Veiligheidsmarges

Ik als ontwerper heb te maken met veiligheidsmarges dit omdat er in ieder ontwerpproces wel aannames gedaan moeten worden over onzekere eigenschappen of grootheden. Om potentiële effecten van deze onzekerheden te beïnvloeden wordt gewerkt met veiligheidsmarges. Deze worden gerealiseerd door meer materiaal, componenten of capaciteit toe te voegen dan strikt volgens de ontwerpeisen noodzakelijk is. Bijvoorbeeld een balk mag 5 kg aankunnen voordat deze breekt. Als je hier werkt met een veiligheidsmarge van 3 moet de balk een gewicht van 15 kilo aankunnen voordat deze breekt. De hoogte van de veiligheidsfactor hangt direct samen met onzekerheid over de ontwerpparameters. Hoe minder bekend de parameters zijn, hoe hoger de veiligheidsfactor gekozen wordt. Het verhogen van de veiligheidsmarges in een ontwerp vertaalt zich in het toevoegen van meer elementen (materiaal, componenten of capaciteit). Meer elementen betekent meer kosten. Voor de piramide van Gizeh is vastgesteld dat de ontwerpers, zonder dat ze het wisten, een factor 20 hebben toegepast. Voor goed begrepen constructies waarvoor materialen gebruikt worden die consistente eigenschappen bezitten zoals staal of beton, wordt meestal een factor tussen 2 en 4 gebruikt. Als voor dezelfde constructies materialen  gebruikt worden die variëren in kwaliteit, bijvoorbeeld hout, wordt de factor verhoogd naar een waarde tussen de 4 en 8.

Ontwerpen is immers omgaan met onzekerheden. Ongeacht de hoeveelheid kennis van de ontwerper of de diepgang van het onderzoek voorafgaand aan het ontwerp

voorbeeld:

Programma van eisen en wensen

Systeemgrenzen The Black Servant

Systeemgrenzen The Black Servant
marges	Tussen
Spanning	12 v	8,4 v
stroom	6000 mA	4000 mA
totale gewicht	5 kg	0 kg
gewicht kanon	0,5 kg	0 kg
gewicht hovercraft	4,5 kg	0 kg
afmetingen (lxbxh)	100x100x10 cm	50x25x5 cm
totale kosten	€ 500	€ 0,00
kosten kanon	€ 25,00	€ 0,00
kosten hovercraft	€ 475,00	€ 0,00

Kostprijs The black servant

Hieronder zie je de kostprijs van the Black servant.

Verkoopadvies The black servant



Gedefineerde Marges The Black Servant

Om een duidelijke bandbreedte cq richtlijnen te krijgen in de designfase van dit blok zijn er aannames nodig. Indien deze aannames niet gedaan zouden worden zouden er sneller ongefundeerde beslissingen worden genomen.

Omdat de sub- systemen reeds bepaald zijn kunnen er bandbreedtes bepaald worden. Deze bandbreedtes zijn breed genomen en mogen daarom worden toegevoegd aan het programma van eisen en wensen.

Zie de volgende tabel voor de sub- syteem invulling.

Definitie sub- systemen, 2^e niveau

Het hoofdsysteem van de Black servent heeft als functie het voederen van verscheidene percelen mosselen. Als secundaire functie verjaagt hij vogels ten gunste van de verdere mosselgroei.

Dit hoofdsysteem bestaat uit verscheidene sub- systemen die het hoofdsysteem werkend maakt. Het aantal sub- systemen maakt dus ook uit hoe storingsgevoelig het hoofdsysteem is. Wanneer meer functies, dan meer sub- systemen meer storingen en meer kosten. Hierom is onze doelstelling het beperken van het aantal functies is de Black servent. Dit houdt niet in dat er minder functies kunnen bestaan. De ene functie kan namelijk meer inhouden dan de andere functie. Functies kunnen breed worden omschreven.

De sub- systemen die onder het hoofdsysteem vallen zijn:

·         Lift waarbij een energiebron de Black servent laat hooveren.

·         Trust die er voor zorgt dat de Black servent zich horizontaal kan verplaatsen

·         RC besturing waarbij de Black servent op afstand in alle kanten bestuurbaar is

·         Voedselafgifte waarbij het mosselvoedsel gericht kan worden geplaatst

·         Montage tussen de voedselafgifte en de hovercraft die de Black servent maakt

·         Unique selling point (USP) die de Black servent uniek maakt.

