W&O

Technisch Ontwerpen Startmodule

Technisch Ontwerpen Startmodule

Inleiding

Met deze module wordt een begin gemaakt met het leren ontwerpen. Ontwerpen kenmerkt zich door een systematische aanpak met daarin naast veel doe-activiteiten aandacht voor een creatief denkproces, waarin kennis uit de natuurwetenschappelijke vakken van belang is.

De systematische aanpak vind je terug in de (landelijk afgesproken) ontwerpcyclus. Door verschillende ontwerpoefeningen, zoals cycluszooming, maak je kennis met het ontwerp­proces. Ook de over­eenkomsten en verschillen tussen on­derzoeken en ontwerpen krijgen aandacht in deze module.

Aan het einde vind je een lijst met begrippen die je moeten kunnen hanteren.

Niet voor leerlingen die NLT hebben.

Deze Wiki is gebaseerd op de NiNa Technisch Ontwerpen Startmodule, van Wim Sonneveld en Nord-Jan Vermeer, versie 29 jan 2007.

Wat ga je doen?

De komende lessen (5 weken) ga je aan de slag met een aantal oefeningen en opdrachten om het ontwerpen beter onder de knie te krijgen. Dit doe je in een groep van twee of drie personen.

Na een startopdracht in onderdeel 1 waar je zelf iets ontwerpt, ga je in onderdeel 2 zien wat ontwerpen is en in onderdeel 3 hoe je dit het beste aan de hand van de ontwerpcyclus kunt doen.

In onderdeel 4 ga je in korte tijd met een woordweb de eerste twee fasen van het ontwerpen oefenen. De nadruk ligt daarbij op verkenning.

De oefening Productanalyse is vooral bedoeld om eigenschappen en taken van een product in kaart te brengen. Zo krijg je meer zicht op de bedoeling van een product.

In onderdeel 5 en onderdeel 6 staan 2 voorbeelden van oefenen met een deel van de ontwerpcyclus. Je zoomt telkens in op een ander vaardigheidsaspect van technisch ontwerpen. Cycluszooming is kennis maken met verschillende onderdelen van het ontwerpproces. Hiermee oefen je in korte tijd de gehele ontwerpcyclus. Gelijktijdig wordt aandacht geschonken aan vakinhoudelijke kennis. De verschillende fasen  bij cycluszooming kunnen voorzien zijn van een codering A, B of C. A (van Analyse) hoort vooral bij de beginfasen, B (van Bouwen) stelt vooral het daadwerkelijk maken van een prototype centraal en in opdrachten met code C (van Consument) gaat het vooral om het testen en verbeteren van producten. In onderdeel 5 wordt ingezoomd op A en in onderdeel 6 op C.

Met een paar van deze opdrachten krijg je de hele ontwerpcyclus onder de knie. Deze ervaring kun je dan eventueel gebruiken voor je profielwerkstuk.

Al eerder heb je bij verschillende vakken geleerd hoe je onderzoek doet. In onderdeel 7 wordt dieper ingegaan op overeenkomsten en verschillen tussen ontwerpen en onderzoeken.

Aan het eind van deze module lever je je schrift met daarin de gemaakte opdrachten en de ingevulde werkbladen in. Deze worden beoordeeld en tellen mee voor je dossiercijfer van deze periode.

Deadlines

Je levert op drie momenten wat in.

- Uiterlijk 21 april lever je de uitwerkingen van opdrachten 1 - 6 in

- Uiterlijk 12 mei lever je de uitwerkingen van opdrachten 7 - 13 in

- Uiterlijk 28 mei lever je de uitwerkingen en uitwerkbladen van opdrachten 14 - 17 in.

1: De Startopdracht

Bij deze opdracht is het de bedoeling dat je een eenvoudig voorwerp maakt met een aantal eveneens eenvoudige materialen. Je werkt samen in een groepje van 3 mensen.

Je mag gebruik maken van:

  • dikke rietjes
  • cocktailprikkers
  • plasticine of klei
  • papier, formaat A6
  • paperclips
  • plakband
  • aluminium bakjes
  • touw
  • wasknijpers
  • pritt-stift
  • een schaar

 

Startopdracht: Je hebt maximaal 20 minuten om het voorwerp te maken. Als de tijd om is, worden de voorwerpen gepresenteerd. Een presentatie duurt maximaal 2 minuten. Je mag kiezen uit 5 voorwerpen: sorteermachine, preparaat-transporter, lanceerapparaat, rotokopter of eenhandige spinnenvanger. Kies een ontwerp en volg de bijbehorende instructies.

Sorteermachine

Ontwerp en maak een sorteermachine die stalen balletjes van vier verschillende groottes automatisch sorteert en opvangt.

Preparaat-transporter

Bij het onderzoek naar verschillende ziektes worden kleine radioactieve preparaten gebruikt. Vaak is het vanwege het besmettingsgevaar niet mogelijk om die met de hand op te pakken. Om zelf op veilige afstand (minimaal 25 cm) van de radioactieve bron te blijven is het handig om een apparaatje te maken waarmee je probeert een preparaat - zonder dit aan te raken - te transporteren door het eerst op te tillen en dan te verplaatsen. Als preparaat neem je bijvoorbeeld een blokje klei of een fotodoosje.

