Ontwerpen en maken (Produceren, installeren en energie vmbo), les 1: Uitleg

• newEditor
• Produceren, installeren en energie
• Middelbare school
• vmbo b, k, g

Introductie

Uitleg over ontwerpen en maken: het ontwerpproces, 3D-CAD en werktekeningen lezen, stuklijst en calculatie, automatisch produceren, elektrische schakelingen en relais, meten en rekenen. Voor het CSPE profielvak produceren, installeren en energie, module 1. Wat alleen voor KB en GL geldt staat in de notities.

Het 3D-model (boven) en het gefreesde onderdeel (onder)

MODULE 1 · ONTWERPEN

Ontwerpen en maken

Examenstof produceren, installeren en energie vmbo · CSPE

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: P/PIE/1.1 tot en met 1.3. Image credit: Mike1024 / Wikimedia Commons, publiek domein

MODULE 1 · ONTWERPEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan een ontwerp maken en beoordelen, een werktekening, stuklijst en schema lezen en meten en rekenen aan een schakeling.

Welke woorden horen bij ontwerpen en maken?

Verwacht: ontwerp, tekening, 3D-printer, schakeling, meten, stroom, lamp, relais. Groepeer op ontwerpen met CAD, automatisch produceren en elektrische schakelingen: zo loopt de les. Syllabus P/PIE/1.

Een 3D-printer maakt van een ontwerp een echt product

MODULE 1 · ONTWERPEN

Het ontwerpproces

• Probleemanalyse: wat is het probleem en wat wil de klant?

• Stel een programma van eisen op: wat moet het ontwerp kunnen?

• Bedenk oplossingen, kies er één en werk de details uit.

Syllabus P/PIE/1.1.1.1 (KB en GL): stappen van het ontwerpproces: probleemanalyse, programma van eisen, mogelijke oplossingen genereren, een oplossing kiezen, details uitwerken, evalueren. BB (1.1.1.2): programma van eisen, kiezen uit bestaande oplossingen en dat beargumenteren, details uitwerken. Veelgemaakte fout: meteen gaan tekenen zonder programma van eisen. Image credit: MukhtaromST / Wikimedia Commons, CC0

MODULE 1 · ONTWERPEN

Eisen, kiezen en schetsen

• Leid de eisen af uit de probleemformulering.

• Een goede eis is meetbaar, bijvoorbeeld een maat of een gewicht.

• Kies een oplossing en geef een reden: past ze bij de eisen?

• Verwerk de eisen in je schets en geef de functie van het ontwerp aan.

Syllabus P/PIE/1.1.1.3 tot en met 1.1.1.8 (KB en GL): ontwerpvraagstuk analyseren en oplossen, functie en werking benoemen, beargumenteerde keuze, programma van eisen afleiden en verwerken, ontwerp schetsen. 1.1.2.4 (KB en GL): een oplossing kiezen en motiveren. Veelgemaakte fout: kiezen zonder reden te noemen.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Een ontwerp evalueren

• Evalueren: vergelijk het ontwerp met het programma van eisen.

• Gebruiksvriendelijkheid: is het makkelijk te gebruiken?

• Functionaliteit, duurzaamheid en veiligheid: doet het wat het moet, houdt het lang, is het veilig?

• Efficiëntie: hoeveel tijd, materiaal en energie kost het?

Syllabus P/PIE/1.1.1.9 (kolom GL): een ontwerp evalueren op gebruiksvriendelijkheid, functionaliteit, duurzaamheid, veiligheid en efficiëntie. Alleen GL: deze vijf criteria. Alle niveaus: evalueren hoort bij het ontwerpproces (1.1.1.1 en 1.1.1.2).

Je hebt het probleem geanalyseerd. Wat doe je daarna?

A

Een oplossing kiezen

B

Het ontwerp evalueren

C

De details uitwerken

D

Een programma van eisen opstellen

Syllabus P/PIE/1.1.1.1: de volgorde is probleemanalyse, programma van eisen, oplossingen bedenken, kiezen, details, evalueren. Verwachte fout: meteen een oplossing kiezen.

Het 3D-model (boven) en het gefreesde onderdeel (onder)

MODULE 1 · ONTWERPEN

Van schets tot 3D-model

• Maak een schets en daarna een 3D-model. Sla het op.

• Geef het model de vorm en de maten uit je schets.

