พื้นหลัง

นักออกแบบและวิศวกรสร้างโซลูชั่นที่สามารถแก้ไขปัญหาได้ทุกวัน ในหน่วยนี้ นักเรียนจะใช้กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อสร้าง ทดสอบ และปรับเปลี่ยนลูกตุ้มในห้องปฏิบัติการ 1 ในห้องปฏิบัติการที่ 2 นักเรียนจะใช้กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อทดสอบและปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของเกม Pendulum Kerplunk

กระบวนการออกแบบวิศวกรรม (EDP) คืออะไร?

นักศึกษาจะใช้กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม (EDP) ในการปรับเปลี่ยนการสร้างลูกตุ้มเพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ EDP เป็นชุดขั้นตอนที่วิศวกรปฏิบัติตามเพื่อหาแนวทางแก้ไขปัญหา บ่อยครั้งที่โซลูชันเกี่ยวข้องกับการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามเกณฑ์บางประการหรือบรรลุงานบางอย่าง

EDP สามารถแบ่งย่อยออกเป็นขั้นตอนต่างๆ ดังต่อไปนี้: กำหนด → พัฒนาโซลูชัน → เพิ่มประสิทธิภาพ

• การกำหนดปัญหาทางวิศวกรรม เกี่ยวข้องกับการระบุปัญหาที่ต้องแก้ไขอย่างชัดเจนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในแง่ของ ความสำเร็จ และข้อจำกัดหรือขอบเขต
• การออกแบบโซลูชัน ให้กับปัญหาทางวิศวกรรมเริ่มต้นด้วยการสร้างโซลูชันที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่ง จากนั้นจึงประเมินโซลูชันที่เป็นไปได้เพื่อดูว่าโซลูชันใดตอบสนองเกณฑ์และข้อจำกัดของปัญหาได้ดีที่สุด
• การเพิ่มประสิทธิภาพโซลูชันการออกแบบ เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่โซลูชันจะได้รับการทดสอบและปรับแต่งอย่างเป็นระบบ และการออกแบบขั้นสุดท้ายจะได้รับการปรับปรุงโดยแลกคุณสมบัติที่สำคัญน้อยกว่าด้วยคุณสมบัติที่สำคัญกว่า

EDP มีลักษณะเป็นวงจรหรือ วนซ้ำ เป็นกระบวนการสร้าง ทดสอบ วิเคราะห์ และปรับแต่งผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการ ตามผลการทดสอบ จะมีการสร้างการวนซ้ำแบบใหม่ และปรับเปลี่ยนต่อไปจนกว่าทีมออกแบบจะพึงพอใจกับผลลัพธ์

ในหน่วยนี้ นักเรียนจะใช้ EDP เพื่อปรับเปลี่ยนรูปแบบลูกตุ้ม และทดสอบว่าการปรับเปลี่ยนเหล่านั้นส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของลูกตุ้มอย่างไร จากนั้นพวกเขาจะใช้กระบวนการออกแบบแบบวนซ้ำเพื่อออกแบบเกม Pendulum Kerplunk ของตนเอง

ลูกตุ้มคืออะไร?

ลูกตุ้มเป็นวัตถุที่อยู่บนแขน แขนติดอยู่กับจุดหมุนซึ่งเป็นจุดที่สามารถแกว่งได้ วัตถุจะห้อยลงมาโดยธรรมชาติเนื่องจากแรงโน้มถ่วง แต่หากถูกผลักไปด้านใดด้านหนึ่ง มันก็จะแกว่งไปมา (แกว่งไปมา) ความถี่ของลูกตุ้มแกว่งจะคงที่จนกระทั่งแรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทานหยุดลูกตุ้ม ชมภาพเคลื่อนไหวด้านล่างเพื่อดูว่าลูกตุ้มเคลื่อนที่อย่างไร

ในอดีต ลูกตุ้มถูกนำมาใช้ในการบอกเวลา การวัดแรงโน้มถ่วง และแม้กระทั่งเป็นเครื่องวัดแผ่นดินไหวในยุคแรกๆ ในหน่วยนี้ การสร้างลูกตุ้มจะถูกใช้เป็นฐานให้นักเรียนได้ทดลองในขณะที่สร้างเกม Pendulum Kerplunk นักเรียนจะถูกขอให้ปรับเปลี่ยนเกม Pendulum Kerplunk ในขณะที่พวกเขาสร้างกฎและวัตถุประสงค์ของตัวเอง

ชิ้นส่วนในชุด VEX GO

เด็กๆ หลงใหลกับการสร้างสิ่งของและแยกชิ้นส่วนออกจากกัน VEX GO สร้างโดยนักศึกษาเพื่อสร้างโครงสร้างทางกายภาพที่สร้างสรรค์สำหรับการสืบสวนด้าน STEM นักเรียนจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับชิ้นส่วนของชุด VEX GO ในหน่วยเกม Pendulum Kerplunk

โปสเตอร์ชุด VEX GO จะแสดงรายชื่อหมวดหมู่หลักของชิ้นส่วนต่างๆ ได้แก่ หมุด สแตนด์ออฟ เพลา เฟือง รอก ดิสก์ ตัวเชื่อมต่อ ล้อ คาน คานมุม คานขนาดใหญ่ แผ่น และอิเล็กทรอนิกส์ โปสเตอร์ยังกล่าวถึง Pin Tool และชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่รวมอยู่ในชุดด้วย