Lanceerapparaat

Ontwerp en maak een lanceerinstallatie die een stalen kogel precies 1 m hoog kan krijgen, zonder jouw hulp.

Rotokopter

Ontwerp en maak testmodellen van een rotokopter. Kies de rotokopter die het langst in de lucht blijft, losgelaten op 1,5 m hoogte. De uitdaging is 5 sec.

Eenhandige spinnenvanger

Ontwerp en maak een ‘toestel’ waarmee je met 1 hand een spin kunt vangen en weer levend buiten kunt zetten.

2: Wat houdt technisch ontwerpen in en wat doet een ontwerper?

Ontwerpers bedenken en ontwikkelen nieuwe producten. Voorbeelden van producten zijn o.a. een mobieltje, een koffiezetapparaat, een couveuse, een drankje, een verpakking, een fiets, een verfsoort, een kantoorgebouw. Producten worden ontworpen omdat mensen er behoefte aan hebben. Zo is er bijvoorbeeld een vacuümverpakking ontworpen omdat mensen behoefte hebben aan koffie die langer vers blijft.

De start is een probleem

Ontwerpers gaan bij hun ontwerp uit van een probleem. Veel suikerpatiënten bijvoorbeeld mogen geen frisdrank met suiker. Voor dit probleem hebben ontwerpers suikervrije dranken ontwikkeld.

Uit dit en voorgaande voorbeelden kun je afleiden dat ontwerpers in heel verschillende vakgebieden werken. Een nieuwe constructie wordt ontworpen door een bouwkundige, een nieuwe drank door een levensmiddelen-technoloog. Voor de aanpak van een bepaald probleem gebruik je vaak specialistische vakkennis.

Ontwerpers bedenken en ontwikkelen ook plannen voor de fabricage van een ontwerp. Daarom wordt het ontwerp uitgewerkt in technische tekeningen met een overzicht van de gebruikte materialen en bewerkingstechnieken. Ontwerpers fabriceren het uiteindelijke product niet zelf, dat wordt uitbesteed aan de productieafdeling van een bedrijf.

Waarmee moet je als ontwerper rekening houden?

Naast de opdrachtgever heeft de ontwerper te maken met wensen en eisen van een aantal verschillende betrokkenen. Bij ontwerpen moet je rekening houden met veel verschillende aspecten.

Voor de consument moet het product gebruiksvriendelijk en niet te duur zijn.

De vormgever zal bijvoorbeeld gaan werken aan een handige en aantrekkelijke vorm van het product.

De fabrikant moet het snel, vaak in grote aantallen en goedkoop kunnen maken. Hij zal ook rekening houden met de duurzaamheid van het product.

De ondernemer wil met dit product zoveel geld verdienen dat hij de gemaakte productiekosten ruimschoots terugverdient.

De overheid stelt eisen op het gebied van milieu, veiligheid en kwaliteit.

 

Met alleen een ontwerp heb je nog geen nieuw product. Het moet bijvoorbeeld ook geproduceerd en verkocht worden. Bij technisch ontwerpen houden we ons alleen bezig met het ontwerpproces zelf.

 

Het ontwerpen van een product staat niet op zichzelf maar maakt deel uit van
het productontwikkelingsproces.

Een onderneming geeft pas opdracht tot een ontwerp als het ontwerpprobleem
en de taken en eigenschappen van het nieuwe product zijn vastgelegd.
Ook moet de onderneming eerst bepalen voor welke gebruikers het ontwerp is bedoeld,
in welke aantallen het zal worden geproduceerd en 
op welke kostprijs en verkoopprijs de onderneming mikt.

Een plan voor een nieuwe ondernemingsactiviteit bevat naast het productontwerp o.a. :

- plannen voor het fabricageproces;

- de inrichting van de fabriek;

- de milieueisen;

- de distributie;

- de marktbenadering;

- soms zelfs een geheel nieuwe productie- en verkooporganisatie.

Hoe kun je leren ontwerpen?

Ontwerpen gaat het best als je het systematisch aanpakt. Je leert dit al doende, door de verschillende fasen (stappen) van het ontwerpproces een aantal malen te doorlopen. Daarbij maken we gebruik van de zogenaamde “ontwerpcyclus”. Deze cyclus bestaat uit 6 fasen.

Fase 1

Het analyseren en beschrijven van het ontwerpprobleem.

Als je een probleem analyseert stel je jezelf vragen om er achter te komen hoe het probleem precies in elkaar zit. Voorbeelden van dergelijke vragen zijn: Wie hebben dit probleem? Waar wordt het door veroorzaakt? Zijn er problemen die hier op lijken? Ken je daar oplossingen van? Door de antwoorden op deze vragen zo nauwkeurig mogelijk op te schrijven, krijg je goed zicht op het ontwerpprobleem. Een geschikte methode om in deze fase te gebruiken is het zogenaamde woordweb. Dit wordt gebruikt in onderdeel 4.

 

Opdracht 1: Je wilt een nieuw slot voor je fiets ontwerpen. Beantwoord voor dit product de 4 bovenstaande vragen in je schrift.