• Met dit model maak je straks het product op een machine.

Syllabus P/PIE/1.1.2.1 (BB, KB en GL): een 3D-model maken met een 3D-tekenprogramma en het model opslaan. 1.1.5.1: het ontwerp naar een productiemachine sturen. Veelgemaakte fout: het model niet opslaan voor je verder gaat. Image credit: Mike1024 / Wikimedia Commons, publiek domein

MODULE 1 · ONTWERPEN

Onderdelen samenstellen

• Meerdere onderdelen (parts) voeg je samen tot een assembly.

• In een assembly zie je hoe de onderdelen op elkaar aansluiten.

• Sla ook de assembly op.

• Kies uit meer oplossingen de beste en leg uit waarom.

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.1.2.3: een samenstelling (assembly) maken met een 3D-tekenprogramma en deze opslaan. 1.1.2.4: een oplossing kiezen en motiveren. Veelgemaakte fout: assembly en stuklijst door elkaar halen. Een assembly is het samengestelde model, een stuklijst de lijst met onderdelen.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Een werktekening lezen

• Derde kwadrant (Amerikaanse projectie): bovenaanzicht boven het vooraanzicht.

• Het rechteraanzicht staat rechts van het vooraanzicht.

• Isometrisch: het hele product in één 3D-beeld.

• Doorsnede: je kijkt in het product. Het snijvlak is gearceerd.

Syllabus P/PIE/1.1.2.2 (BB, KB en GL): het lezen van een werktekening: de Amerikaanse (derde kwadrant) projectiemethode, doorsnede en isometrische projectie. Veelgemaakte fout: de plaats van het bovenaanzicht omdraaien (Europese projectie: dan staat het bovenaanzicht onder het vooraanzicht).

MODULE 1 · ONTWERPEN

Stuklijst en materiaalstaat

• Stuklijst: alle onderdelen van een product met de aantallen.

• Materiaalstaat: het materiaal dat je nodig hebt, met maten en aantallen.

• Je haalt het uit de tekening: tel en meet. Dat heet uittrekken.

• Let op: aantal per product maal het aantal producten.

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.1.3.1 en 1.1.3.2: handmatig materiaal uittrekken en materiaallijsten maken, handmatig stuklijsten maken met behulp van een tekening. Veelgemaakte fout: vergeten te vermenigvuldigen met het aantal producten.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Een eenvoudige calculatie

• Zoek prijzen van materialen op in een prijslijst of via internet.

• Aantal maal prijs per stuk geeft het bedrag per regel.

• Tel alle regels op: dat zijn de materiaalkosten.

• Een rekenblad op de computer rekent snel en netjes.

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.1.4.1: gegevens opzoeken over materialen en prijzen en daarmee een eenvoudige calculatie maken met ICT. Veelgemaakte fout: de prijs per stuk als totaalprijs lezen.

Een werkplaats met 3D-printers

MODULE 1 · ONTWERPEN

Automatisch produceren

• Een 3D-printer bouwt je model laag voor laag op.

• Een lasersnijder snijdt vlakke delen uit plaat.

• Een CNC-, laser- of plasmasnijmachine snijdt de vorm uit plaat.

Syllabus P/PIE/1.1.5.1 (BB, KB en GL): een ontwerp van een eenvoudig product naar een productiemachine sturen: 3D-printer bedienen en product printen, (CNC, laser, plasma) snijmachine bedienen en een product snijden. Veelgemaakte fout: 3D-printen en snijden op een lijn zetten. Printen bouwt op, snijden haalt materiaal weg. Image credit: Majabojarska / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Een lasersnijder snijdt een patroon in een houten plaat

MODULE 1 · ONTWERPEN

Van model naar machine

• Sla het ontwerp op als bestand dat de machine kan lezen.

• Stuur het bestand naar de 3D-printer of de snijmachine.

• Controleer materiaal en instellingen voordat je start.

Syllabus P/PIE/1.1.5.1 (BB, KB en GL): een ontwerp van een eenvoudig product naar een productiemachine sturen, de machine bedienen en het product printen of snijden. Volg bij de machine altijd de werkinstructie. Veelgemaakte fout: de machine starten zonder materiaal en instellingen te controleren. Image credit: Steven Kay / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Welke machine bouwt een product laag voor laag op?