พินและสแตนด์ออฟ

เนื่องจากหมุดและสแตนด์ออฟจะเชื่อมต่อชิ้นส่วนอื่นๆ เข้าด้วยกัน นักเรียนจึงอาจสับสนถึงการใช้งานได้ สแตนด์ออฟเชื่อมต่อชิ้นส่วนสองชิ้นเข้าด้วยกันแต่ยังมีช่องว่างอยู่ระหว่างกัน สแตนด์ออฟแต่ละประเภทจะมีช่องว่างความกว้างที่แตกต่างกันออกไปซึ่งจะเกิดขึ้นตามการใช้งาน

หมุดใช้เชื่อมต่อชิ้นส่วนตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปให้วางชิดกัน หมุดสีแดงสามารถเชื่อมต่อได้โดยใช้ชิ้นส่วนด้านละ 1 ชิ้น ในทางตรงกันข้าม พินสีเขียวสามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนหนึ่งเข้ากับด้านหนึ่งและอีกสองชิ้นเข้ากับอีกด้านหนึ่งได้

ตัวเชื่อมต่อ

หมุดและสแตนด์ออฟสร้างการเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนที่ขนานกัน อย่างไรก็ตาม ขั้วต่อจะสร้างการเชื่อมต่อที่มุมฉาก 90 องศา ขั้วต่อสีเขียวและขั้วต่อสีส้มช่วยให้สามารถเชื่อมต่อแบบมุมฉากหรือเชื่อมต่อแบบขนานได้

คานและแผ่น

คานและแผ่นถูกนำมาใช้เพื่อสร้างฐานโครงสร้างของอาคารส่วนใหญ่ เหล่านี้เป็นชิ้นส่วนแบนที่มีความกว้างและความยาวที่แตกต่างกัน ความกว้างและความยาวของคานหรือแผ่นสามารถวัดได้จากจำนวนรูบนชิ้นงาน นักเรียนจะเรียนรู้ในขณะที่เริ่มสร้างว่าคาน (กว้าง 1 รู) ไม่มั่นคงเท่าคานขนาดใหญ่ (กว้าง 2 รู) หรือแผ่น (กว้าง 3 รูขึ้นไป)

มีคานที่มีลักษณะเฉพาะหลายชนิด รวมถึงคานมุมสี่อัน คานเหล่านี้สร้างมุม 45 หรือ 90 องศา คานที่มีลักษณะเฉพาะอื่นๆ ได้แก่ คานบางสีน้ำเงินซึ่งมีรูหนึ่งรูที่จะพอดีกับเพลาและทำให้คานหมุนได้ และยังมีรูเพิ่มเติมสำหรับการเชื่อมต่อมาตรฐานอีกด้วย คานมีร่องสีชมพูใช้ยึดยางรัดหรือเชือกเข้ากับโครงสร้างได้

ชิ้นงานที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ

สามารถใช้สเปเซอร์เพื่อเพิ่มช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนหรือเป็นปลอกสำหรับเพลาได้ สเปเซอร์มีประโยชน์อย่างยิ่งในการจัดพื้นที่ให้ชิ้นส่วนต่างๆ เคลื่อนไหวได้อย่างอิสระในการสร้าง

Rubber Band เป็นแถบยืดหยุ่นได้ซึ่งใช้ในหลากหลายวิธีในการสร้าง VEX GO เช่น สร้างพลังหรือเชื่อมรอกเข้าด้วยกัน การยืดหนังยางให้มีความยาวต่างกัน จะทำให้ได้รับพลังงานศักย์ต่างกัน ซึ่งสามารถแปลงเป็นพลังงานจลน์เพื่อขับเคลื่อนส่วนหนึ่งของร่างกายได้

เชือกยาวและเชือกสั้นเป็นชิ้นส่วนอเนกประสงค์ที่มีการใช้งานมากมายในรุ่น VEX GO โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถใช้เพื่อยึดชิ้นส่วนหรืออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนพลังงานภายในโครงสร้างได้

เครื่องมือปักหมุด

ในขณะที่นักเรียนคุ้นเคยกับชุด VEX GO แล้ว พวกเขาย่อมต้องได้รับความช่วยเหลือในการแยกชิ้นส่วนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เครื่องมือ Pin ช่วยให้นักเรียนแยกชิ้นส่วนต่างๆ ผ่านสามฟังก์ชันที่แตกต่างกัน: ตัวดึง คันโยก และตัวดัน เครื่องมือดึงนี้เหมาะที่สุดสำหรับการดึงหมุดที่มีปลายด้านหนึ่งว่าง

ในการใช้เครื่องมือดึง ให้เสียบหมุดเข้าไปในช่องที่จมูก บีบเครื่องมือหมุด แล้วดึงกลับ ควรถอดหมุดออกจากรูได้อย่างง่ายดาย ในกรณีที่หมุดไม่ได้ถูกเปิดเผยเพียงบางส่วน สามารถใช้ Pusher เพื่อดันส่วนหนึ่งของหมุดให้เป็นอิสระได้ คันโยกนี้เหมาะสมที่สุดเมื่อพยายามจะตัดการเชื่อมต่อคานหรือแผ่นสองแผ่นที่อยู่ชิดกัน สามารถสอดคันโยกระหว่างชิ้นส่วนทั้งสองชิ้นเพื่อใช้แยกชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกันออกได้ ชมภาพเคลื่อนไหวด้านล่างเพื่อดูวิธีการใช้เครื่องมือ Pin