In totaal zijn dit 6 sub- systemen die samen de functie van het hoofdsysteem kunnen realiseren. Deze systemen zullen verder moeten worden uitgewerkt in de derde fase “Sub system design”. De functies en sub- functies van deze sub- systemen zullen worden benadrukt in de derde fase.

Het eindresultaat

En dan nu het eindresultaat van 8 weken hard zwoegen. Hieronder kun je de filmpjes zien van de hovercraft in actie en het promotie filmpje.

Het promotie filmpje van The Black servant.

De test of The Black Servant

Zoals je kunt zien draait The Black Servant rondjes dit komt omdat we de motor links verkeerd hebben aangesloten deze moest rechtsom draaien in plaats van linksom. Dit is een kwestie van de plus en min omdraaien en dan werkt The Black Servant

Verschillen tussen gehaalde prestaties en voorspelde prestaties

Hier beschrijf ik de gehaalde prestaties van ons model en de verwachte prestaties van ons ontwerp.

Zoals je in dit filmpje ziet tolt the black servant rondjes we hebben hier geen rekening mee gehouden dat de motoren van de trust allebei naar buiten of naar binnen moesten draaien. Dit komt dus doordat als je de motoren allebei dezelfde kant op laat draaien de hovercraft wil gaan draaien. Na deze ontwerpfout hebben wij 1 motor linksom laten draaien en 1 motor rechtsom.

Hier zie je een aantal verschillen tussen verwachte prestaties en gemeten prestaties.

Flowchart

Flowchart hardwarewarematige kant

Flowchart softwarewarematige kant

Waarom de gekozen component passen bij de beoogde prestaties.

Wij hebben er voor gekozen om de klant er van te overtuigen dat een voedselkanon zonde is van de energie die je verspilt met schieten. Omdat je met de hovercraft naar de juiste positie kunt hoveren en op de juiste plaats je voedselsupplement kan laten droppen doormiddel van zwaartekracht. Terwijl je een kanon zou gebruiken moet je energie verspillen in het wegschieten van je voedselsupplement. Nadat wij onze opdrachtgever hiervan overtuigd hadden konden we de componenten gaan kiezen voor ons systeem The Black Servant.

We hebben  dus voor de volgende componenten gekozen:

Voor de Lift

1.       Brushles motor.

2.       Blower.

We hebben hier voor gekozen omdat een brushles motor sterk, compact en weinig ampère trekken. Omdat we in ons ontwerp weinig inbouw ruimte hadden kwam dit mooi uit we hadden ook kunnen kiezen voor een pancake DC motor maar deze zijn even duur als een brushles motor en trekken veel ampères. Doordat we gebruik maken van een blower kunnen we veel druk opbouwen deze hebben wel minder luchtverplaatsing maar kunnen veel meer druk aan en dit heb je nodig wil je zorgen dat je hovercraft goed lift.

Voor de Trust

1.       2 DC motoren (7,4 volt)

2.       2 Tubes voor beter luchtverplaatsing.

We hebben voor de trust gekozen voor 2 motoren omdat je een dc motor twee kanten op kunt laten draaien door de plus en min om te draaien (ompolen). We kunnen zo dus achteruit als vooruit we hebben gekozen voor 2 motoren omdat je hier gelijk je stuur mee kunt regelen. Ook hebben we gekozen om met 2 motoren te werken omdat onze visie op het ontwerp was dat je zo weinig mogelijk techniek zou zien. We maken gebruik van de Tubes omdat je zo een maximaal rendement krijgt van je propellers. De lucht die je normaal naar de zijkant zou slaan benut je nu ook.

  

Voor het dropsysteem (kanon)

1.       Een glijbaan (Zwaartekracht)

2.       Een servo voor blokkering

Zoals ik al eerder beschreven heb schild dit systeem een hoop energie die anders verloren zou gaan.

Voor de Rok

1.       Vijverfolie

We hebben gekozen om vijverfolie te gebruiken als rok omdat dit sterk materiaal is maar ook heel flexibel en makkelijk te vormen. Je hebt hier niet zomaar een lek in en de rok is makkelijk te repareren of te vervangen.