Fase 2

Het opstellen van een programma van eisen waaraan het ontwerp moet voldoen.

Een programma van eisen (PvE) kun je opvatten als een lijst waarop alle toetsbare voorwaarden staan waaraan het product moet voldoen.

 

Opdracht 2: Een eis waaraan een goed slot voor je fiets moet voldoen is dat het niet in bijvoorbeeld 15 seconde is door te zagen met een ijzerzaag.

a] Verzin nog een eis waaraan een goed fietsslot moet voldoen en schrijf deze op in je schrift.

Lees hieronder het gedeelte uit een interview met professor Van den Hoven, techniekfilosoof en ethicus aan de TU Delft.

b] Bedenk zelf ook een voorbeeld waarbij ethische eisen van invloed zijn op een ontwerp en noteer dit in je schrift.

 

“Ik wil mensen graag aan het denken zetten over de ethische gevolgen van een technisch ontwerp.
Iedere nieuwe techniek heeft maatschappelijke gevolgen.”

Hoe kan techniek bepalen wat ik kies en waar ik ga of sta?

“Een goed voorbeeld zijn de laag overhangende snelwegen in New York, die begin vorige eeuw werden gebouwd.
Nadere studie onthulde dat de architect racistische ideeën had.
Die bruggen werden precies gebouwd tussen het stadsgedeelte met de parken voor blanke rijken
en het arme stadsgedeelte, waar de zwarte bevolking woonde.
De bruggen bleken zo laag gebouwd, dat er geen bussen onderdoor kon­den, het armelui-vervoer.
Zo kon hij met een ontwerp bewerkstelligen dat er minder zwarten uit het arme gedeelte naar de parken kwamen.”
 
Bron: Delta.08  10-03-2005

Fase 3

Het bedenken van deeluitwerkingen voor de taken en eigenschappen waaraan het ontwerp moet voldoen. Je doet dit met behulp van een ideeëntabel.

Een deeluitwerking is een voorstel om een stuk van het probleem op te lossen. Als in het programma van eisen bijvoorbeeld staat dat het voorwerp licht moet zijn, dan kun je als deeluitwerking voor deze eis noemen dat het voorwerp van karton gemaakt moet worden, of van een lichte plasticsoort, of dat het materiaal uitgehold moet worden, etc.

 

Een taak is een handeling die het voorwerp moet kunnen uitvoeren. Een taak heeft te maken met de bedoelingen van het product en kan zijn: snijden, optillen, schoonmaken, bewaren, etc.

 

Een eigenschap is iets anders dan een taak. Het is een kenmerk van het product die het gedrag ervan onder verschillende omstandigheden bepaalt.

Voorbeelden van eigenschappen zijn de kleur van het voorwerp, de afmetingen van het voorwerp, het gewicht van het voorwerp, de gebruikersvriendelijkheid, etc.

 

Een ideeëntabel is een tabel waarin je voor elke taak en eigenschap minstens drie verschillende ideeën voor (deel)uitwerkingen kunt noteren. Aan het eind van deze paragraaf staat een voorbeeld van een ideeëntabel.

 

Opdracht 3: Een fiets heeft een duur zadel, met vering, dat bevestigd is op een speciale zadelpen die werkt als een schokbreker. De zwarte bekleding van het zadel is van vochtwerend materiaal gemaakt met een schuimrubber vulling. Beantwoord de volgende 4 vragen in je schrift.

a] Welk probleem heeft de zadelmaker proberen op te lossen?

b] Voor welke taak van het zadel zijn hierboven oplossingen genoemd?

c] Welke eigenschap heeft het zadel hierdoor?

d] Welke drie deeluitwerkingen zijn hierboven genoemd om deze taak te verrichten?

Fase 4

Het formuleren van een ontwerpvoorstel op grond van de optimale combinatie van deeluitwerkingen.

Een ontwerpvoorstel formuleren betekent dat je met behulp van tekeningen en tekst laat zien hoe het product er precies uit komt te zien, waar het van gemaakt is, etc.

Om dit te bereiken heb je de optimale (= best haalbare) combinatie van deeloplossingen gekozen uit de ideeëntabel. Let op: dit betekent niet dat per taak/eigenschap de beste deeloplossing is gekozen. Het gaat erom dat alle gekozen deeloplossingen het best bij elkaar passen!

 

Opdracht 4: Je hebt de opdracht om een doosje te ontwerpen dat door de klant uit één stuk karton te vouwen is en eenvoudig in elkaar te zetten is zonder lijm of ander bevestigingsmateriaal.

Je hebt een ruimtelijke tekening van je ontwerp gemaakt, maar de klant vindt dit niet voldoende.

a] Schrijf in je schrift welke andere tekeningen de klant nog meer van je zal willen hebben?

b] Noteer ook welke aanwijzingen de klant wil dat je bij je tekeningen opschrijft?

Fase 5

Het realiseren van het ontwerp; het maken van een prototype.

Een prototype is een handgemaakte eerste versie van het product, een soort proefproduct. In deze fase wordt het ontwerp dus echt uitgevoerd (gerealiseerd).

