houd je ook bij hoeveel tijd je (of als je met meerdere mensen aan een project werkt, ieder) aan het uitvoeren van de opdracht besteedt.
Het verslag groeit mee met de fasen van de ontwerpcyclus.
In het verslag komt:
Voorbereiding
1 Ontwerpprobleem analyseren en beschrijven: het probleem goed bekijken en de informatie die je gevonden hebt vermelden (eventueel verwijzen naar een bijlage).
2 Programma van eisen: een overzichtelijke lijst van eisen en wensen.
3 Deeluitwerkingen: beschrijven van (deel)problemen en voorstellen voor oplossingen.
4 Ontwerpvoorstel:
• voorstel van het ontwerp, hierbij zo mogelijk schetsen;
• een werkplan: hoe ga je het aanpakken, hoe lang het gaat duren, verdeling van taken;
• toelichting waarom je bepaalde keuzes gemaakt hebt.
Beschrijving van de realisatie 5 Ontwerp realiseren
• tekeningen en foto’s van het prototype;
• verslag van het bouwen en testen van het prototype;
• resultaten van de testen van het prototype;
• conclusies naar aanleiding van de testen;
• verbeterpunten verzamelen en beargumenteren;
• bijstellen van het ontwerp, opnieuw testen, opnieuw resultaten noteren;
• definitief ontwerp maken en testen;
• verantwoording;
• een gebruiksaanwijzing schrijven.
Reflectie
6 Ontwerp testen en evalueren
- Als je klaar bent, weet je pas hoe je het ontwerp had moeten aanpakken! Een belangrijk onderdeel van het verslag is de evaluatie.
- Je loopt alle ontwerpeisen en wensen na en controleert of die optimaal verwezenlijkt zijn.
Natuurlijk kun je niet in korte tijd een perfect ontwerp realiseren. Er zullen best nog verbeteringen mogelijk zijn. Doe voorstellen hoe je het ontwerp kunt verbeteren.
- Kijk ook of je de ontwerpcyclus wel helemaal goed doorlopen hebt. Geef zo mogelijk aan waar verbeteringen in de uitvoering mogelijk zijn
> Opdrachten 38 t/m 41
Opdrachten
A38
Noteer van elke fase van de ontwerpcyclus waar die in het verslag terug te vinden is.
B39
In de inleiding (zie figuur 3 op pagina 3) zie je de ontwerpcyclus voor het vouwen van een eenvoudig bakje.
Schrijf een verslag over het ontwerpen van het bakje.
B40
Lees de tekst.
a In welke fase van de ontwerpcyclus bevindt het ontwerp van het IKEA-huisje zich?
b Bedenk wat voorafgegaan is aan deze test.
De UNHCR moet een verslag krijgen van de voorbereidingen van het ontwerp van deze huisjes.
c Schrijf dat verslag.
C41
Bij het realiseren van een ontwerp maak je een verslag en bij het uitvoeren van een onderzoek ook.
a Maak een overzicht van de onderdelen van een verslag bij een ontwerp.
b Maak een overzicht van de onderdelen van een verslag van een onderzoek.
c Welke onderdelen zijn (ongeveer) hetzelfde?
d Welke onderdelen zijn anders?
Vluchtelingen wonen straks in IKEA-huis
Het is plat verpakt, je kunt het zonder gereedschap in elkaar zetten en het is makkelijk te demonteren.
Maar in plaats van een nieuwe koffietafel of boekenkast heeft de Zweedse meubelfirma Ikea deze week het ontwerp voor een vluchtelingenhuisje gepresenteerd aan de opdrachtgever, de VN-vluchtelingenorganisatie UNHCR. Het huis moet de tenten gaan vervangen waarin UNHCR sinds 1950 vluchtelingen opvangt.
Het huis is dubbel zo groot als de vluchtelingentent, gemaakt van isolerende kunststof panelen die hitte, kou en herrie moeten weren en het heeft een zonnepaneel om elektriciteit mee op te wekken. Een proefserie van de huizen wordt komende maanden getest in de Dollo Ado vluchtelingenkampen in de woestijn in Zuid- Ethiopië, waar 190 000 Somalische vluchtelingen zitten. Als ze bestand zijn tegen de elementen en de Somaliërs ze verkiezen boven de tenten, worden ze in productie genomen.
De huisjes zijn duurder dan de tenten, maar zouden tot zes keer zo lang meegaan. Tenten houden het meestal zo’n half jaar vol. Bovendien zakt de prijs als er veel worden geproduceerd. Rond de 3,5 miljoen vluchtelingen wonen nu in tenten. Het ontwerp is een project van de liefdadigheidstak van IKEA, de grootste private donor van UNHCR.
Naar: NRC, 22-06-2013
