We zullen onderzoeken hoe de objecten die we als vanzelfsprekend beschouwen, zijn ontworpen, gebouwd en gemaakt om hun functies uit te voeren. Begrijp het complexe proces dat nodig is om elk object de functies te laten vervullen die we in het echte leven nodig hebben, en verken de belangrijke factoren en technologische uitdagingen die daarbij betrokken zijn.
We gebruiken veel dingen in ons leven. We hoeven alleen maar te kijken naar hoe we 's ochtends wakker worden en onze gezichten wassen om deze schijnbaar voor de hand liggende bewering te bewijzen. Laten we eens kijken naar de ochtendroutine van een typische student.
Wanneer het alarm afgaat op een voorwerp dat een 'klok' wordt genoemd, komen we uit bed, zetten een voorwerp op dat 'een bril' wordt genoemd, openen de deur van de badkamer, verplaatsen een voorwerp dat een 'kraan' wordt genoemd om water te laten ontsnappen en wassen ons. ons gezicht ermee. Wanneer je de kraan opendraait, activeert de ‘watertank’ de ‘pomp’ en andere objecten die stroom leveren om het water te laten stijgen, en stroomt het water door de ‘waterleiding’. Nadat je je gezicht hebt gewassen, droog je het af met een handdoek en bevochtig je het vervolgens met huid, lotion en andere producten.
Alleen al door naar het proces van het wassen van ons gezicht te kijken, kunnen we zien dat er minstens tien verschillende voorwerpen worden gebruikt. Een andere manier om erover na te denken is dat we ons gezicht soepel kunnen wassen omdat alle objecten die bij het proces betrokken zijn hun werk doen. In feite zijn veel van deze eenvoudige alledaagse voorwerpen complex qua ontwerp en productie. Er is een team van experts nodig om deze veelvoorkomende objecten te ontwerpen, te vervaardigen en ze zo goed te laten werken. Hoe worden deze objecten in massa geproduceerd om de functies te vervullen die we in het echte leven nodig hebben, en hoe worden complexe en grote objecten, zoals auto's en mobiele telefoons, gemaakt om meerdere functies te vervullen, naast eenvoudige objecten zoals de hierboven genoemde?
Ondanks de uitgestrektheid en reikwijdte van het concept van een ‘object’, worden de meeste objecten via vergelijkbare patronen ontwikkeld en op de markt gebracht. Dit is vergelijkbaar met hoe de principes van de natuur, ook al lijken ze complex, in werkelijkheid uit eenvoudige regels bestaan. Het proces van het ontwerpen van dingen volgt dezelfde basisprincipes en stappen. Laten we eens kijken hoe een product ontstaat uit een behoefte of idee.
De woordenboekdefinitie van een object is “elk materieel object dat een bepaalde vorm heeft”. Omdat we echter alleen naar objecten gaan kijken die zijn geproduceerd om een noodzakelijke functie te vervullen, kunnen we dit herformuleren als 'elk materieel object dat een specifieke functie vervult'. In zijn eenvoudigste vorm kan een functie worden gezien als iets dat een uitvoer produceert wanneer een invoer wordt toegepast. Als je bijvoorbeeld naar het stuur van een auto kijkt, is de hoek waaronder het stuur wordt gedraaid de input, en de hoek waaronder het stuur draait de output. Een ander voorbeeld is een elektrische ventilator, waarbij elke knop een ingang is en de windrichting, windsnelheid en rotatie uitgangen zijn wanneer het snoer is aangesloten.
In dit artikel gaan we een apparaat gebruiken dat 'ophanging' wordt genoemd, om ons te helpen de impact van een vliegtuig te begrijpen wanneer het landt. De ophanging is essentieel voor de veiligheid van een vliegtuig en zelfs een kleine fout kan een catastrofaal effect hebben op de prestaties van het vliegtuig. Daarom moet het proces van het ontwerpen en bouwen van dit apparaat zeer zorgvuldig gebeuren.
De eerste stap bij het ontwikkelen en bouwen van een object is het identificeren van de inputs en outputs die nodig zijn om zijn functie te vervullen. Het belangrijkste aan dit proces is dat je moet nadenken over alle inputs en outputs die betrokken zijn bij het uitvoeren van de functie. Voor eenvoudige objecten is dit geen probleem, omdat er minder variabelen zijn om over na te denken, maar voor complexe objecten met meerdere componenten kunnen er invoergegevens zijn waar u nog niet aan heeft gedacht. Verschillende inputs zullen resulteren in verschillende outputs, dus het is erg belangrijk om de variabelen te identificeren.