 

Opdracht 5: Iemand heeft een kubusvormig doosje ontworpen in opdracht van de klant uit opdracht 4. Hiernaast zie je een uitslag van zijn ontwerp.

Noteer in je schrift waar deze ontwerper achter zal komen als hij zijn prototype gaat bouwen?

Fase 6

Het testen en evalueren van het ontwerp en zo nodig verbetervoorstellen doen.

Als het prototype klaar is, kan het getest worden. Bij het evalueren van de testresultaten wordt bekeken in hoeverre het product voldoet aan de gestelde eisen. Wordt aan sommige eisen onvoldoende voldaan, dan wordt bekeken waar dat aan ligt. Je bent het probleem dan opnieuw aan het analyseren. Om voorstellen voor verbetering te doen moet de ontwerpcyclus (gedeeltelijk) opnieuw doorlopen worden.

 

Opdracht 6: Test de pen waarmee je schrijft en beantwoord onderstaande 2 vragen in je schrift.

a] Welke eisen stel jij aan een goede pen? Schrijf er minstens 4 op.

b] Voldoet jouw pen aan jouw eisen? Heb je een voorstel om te verbeteren?

3: Hoe werk je met de ontwerpcyclus?

Technisch ontwerpen is een cyclisch proces. Je doorloopt de ene fase na de andere tot je de cyclus rond bent. Soms blijkt echter dat je eerdere fasen niet goed genoeg hebt uitgewerkt en moet je enkele fasen terug. Daarna doorloop je een aantal fasen opnieuw, maar dan grondiger en meer volledig.

Bij het uitwerken van je technische ontwerp wil je misschien in grote stappen vooruit of juist terug. Dat komt in de praktijk van ontwerpers ook regelmatig voor. Doe dat gerust: je ontwerp zal er beter van worden. Je doorloopt een ontwerpcyclus dus niet alleen maar voorwaarts, maar soms ook kriskras vooruit en achteruit.

Belangrijk is wel dat je niet zo maar een stap of fase overslaat.

 

Opdracht 7: De hele cyclus?

a] Beschrijf kort in je schrift elke fase van de ontwerpcyclus die je met het doen van de startopdracht in onderdeel 1, hebt doorlopen.

b] Heb je de cyclus één keer doorlopen? Ben je voor-en achteruit gegaan? Probeer zo volledig mogelijk te antwoorden.

De ideeëntabel

Bij de stap 'deeluitwerkingen bedenken' werk je met een ideeëntabel.

1. Eerst geef je zo beknopt mogelijk de hoofdtaak van het product weer. Anders gezegd: wat het product in de eerste plaats moet kunnen.

2. Dan vul je in de linkerkolom de deeltaken (afgeleid van de hoofdtaak) en eigenschappen (die gaan over vormgeving, ergonomie, milieu, manier van produceren enz.) van het ontwerp in. Je kunt deze afleiden uit het programma van eisen.

3. Vervolgens ga je per taak/eigenschap drie of vier deeluitwerkingen bedenken. Je kunt je ideeën opschrijven of tekenen.

 

Hieronder zie je een voorbeeld van een gedeeltelijk ingevulde ideeëntabel voor het ontwerp van een inbraakalarm. Om makkelijker op ideeën te komen zet je een deeltaak/eigenschap om in een "hoe kun je" vraag. Bij dit voorbeeld zoek je uitwerkingen voor de vragen "Hoe kun je deuren en ramen beveiligen?" of "Hoe kun je een inbreker registreren?". Dit soort vragen worden door ontwerpers HKJ-vragen genoemd. HKJ = Hoe kun je?

Hoofdtaak:  huis beveiligen tegen inbrekers

 

deeltaken

uitwerkingen

1

2

3

4

 1 beveiligen deuren

sloten

klemmen

dievenklauwen

dubbele deuren

 2 beveiligen ramen

tralies voor ramen

sloten

klemmen

dievenklauwen

 3 registreren inbreker

bewegingsalarm

camera's

alarm op deuren en  ramen

geluidsopname

 eigenschappen

 

 

 

 

 4 stevig

staal

titanium

dik hout

hard plastic

 5 gebruiks-vriendelijk

geen scherpe  randen/haken

duidelijke  handleiding

soepel te bedienen

gebruik van  hefbomen

 

In de volgende fase zoek je de optimale combinatie van uitwerkingen, hieruit formuleer je het ontwerpvoorstel. Daarbij moet je wel steeds terugkijken naar het programma van eisen (PvE).

 

 

Opdracht 8: Een ideeëntabel van een broodrooster.

Hierboven zie je een gedeeltelijk ingevulde ideeëntabel voor een ontwerp van een broodrooster, met een extra hulpmiddel: de HKJ-vraag.

a] Noteer de hoofdtaak in je schrift.

b] Neem de tabel over in je schrift en geef minstens 3 uitwerkingen per genoemde deeltaak. Maak gebruik van de HKJ-vraag.

Een nieuw produkt

Voor een nieuw product op de markt wordt gebracht, wordt het uitgebreid getest en steeds verbeterd. Zo worden prototypes van nieuwe auto’s aan allerlei veiligheidsonderzoeken onderworpen. Maar ook bestaande producten worden voortdurend verbeterd. De ervaringen van de gebruikers zijn daarbij vaak van groot belang.