Planning van het project the black servant

De netwerkplanning over het project The Black Servant

De bijgestuurde wekelijkse planning

Fase 2 (System design)

Fase 3 (Sub-system Design)

Fase 4 (Component Design)

Fase 5,6,7,8 (Component and (Sub-) System Build)

Het meten van voorspelde prestatie

Ik heb vandaag getest of de voorspelde prestaties van het zonnepaneel kloppen met de schatingen die we gemaakt hebben.

Test Energie voorzining.

Ik heb vandaag gemeten hoeveel ampère de motors nu werkelijk trekken met onze propellers. Hier kwam heel goed nieuws uit. Het bleek dat de motor voor de lift geen 15 ampère trok maar 4. En de motoren voor de trust trokken per stuk geen 10 ampère maar 3. Dit kwam zeer gunstig uit omdat we eerst maar 1kwartier konden varen zoals je hieronder kunt zien.

Maar nu kunnen we 46,1 minuten varen op onze batterij en dit is berekend op de mist gunstige voorwaarden. Dit schild in totaal 20,8 ampère en het wattage gaat met  160 watt naar beneden.
De accu levert een totaal van  12x4000x3600=172800000 Joule dit kun je berekenen door UxIx3600 en dan heb je de joules die de accu levert.

Hieronder zie je nog een energiestroomschema

Technische tekeningen van The Black Servant

Ik heb een aantal technische tekeningen gemaakt van The Black Servant om het bouwen makkelijker te maken. We kunnen deze mee naar de werkplek nemen en hier vanaf bouwen. Ik hreb deze tekeningen gemaakt van de onderdelen die we zelf moeten maken.

https://www.dropbox.com/sh/4137ct19ix3b1kj/gw0zan7buw

The Black Servant in Solid Works

En dan nu eindelijk het eerste gezicht van the black servant. Voor alle fanatieke volgers natuurlijk een spannend moment! Ik heb the black servant in Solid Works gezet en een aantal doorsnedes gemaakt.

Het kanon

Het kanon (Dropsysteem) werkt als volgt de buis waar de voedselsupplementen in zitten staat een aantal graden schuin waardoor deze naar beneden willen rollen. Deze worden tegen gehouden door een servo’s zodra deze naar bene bewegen rollen de voedselsupplementen er uit.   

Het detectie systeem

Het detectie systeem werk doormiddel van RFID sensor dit is het zelfde princiepe als word gebruikt bij de ov chip kaart. Deze kan de kaar op 30 cm lezen en detecteren zo kunnen we bij iedere boei de juiste voedselsupplementen droppen.

Voordelen van het toepassen van RFID zijn onder meer:

1.       Unieke code zodat ieder individueel object altijd en overal gevolgd kan worden (ook terug);

2.       Er is geen fysiek contact nodig (zoals bij bankpasjes);

3.       Er is geen zichtlijn nodig (zoals bij de streepjescode);

4.       Vele (honderden) codes kunnen in een of enkele seconden worden gelezen;

5.       Veel grotere afstanden zijn mogelijk dan bij de streepjescode (hoewel de techniek ook hier grote vooruitgang boekt);

6.       Vervalsen van RFID-tags is veel complexer dan de streepjescode;

7.       Door de unieke codering wordt productvervalsing bemoeilijkt en/of snel opgespoord;

8.       Door weersinvloeden, vuil, enzovoorts kunnen streepjescodes (in tegenstelling tot RFID-tags) onleesbaar worden.

De hovercraft

De hovercraft werkt als volgt de druk in de kamer word opgebouwd door een brushles motor met daarop een blower uit een pomp om luchtbedden op te blazen. En de trust word doormiddel van 2 dc motoren aangestuurd we kunnen dan ook gelijk sturen doormiddel van links en rechts appart te regelen.

En dan nu het totaalbeeld waar jullie zo lang op hebben gewacht!

Zoals je kunt zien zitten alle componenten in de druk kamer van de hovercraft deze worden zo gelijk gekoeld en gaan veel langer mee omdat ze tegen weer en wind beschermd zitten.

Tekeningen is Solid Works

Ik heb al en aantal onderdelen van The Black Servant in Solidworks uitgetekend. Ik kan nu precies zien hoe zwaar de onderdelen zijn en onder welke krachten deze komen te staan.

Hier een aantal renderingen:

Arduino UNO

Schakelblok

Zonnecellen



Schaniertje / Magneetjes

Zonnepaneel



Regelkaar Zonnepaneel

RIFD Sensor

Frame

Hieronder een aantal tekeningen van mijn Collega Jaimy