A

Een lasersnijder

B

Een plasmasnijmachine

C

Een CNC-snijmachine

D

Een 3D-printer

Syllabus P/PIE/1.1.5.1. Een lasersnijder, plasma- en CNC-snijmachine snijden materiaal weg uit plaat. Verwachte fout: lasersnijder, omdat die ook met een computerbestand werkt.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Een stroomkringschema lezen

• Een stroomkringschema laat zien hoe de onderdelen verbonden zijn.

• Elk onderdeel heeft een symbool: voeding, schakelaar, lamp.

• Bouw de schakeling op volgens het schema.

• Zet de voeding pas aan als de schakeling klopt. Test dan de werking.

Syllabus P/PIE/1.2.2.1 en 1.2.2.2 (BB, KB en GL): de bedrading tekenen en componenten aansluiten aan de hand van een stroomkringschema; 1.2.1.1 (KB en GL): een schakeling tekenen aan de hand van een programma van eisen. Veelgemaakte fout: aan de voeding zetten voordat de bedrading is gecontroleerd.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Vier lichtschakelingen

• Enkelpolig: de schakelaar onderbreekt één draad.

• Dubbelpolig: de schakelaar onderbreekt beide draden tegelijk.

• Serieschakeling: één schakelaar met twee knoppen bedient twee lampen apart.

• Wisselschakeling: één lamp bedienen met twee wisselschakelaars.

Syllabus P/PIE/1.2.1.2 (KB en GL) en 1.2.2.2 (BB, KB en GL): de verlichtingsschakelingen enkelpolig, dubbelpolig, serieschakeling en wisselschakeling opbouwen, de werking zichtbaar maken en omschrijven. Serieschakeling is hier de installatieschakeling: één serieschakelaar (twee knoppen in één huisje) bedient twee lichtpunten, elk apart, vanaf één plek, met de serieschakelaar in de faseleiding (bron: Elektramat kennisbank, Wat is een serieschakeling, elektramat.nl). Niet te verwarren met lampen in serie. Veelgemaakte fout: wisselschakeling (één lamp, twee plekken) en serieschakeling (twee lampen, één plek) door elkaar halen.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Het relais

• Een relais is een schakelaar die je met stroom bedient.

• Stroom door de spoel maakt er een elektromagneet van.

• De magneet trekt het contact dicht: de lamp gaat aan.

• Een kleine stuurstroom schakelt zo de lastkring.

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.2.1.3 en 1.2.1.4: principe van het relais, functie en werking van het relais en een relaisschakeling, blokschematische opbouw. Veelgemaakte fout: denken dat de lamp in de stuurkring zit.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Een relaisschakeling bouwen

• In de stuurkring zitten de drukknop en de spoel.

• In de lastkring zitten het relaiscontact en de lamp.

• Bouw eerst de stuurkring, daarna de lastkring. Test elke kring.

• Je bouwt met hoogstens twee relais.

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.2.1.3: een lichtschakeling met maximaal twee relais opbouwen: relaisschakeling met drukknoppen en lampen, opbouw en volgorde van de schakeling, werking zichtbaar maken en omschrijven. Veelgemaakte fout: beide kringen tegelijk aansluiten en dan een fout niet kunnen vinden.

Kijk naar het schema. Welke letter is de spoel van het relais?

A

Letter A

B

Letter B

C

Letter C

D

Letter D

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.2.1.4. A is de drukknop, B de spoel, C het relaiscontact en D de lamp. Verwachte fout: A, omdat de drukknop in dezelfde kring zit. Image credit: Eigen figuur

Zet de werkvolgorde bij het opbouwen op volgorde

1

Het stroomkringschema lezen

2

De bedrading aansluiten

3

De voeding aansluiten

4

De onderdelen klaarleggen en plaatsen

5

De werking testen

Syllabus P/PIE/1.2.2.1 en 1.2.2.2: aansluiten aan de hand van een stroomkringschema en de werking zichtbaar maken. Verwachte fout: de voeding aansluiten voor de bedrading.

Een digitale universeelmeter met meetsnoeren

MODULE 1 · ONTWERPEN

Meten met een meter

• Meten: een grootheid vergelijken met de eenheid.

• Spanning in volt (V), stroom in ampère (A).

• Weerstand in ohm (Ω). Een autorange-meter kiest zelf het bereik.