 

Nieuwe auto

Autofabrikanten brengen elk jaar nieuwe modellen op de markt. In het ontwerpvoorstel voor een nieuw type staan ook de veiligheidseisen. Bijvoorbeeld eisen aan de stevigheid van de auto, de hoofdsteunen, de autogordels, de kreukelzones, de airbags, de remmen en de banden.

Botsproeven met echte auto’s zijn nogal kostbaar. Vaak wordt er al voor het bouwen van het prototype van een nieuw automodel met behulp van de computer een groot aantal virtuele botsproeven gedaan. Als na berekeningen blijkt dat het computermodel aan alle veiligheidseisen voldoet, laat de fabrikant een aantal prototypes in het echt bouwen. Deze testmodellen ondergaan een aantal echte botsproeven. Met geavanceerde elektronische meetinstrumenten worden de effecten van de botsingen geregistreerd. De effecten op de passagiers worden bepaald met poppen (dummy’s) die ook voorzien zijn van allerlei meetapparatuur.

Alle testgegevens zijn van belang voor de beslissing of het nieuwe model veilig genoeg is om daadwerkelijk in productie te nemen.

 

Nieuwe stoel

Tussen het prototype en het uiteindelijke product ligt vaak een lange weg. Neem bijvoorbeeld een gewone stoel voor in de zithoek thuis. In een advertentie staat: ‘Getest op kwaliteit, 10 jaar garantie.’ Om die garantie te kunnen geven gebruikt de fabrikant testen die de gebruiksomstandigheden nabootsen. Je hebt het vast wel eens gezien: een apparaat duwt dag in dag uit op de stoel met een kracht die te vergelijken is met het gewicht van iemand die er op gaat zitten. Vaak wordt het aantal keren ook nog geteld. Door de stoel tienduizenden keren te belasten kun je het effect van het dagelijkse gebruik gedurende langere tijd nabootsen. Een dergelijke test wordt een duurproef genoemd.

Bij tegenvallende resultaten past de fabrikant het ontwerp aan en wordt de duurproef herhaald. Daarbij kan weer een ander zwak punt in het ontwerp aan het licht komen. Zo leidt elk testresultaat tot een productverbetering. Zo’n proces van een aantal malen testen en kleine verbeteringen aanbrengen heet optimalisatie. Dit wordt veel gebruikt om de kwaliteit van het prototype stapsgewijs te verbeteren. Je ziet ook hier dat de ontwerpcyclus meerdere malen wordt doorlopen. Op het nieuwe of verbeterde product wordt vaak een octrooi aangevraagd.

Afsluiting

Maak onderstaande opdrachten in je schrift.

 

Opdracht 9: Leerlingenvervoer

Je denkt mee over het ontwerpen van een bus voor leerlingenvervoer.

a] Noem minstens 5 onderdelen van de bus die moeten worden getest op veiligheid.

b] Wat is het nut van virtuele botsproeven bij dit ontwerp?

 

Opdracht 10: Autodeur

Bij een duurproef gaat een autodeur 30.000 keer open en dicht. Een auto moet minstens tien jaar meegaan. Je mag er van uitgaan dat de autodeur gemiddeld 6 keer per dag open en dicht gaat.

Bereken of 30.000 keer voldoende is om 10 jaar gebruik na te bootsen.

 

Opdracht 11: Octrooi

Zoek met behulp van een encyclopedie of met Internet antwoord op de volgende vragen.

a] Wat is een octrooi en waar is het aan te vragen?

b] Waar en hoe lang is een octrooi geldig?

c] Wat is het voordeel van een octrooi?

d] Waarom vragen fabrikanten of uitvinders octrooi aan voor een product?

 

De belangrijkste fasen in het ontwerpproces zijn:

Fase 1: Het analyseren en beschrijven van het ontwerpprobleem.

Fase 2: Het opstellen van een programma van eisen waaraan het ontwerp moet voldoen.

Fase 3: Het bedenken van deeluitwerkingen voor de taken en eigenschappen
            waaraan het ontwerp moet voldoen met behulp van een ideeëntabel.

Fase 4: Het formuleren van een ontwerpvoorstel op basis van
           de optimale combinatie van deeluitwerkingen.

Fase 5: Het realiseren van het ontwerp; het maken van een prototype.

Fase 6: Het testen en evalueren van het ontwerp en zo nodig verbetervoorstellen doen.

Zoals je ziet komt er heel wat kijken bij het maken van een (technisch) ontwerp. Je zult gaan oefenen met delen van de cyclus. In sommige opdrachten analyseer je het probleem, maak je een programma van eisen en bedenk je deeluitwerkingen. In andere opdrachten test en evalueer je bestaande opdrachten en doe je voorstellen ter verbetering. Er zijn ook opdrachten waarin je iets gaat bouwen.

4: Fase 1 en 2

Ontwerpen is groepswerk. Samen kom je vaak op meer en betere ideeën dan wanneer je alleen werkt. Daarom werk je bij deze les in groepjes. Samen maak je kennis met de eerste fasen van het ontwerpproces aan de hand van een ontwerpprobleem.