In het geval van een opschorting zijn de inputs die bijdragen aan de werking ervan de landingssnelheid van het vliegtuig, de helling van de landingsplaats, de ruwheid van de grond en de luchtdrukverdeling op de landingshoogte. De output is de hoeveelheid versnelling die het vliegtuig in een rechte lijn heeft. Hoe kleiner de lineaire versnelling van het vliegtuig, hoe beter de schokdemper zijn werk heeft gedaan. Als met een van deze factoren geen rekening wordt gehouden, kan dit op kleine schaal ongemak voor de passagiers veroorzaken, en in ernstige gevallen kan dit tot een vliegtuigongeluk leiden. Daarom is het belangrijk om goed op de input te letten.
Nadat de inputs en outputs grondig zijn onderzocht, is de volgende stap het vinden van de relatie daartussen. De relatie tussen inputs en outputs is belangrijk omdat het doel van een object is om de vereiste output te produceren, en we krijgen de output door de inputs aan te passen. Er zijn twee manieren om de relatie daartussen te vinden. De eerste is redeneren via wetenschappelijke theorieën, en de andere is experimenteren. Het gebruik van wetenschappelijke theorieën om de relatie te vinden heeft het voordeel dat het zeer kosteneffectief is in vergelijking met experimenten, en kan als vervanging worden gebruikt wanneer experimenten moeilijk uit te voeren zijn. Het kan echter onnauwkeurig zijn, dus in de praktijk worden experimenten vaak gebruikt om de relatie tussen inputs en outputs te vinden. Het idee is om een grote database met experimenten op te bouwen en deze te gebruiken om relaties te ontdekken.
Dit proces is erg belangrijk en kan soms tot onverwachte resultaten leiden. In het geval van schorsingen kunnen invoervariabelen zoals de luchtdrukverdeling of de landingssnelheid bijvoorbeeld de uitvoer op onverwachte manieren beïnvloeden. Om deze reden zijn experimenten en data-analyse belangrijke stappen in het ontwerp van een object. Het vinden van de relatie tussen inputs en outputs is net zo belangrijk als het identificeren van de inputs en outputs om de vereiste output op de juiste manier te bereiken.
Na deze computerprocessen is de volgende stap computersimulatie en prototyping. Een prototype is een basis- of voorbeeldvorm die is ontworpen om alle kenmerken van het daadwerkelijke product te hebben. Naarmate de technologie is verbeterd, zijn computersimulaties ongelooflijk veel op de echte wereld gaan lijken, en op sommige gebieden is er bijna geen fout meer tussen de computersimulatie en het fysieke model. Zodra de ophanging eenmaal is ontworpen, worden bijvoorbeeld grafische programma's gebruikt om de daadwerkelijke ophanging op de computer na te bootsen. In deze programma's kunnen variabelen zoals landingssnelheid, vliegtuiggewicht en vloerhelling worden vervangen om te zien hoe de uitvoer er in elk geval uitziet, en de waarden kunnen worden geanalyseerd om te zien of de ophanging de juiste functie vervult.
Er zijn echter nog steeds onverwachte variabelen in de echte wereld, dus je moet een prototype bouwen op basis van de simulatie en dit nogmaals evalueren. Het doel is om te evalueren of het prototype correct functioneert, wat de toleranties zijn en of er veiligheidsproblemen zijn. Het prototype moet zo dicht mogelijk bij het echte werk komen, maar als het niet mogelijk is om het op ware grootte te maken, wordt het soms verkleind of aangepast. In het geval van de ophanging is deze een onderdeel van het vliegtuig, dus als je een prototype op ware grootte maakt en test, moet je het hele vliegtuig gebruiken. Het gebruik van het hele vliegtuig voor testen is echter onbetaalbaar, dus wordt het prototype in een verkleinde vorm gebouwd en wordt er een nieuwe omgeving gecreëerd waarin het verkleinde prototype kan worden getest en geëvalueerd.
Als de evaluatie succesvol is, gaat het product in productie, maar als de evaluatie problemen aan het licht brengt, begint het proces opnieuw. Dit is vooral van belang voor producten die een directe impact hebben op de veiligheid, zoals ophangingen. Kleine fouten in de beginfase kunnen een grote impact hebben op de daadwerkelijke prestaties van het product.
De meeste dingen die we gebruiken, worden voor een groot deel via dit proces gecreëerd en gedistribueerd. Het is belangrijk voor ontwikkelaars om ervoor te zorgen dat hun product precies doet wat het moet doen, omdat het de verkoop, het gebruikerscomfort en in sommige gevallen zelfs de veiligheid beïnvloedt. Je gaat er misschien van uit dat het draaien van een deurknop een deur opent, of het draaien van een kraan ervoor zorgt dat er water naar buiten komt, maar er gaat veel werk zitten in het maken van deze dingen die we als vanzelfsprekend beschouwen. Het is belangrijk om te onthouden dat deze dingen niet alleen consumptiegoederen zijn, maar producten van menselijke creativiteit en hard werken, en dat er veel vallen en opstaan en onderzoek is gedaan om ze te maken tot wat ze nu zijn.