Syllabus P/PIE/1.3.1.1 (BB, KB en GL): het principe van digitaal meten: meten is het vergelijken van een grootheid met de eenheid, de begrippen grootheid en eenheid, wijze van aansluiten, weergave in tabel en grafiek. 1.3.1.2: instrument autorange digitale universeelmeter; spanning, stroom, weerstand. Veelgemaakte fout: grootheid en eenheid door elkaar halen. De grootheid is spanning, de eenheid is volt. Image credit: K. Venkataramana / Wikimedia Commons, CC0

MODULE 1 · ONTWERPEN

De meter aansluiten

• Spanning meet je parallel: de meter naast het onderdeel.

• Stroom meet je in serie: de meter in de kring.

• Zet de meter eerst op de juiste grootheid. Weerstand meet je zonder spanning.

• Een tweepolige spanningstester laat zien of er spanning staat.

Syllabus P/PIE/1.3.1.2 (BB, KB en GL): meetopdracht omschrijven, de bedrading van de meetopstelling tekenen, instrument instellen: wijze van aansluiten. Deeltaak 1.3.3 (BB, KB en GL): digitale universeelmeter en tweepolige spanningstester instellen en aansluiten. Veelgemaakte fout: de stroommeter parallel aansluiten.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Rekenen aan schakelingen

• Wet van Ohm: U = I × R. Dus I = U : R en R = U : I.

• Alleen KB en GL: vermogen P = U × I, in watt (W).

• Een geleider laat stroom door, een isolator niet.

• Schrijf eerst op wat gegeven is en wat gevraagd wordt.

Syllabus P/PIE/1.3.2.1 (BB): stroomkringschema, de begrippen spanning, stroom, weerstand, vermogen en energie, geleider en isolator, wet van Ohm. 1.3.2.2 (KB en GL): daarnaast P = U × I en E = P × t. Alleen KB en GL: rekenen met P = U × I. Veelgemaakte fout: de formule verkeerd om gebruiken (R : U in plaats van U : R).

MODULE 1 · ONTWERPEN

Energie en rapport (KB, GL)

• Alleen KB en GL: energie is E = P × t, vermogen maal tijd.

• Vermogen in kW en tijd in uur geeft energie in kWh.

• Een meetrapport heeft: beschrijving, meetschema, tabel of grafiek en conclusie.

• Zet je meetresultaten in een tabel of grafiek.

Alleen KB en GL. Syllabus P/PIE/1.3.2.2: de relatie tussen vermogen, tijd en energie (E = P × t); 1.3.3.1 tot en met 1.3.3.3: meetresultaten gebruiken voor berekeningen, resultaten weergeven in tabellen en grafieken, een meetrapport maken met beschrijving van de meting, meetschema, resultaten in tabel of grafiek en conclusie. Veelgemaakte fout: watt en kilowatt door elkaar halen.

U = 12 V en R = 60 Ω. Hoe groot is de stroom?

A

5 A

B

720 A

C

0,2 A

D

48 A

Syllabus P/PIE/1.3.2.1: wet van Ohm. I = U : R = 12 : 60 = 0,2 A. Nagerekend: 0,2 maal 60 is 12. Verwachte fout: R : U = 5 (omgedraaid) of U maal R = 720.

Wat vond je het lastigst in deze les?

1

Ontwerpen en tekeningen

2

Stuklijst en calculatie

3

Schakelingen en relais

4

Meten en rekenen

Gebruik de uitkomst om de volgende les te sturen.

Noem één ding dat je bij een practicum nu anders doet.

Open reflectie. Goede antwoorden: eerst het schema lezen, de meter goed aansluiten, de voeding pas aan als de bedrading klopt.

MODULE 1 · ONTWERPEN

Begrippen (1/2)

• Programma van eisen: lijst met wat het ontwerp moet kunnen

• Isometrisch: tekening van het hele product in één 3D-beeld

• Doorsnede: tekening van de binnenkant, met gearceerd snijvlak

• Assembly: meerdere onderdelen samengevoegd in het 3D-programma

• Stuklijst: lijst met alle onderdelen en aantallen

MODULE 1 · ONTWERPEN

Begrippen (2/2)

• Materiaalstaat: lijst met materiaal, maten en aantallen

• Relais: schakelaar die je met een elektromagneet bedient

• Wet van Ohm: U = I × R

• Autorange: de meter kiest zelf het meetbereik

• Vermogen: P = U × I, in watt