Van het analyseren en beschrijven van het ontwerpprobleem naar het Programma van Eisen

Elk ontwerp begint met een ontwerpprobleem. De ontwerper krijgt de opdracht om een oplossing voor dat probleem verzinnen. De opdracht komt in dit geval van een verzekeringsmaatschappij: ontwerp een slot dat beter beveiligt dan de gebruikelijke sloten en dat fietsers graag willen gebruiken.

Met zo’n opdracht ga je als ontwerper aan het werk. Eerst verken je het ontwerpprobleem. Je opdracht is niet alleen om iets te ontwerpen waarmee het bijna niet meer mogelijk is dat een fiets gestolen wordt. Je moet er ook voor zorgen dat de gebruikers het een handig apparaat vinden. Kortom: je moet het ontwerpprobleem goed analyseren en beschrijven. Een hulpmiddel daarbij is het woordweb. Je zet midden op je papier het product waar het om gaat. Daaromheen zet je, net als in het voorbeeld hieronder, iedereen die met het probleem iets te maken heeft, de probleemhebbers.

Opdracht 12: Neem het woordweb hierboven over in je schrift en vul het verder in. Doe dat door aan elkaar de vraag te stellen: Wie hebben er nog meer met dit probleem te maken? Zet die ‘probleemhebbers’ ook in de eerste ring rond het centrale probleem.

Opdracht 13: Een eerste programma van eisen krijg je door je zelf vragen te stellen als: Wat wil de opdrachtgever? Wat wil de fietser? Wat wil de winkelier? Hoe denkt de dief? Zet de antwoorden in de volgende ring van het woordweb. Het ene idee roept vaak het andere op.

Productanalyse

Als je iets gaat ontwerpen is het erg belangrijk dat je de eigenschappen en taken van het nieuwe product op een rijtje zet. Zo krijg je in beeld wat de probleemhebber wil met het product. Hoe breng je nu de eigenschappen en taken van een produkt in kaart?

Neem bijvoorbeeld de kurkentrekker. Een van de eigenschappen is, dat hij een scherpe punt heeft. Wat is de taak van de scherpe punt? Waarom heeft de kurkentrekker deze eigenschap? Om gemakkelijk in de kurk te prikken.

Een ontwerper heeft een goed overzicht van de eigenschappen en taken van een nieuw product nodig. Dat helpt om voor al die eigenschappen en taken slimme en creatieve uitwerkingen te bedenken.

Opdracht 14: Je probeert aan de hand van bestaande (meestal onbekende) producten te achterhalen wat de eigenschappen en taken van dat product zijn. Je geeft het product een naam en bedenkt een korte tekst om het aan de man/vrouw te brengen. Je krijgt met je groep een aantal genummerde producten. Sommige producten zijn kwetsbaar, ga er voorzichtig mee om! Van 2 producten breng je de eigenschappen en taken in kaart. Vervolgens bepaal je de hoofdtaak. Ieder gebruikt een eigen werkblad. Er is ook een groepswerkblad. Klik op de betreffende knoppen om de bestanden te downloaden.

Individueel:

a] Bekijk de beide gekozen producten goed en ga voor jezelf na welke eigenschappen kenmerkend zijn voor dat product. Schrijf in de tabel op je eigen werkblad minstens 5 eigenschappen van elk product. Leid daaruit af welke taak bij elke eigenschap zou kunnen horen. Noteer ze ook op jouw werkblad.

Als Groep:

b] Vergelijk in je groep jullie lijstjes met eigenschappen en taken en stel een gezamenlijke lijst op. (groepswerkblad)

c] Wat is volgens jullie de hoofdtaak van elk product? Noteer dat op het groepswerkblad. Heeft het product een naam? Gebruik anders je fantasie om uit de hoofdtaak een passende naam af te leiden.

d] Bedenk samen een korte tekst voor een radiospotje, Tv-commercial of Tell-Sell-presentatie over het product. Kort en krachtig, maximaal vijf regels. Noteer de tekst op jullie groepswerkblad.

5: Fase 2, 3 en 6

Bij de ingang van een gebouw wordt vaak een hellingbaan aangelegd voor mensen in een rolstoel, mensen met een rollator of voor mensen met bijvoorbeeld een kinderwagen. Een helling mag niet te steil zijn, anders kun je niet boven komen. Maar de helling mag ook niet te lang zijn, want iemand die zijn rolstoel zelf voortbeweegt kan ook niet te lang tegen een helling oprijden. Veel mensen met een rollator kunnen bovendien niet te lang achter elkaar lopen, om de paar meter moeten ze even kunnen uitrusten. 

De Hellingbaan

Naast een probleemomschrijving zoals daarnet beschreven moet je bij een ontwerp vaak ook voldoen aan allerlei randvoorwaarden en rekening houden met allerlei extra informatie.

Opdracht 15: In deze opdracht ga je voor een hellingbaan het programma van eisen opstellen, (deel)uitwerkingen bedenken en een mogelijk ontwerp evalueren.

Individueel

a] Lees de probleembeschrijving nog eens aandachtig door, bekijk de randvoorwaarden hieronderaan en bestudeer het informatieblad. (Klik op de knop om het informatieblad te downloaden.)

b] Bedenk aan welke andere eisen de hellingbaan moet voldoen. Gebruik hier het werkblad voor (dat je kunt downloaden door op de knop te drukken). Tip: Bedenk goed met welke gebruikers je te maken hebt.

Als Groep

c] Bekijk alle bijdragen en stel samen een definitief PvE vast. Vul dit in op je werkblad.

d] Bereken de maximale hellingshoek en de minimale lengte van de helling. Gebruik de gegevens van het informatieblad en noteer jullie berekening in het werkblad.

e] Brainstorm samen over oplossingen voor het probleem en teken een oplossing in op de plattegrond. (zie figuur 1, werkblad)

f] Toets jullie oplossing aan het programma van eisen en vul dit in op je werkblad.

 

Randvoorwaarden:

- De hellingbaan moet een hoogteverschil van 1 meter overbruggen.

- De hellingbaan moet in zijn geheel op het eigen terrein liggen (zie plattegrond, figuur 1, werkblad).

- De hellingbaan mag niet door obstakels heen gelegd worden (zie plattegrond, figuur 1, werkblad).

- De hellingbaan mag het pad niet snijden (zie plattegrond, figuur 1, werkblad).

6: Fase 6, 1, 2 en 3

Eén van Neerlands bekendste exportproducten is kaas. Over de hele wereld wordt de Goudse kaas verkocht! Zoals bekend zijn er vele soorten kaas, die op verschillende manieren gegeten worden. In Nederland wordt kaas vaak 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 schaven maken de zachte, jonge kaas kapot. Er is al een speciale kaasschaaf voor jonge kaas (zie figuur rechts), maar helaas is succesvol schaven nog niet verzekerd!

- Bij oude kaas zijn de gebruikelijke kaasschaven (zie de tweede figuur rechts) ook niet altijd bruikbaar. De plakjes brokkelen af en de kaas breekt.

Het zoeken is naar een kaasschaaf, die bruikbaar is voor verschillende soorten Nederlandse kaas. Ook notenkaas, komijnekaas, gatenkaas en Leidse kaas moeten gesneden kunnen worden.

Kaasschaven

In de volgende opdracht ga je de bestaande ontwerpen van kaasschaven (testen en) evalueren en de bijbehorende problemen beschrijven. Aan de hand van de geidentificeerde problemen stel je een nieuw programma van eisen op en bedenk je een aantal (deel)uitwerkingen.

Opdracht 16: Bekijk twee verschillende uitvoeringsvormen van de bekende kaasschaaf.

Individueel

a] Evalueer de ontwerpen. gebruik daarbij het werkblad (druk op knop om te downloaden). Gebruik functionele criteria en vergelijk op basis daarvan de gegeven kaasschaven. Een paar tests doen is zinvol. Tip: Werk als in een consumentenbondtest met ++, +, □ , - en --.

Als Groep

b] Beschrijf het probleem van de kaasschaaf op je werkblad. Gebruik daarvoor jullie evaluaties.

Individueel

c] Formuleer een programma van eisen (PvE) voor de nieuw te ontwerpen kaasschaaf.

Als Groep

d] Vergelijk jullie eisen. Kies in goed overleg het definitieve PvE.

e] De hoofdtaak staat al boven de ideeëntabel op het werkblad. Bedenk deeltaken en zet ze als ‘werkwoorden’ in de linker kolom.

f] Vergelijk jullie deeltaken en kom tot een definitief lijstje.

g] Bedenk hoe die deeltaken uitgewerkt kunnen worden. Zet die in trefwoorden onder ‘uitwerkingen’.

7: Ontwerpen en Onderzoeken

Bij ontwerpen gaat het altijd over dingen die gemaakt worden of gemaakt kunnen worden. Bij technisch ontwerpen, in tegenstelling tot kunstzinnig ontwerpen, heeft dit altijd tot doel om een oplossing te geven voor een probleem of om te voorzien in een behoefte. Ontwerpen gebeurt als er een probleem is waar een oplossing voor bedacht moet worden. En bij technisch ontwerpen is deze oplossing meestal een product, een apparaat of voorwerp.

Overeenkomsten en verschillen tussen onderzoeken en ontwerpen

Bij zowel technische als sociale wetenschappen vindt veel onderzoek plaats. Dit gebeurt meestal als er over een bepaald onderwerp geen, weinig of onvoldoende kennis is. Door het doen van onderzoek wil men beter begrijpen hoe het onderwerp “werkt”. Onderzoek komt vaak voort uit nieuwsgierigheid en het resultaat van onderzoek is kennis.

Ontwerpen en onderzoeken lijken in sommige opzichten veel op elkaar, maar er zijn ook wezenlijke verschillen. Ontwerpen kun je in feite niet of nauwelijks zonder dat je kennis hebt van onderzoeksresultaten. Je zult ook vaak onderzoek moeten doen om een ontwerp te kunnen beoordelen. Onderzoek kan vaak wel zonder ontwerpen, maar onderzoekers zullen soms een instrument moeten (laten) ontwerpen om goed onderzoek te kunnen doen.

Nog een belangrijk verschil: Ontwerpen leidt tot materiële dingen, die gewenste eigenschappen hebben en daardoor praktische problemen kunnen oplossen. Onderzoek beoogt theoretische problemen op te lossen en moet leiden tot algemeen geldende uitspraken (wetten en theorieën) die verschijnselen beter verklaren (en voorspellen).

Manier van aanpak

Voor de exacte vakken wordt veel aandacht besteed aan onderzoeken en de manier om problemen aan te pakken. Bij ontwerpen kun je echter niet dezelfde werkwijze volgen, maar het kan wel met behulp van een bepaalde systematiek, zoals eerder besproken, de zgn. ontwerpcyclus.

Laten we eens kijken naar de manier waarop ontwerpen en onderzoek worden aangepakt. Om de verschillen duidelijk te maken staan in het onderstaande schema het proces van probleemoplossen naast elkaar. Dit is alleen gedaan om de belangrijkste verschillen te bespreken, want zoals we al gezien hebben is het werkelijke proces meestal cyclisch.

Zoals te zien is in de bovenstaande tabel zijn er een behoorlijk aantal overeenkomsten aan te geven in aanpak. Het grootste en belangrijkste verschil is dat er bij een technisch ontwerpprobleem meerdere aanvaardbare oplossingen zijn en bij natuurwetenschappelijk onderzoek  wordt ervan uitgegaan dat er maar één juiste oplossing is.

Nadat voor het technisch ontwerp het programma van eisen is opgesteld, wordt er geprobeerd een groot aantal mogelijkheden te bedenken, in plaats van te streven naar één oplossing. Dit wordt ook wel divergent denken genoemd en leidt tot de ideeëntabel. Vanuit al deze mogelijkheden wordt de meest geschikte combinatie gekozen, wat het ontwerpvoorstel oplevert.

Belangrijke verschilpunten tussen technisch ontwerpen en wetenschappelijk onderzoek zijn:

- ontwerpen is gericht op verandering van de wereld, onderzoek op kennis van de wereld

- bij ontwerpen speelt techniek de hoofdrol, bij onderzoek de wetenschap

- de ontwerpcyclus richt zich op een mogelijke wereld, onderzoek op de bestaande wereld

- ontwerpen richt zich op de totaliteit, onderzoek op details

- bij ontwerpen is de evaluatie gericht op de tevredenheid van de probleemhebber, bij onderzoek is de evaluatie gericht op de mate waarin het verschijnsel verklaard is.

 

8: Een Eigen Ontwerp

Opdracht 17:

Beschrijf kort een probleem dat je zou willen oplossen met een eigen ontwerpen.

Geef daarbij aan in welke richting je de oplossing zou zoeken, oftewel schets kort aan welke oplossing je zit te denken.

Begrippenlijst Ontwerpen

Ontwerpen

Het uitdenken van technische oplossingen voor een gegeven probleem.

 

Ontwerpcyclus

Structuurmodel van het ontwerpproces waarbij meerdere fasen worden onderscheiden. Deze fasering is cyclisch van aard omdat het proces of delen daarvan in de praktijk meerdere keren doorlopen wordt.

 

Probleemanalyse

Definiëren van het ontwerpprobleem en onderzoek naar criteria waaraan mogelijke uitwerkingen moeten voldoen.

 

Programma van eisen

Toetsbare criteria waaraan het ontwerp moet voldoen.

 

Ideeëntabel

Hulpmiddel bij het in kaart brengen van alternatieve uitwerkingen voor een ontwerpprobleem.

In de tabel wordt per taak of eigenschap van een te ontwerpen product een aantal verschillende uitwerkingen beschreven.

 

Taken

De functies die een te ontwerpen product moet vervullen. Taken worden bij voorkeur beschreven in werkwoorden, bijv. verwarmen, snijden, ondersteunen, bewaren,  

We onderscheiden hoofdfunctie(s) en daarvan afgeleide deelfuncties.

 

Eigenschappen van een product

Kenmerken van het product die het gedrag ervan onder verschillende omstandigheden bepalen, bijv. sterk, buigbaar, licht, herkenbaar, ..

 

Functies van een product

De bedoelingen van een product (deze kunnen technisch, maar bijvoorbeeld ook bedrijfseconomisch van aard zijn).

 

Divergeren/Divergent denken

Het creatieve denkproces waarin alternatieve uitwerkingen voor een pro­bleem worden bedacht.

 

Convergeren/Convergent Denken

Het denkproces waarin het meest kansrijke ontwerpvoorstel wordt gecreëerd, door het samenstellen van een afgewogen keuze uit een scala van oplossingen.

 

Testen

Onderzoeken of het ontwerp voldoet aan de gestelde eisen.

 

Evalueren

Toetsen van het ontwerp aan het programma van eisen en voorstellen doen voor verbetering.

  • Het arrangement Technisch Ontwerpen Startmodule is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    herbert van de voort
    Laatst gewijzigd
    03-04-2017 14:28:01
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

    Deze Wiki is gebaseerd op de NiNa Technisch Ontwerpen Startmodule, van Wim Sonneveld en Nord-Jan Vermeer, versie 29 jan 2007. 

     

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van