未分类 · 2020年3月2日 0

崩溃!手机可以进行跌落测试吗?

难度 <! - 4 - >
所需时间 短(2-5天)
先决条件
材料可用性 一应俱全。有关详细信息,请参阅材料和设备列表。
费用 低($ 20 – $ 50)
安全 没有问题

摘要

为什么这么多人使用手机套?手机真的需要额外的保护,还是因为手机看起来很花哨?在这个工程科学项目中,您将测试计算器而不是手机的耐用性,找出是否增加设备的耐用性,并构建一些您自己的案例!

目的

执行跌落测试以评估计算器的强度并检测易受攻击的区域,然后使用此输入设计案例,通过跌落测试中的性能来衡量计算器的耐久性。

积分

Sabine De Brabandere,博士,科学伙伴

引用本页

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科学伙伴。”崩溃!手机能否进行跌落测试?” 科学伙伴,2017年7月28日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/ApMech_p050/mechanical-engineering/can-cell-phones-survive-a-drop-test。2019年7月6日访问。

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科学伙伴。(2017年7月28日)。崩溃!手机可以进行跌落测试吗?从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/ApMech_p050/mechanical-engineering/can-cell-phones-survive-a-drop-test


最后编辑日期:2017-07-28

简介

你放弃了你的新手机。你的心脏比赛。你捡起来,焦虑,害怕,紧张……但看起来很好。你打电话给你最好的朋友,看它是否仍然有效。呼。终于解脱了!每次下降,你都会感到焦虑不安。这款手机看起来很坚固 – 太棒了!然后,它发生了!你放下手机,捡起它,屏幕坏了! (见下面的图1)

破碎手机的图像
图1。掉落的手机屏幕坏了。

这只是运气不好吗?也许。微裂缝 – 肉眼无法看到的小的无形裂缝 – 更有可能逐渐累积,直到最后,由于最后一滴的影响,屏幕变得太弱并且破碎。

手机越来越具有相当高的耐久性,这意味着它们具有较长的预期寿命。耐用产品可以持续很长时间而不会因为大量使用的影响而持续显着恶化,例如手机的24-7主动操作,或甚至滥用,例如将其丢弃在地板上或将其留在潮湿环境中。

耐用性是早期阶段产品开发的一个重要方面,当设计师编写产品规范时。这些规范包括验收要求的详细说明,产品必须满足的特性才能被接受。产品经过多轮测试和改进。每轮称为迭代并包含开发阶段测试阶段,如下面图2中的流程图所示。

产品开发过程的流程图,其中产品经过多次改进。
图2. 产品开发过程的流程图,显示产品如何经历多次改进。

在开发阶段,工程师会查看产品规格,并在可用时获取有关当前产品无法创建新版本或改进版本的信息。在测试阶段,根据验收要求评估新产品或改变产品。评估显示在此迭代期间是否以及进行了多少改进。它不仅表明该产品是否可被接受为最终产品,而且还揭示了其易受攻击的领域 – 对于可能的下一次开发和测试迭代的宝贵意见。

在这个科学项目中,您将通过两次迭代放置现有产品 – 计算器,作为更昂贵的手机的替代品 – 以提高产品的耐用性为目标。您将专注于耐用性的一个方面:将其放在坚硬的地板上.跌落测试将告诉您初始计算器的执行情况,并揭示易受攻击的区域,即首先失败的部分。

此时,您将成为设计工程师,开发新的案例以提高计算器的耐用性。

术语和概念

  • 耐久性
  • 产品规格
  • 验收要求
  • 迭代
  • 发展阶段
  • 测试阶段
  • 跌落测试
  • 样本量

问题

  • 你能列出手机耐用性的至少五个不同特征吗?
  • 可能更有可能导致手机破损的手机有什么”特殊” 或”滥用” 用途?
  • 为什么需要测试几个相同的手机(不只是一个)来评估该版本是否符合验收要求?
  • 改善现有产品的过程有哪些阶段?

参考书目

有关创建图表的帮助,请尝试使用以下网站:

材料和设备

  • 计算器(10种或更多相同类型) – 在折扣店或百货商店寻找便宜的计算器。如果可能,请在购买之前确定计算器是否正常工作。
  • 桌子或台面下面有硬地板(如混凝土或瓷砖).注意:对于这个项目,木地板。在坚硬的露台,人行道或铺砌的车道外面的桌子可以很好地工作。
  • 米(公制)测量棒
  • 可选:相机拍照
  • 您选择的材料来创建案例,例如:
    • 剪刀
    • 磁带
    • 纸板
    • 织物
    • 泡沫橡胶
  • 笔记本

实验程序

跌落测试的准备

  1. 找一个执行跌落测试的地方:从0.7到1.2米(m)之间的高度跌落。这是计算器通常在日常使用中落下的高度。
    1. 选择硬地板区域:
      1. 瓷砖,混凝土或沥青是不错的选择。
      2. 任何类型的真实或仿木地板是一个不错的选择。丢弃计算器时,您可能会缩进或损坏此类地板。
      3. 地毯不是一个好选择,因为它可以大大降低跌落的影响.
      4. 询问成年人是否可以将计算器放在这个楼层上。
    2. 找到一个表面,将计算器放在选定的硬地板上:
      1. 地面应距地面0.7至1.2米。这是桌面或厨房柜台的典型高度。
      2. 计算器应该能够轻轻地从表面或桌子或柜台上滑落(没有抬高的边框)。
  2. 检查所有计算器并丢弃所有非工作或损坏的计算器。这些会影响您的测试结果。
    1. 检查计算器是否可以做一个简单的总和。
    2. 检查是否有明显的损坏。
  3. 将下表复制到笔记本中。在分析连续放置测试集的结果时,您将填写列。

原始计算器 更改计算器 – 迭代1 更改计算器 – 迭代2
发生首次视力损害的平均跌落次数
使计算器无法使用的平均丢弃数
验收要求
表1。在这样的表中写下连续跌落测试的结果。

  1. 您可以通过使用跌落测试评估初始计算器来启动此工程项目。这将告知您这些计算器如何在跌落测试中执行(例如,在变得无法使用之前它们经历的跌落次数)以及计算器在跌落时最易受攻击的区域(首先发生损坏的位置)。跌落测试的说明将在下面的部分中解释。

计算器跌落测试

此程序使用样本大小为3。这意味着您将测试三个相同的计算器并将结果组合起来得出结论。您需要至少三个样本大小才能获得可靠的结果。工业工程师使用更大的样本量。样本量的任何增加都将提供更精确的数据。该科学项目使用最小样本量来降低成本。

  1. 将下表复制到笔记本中。它将帮助您跟踪一组跌落测试的结果。在测试期间,在表格的列中写下简短的笔记,描述每次跌落后计算器的执行情况,例如”无可见损坏 – 计算器仍在运行” 或”铰链处的顶部保护盖板断开 – 计算器仍在运行” 或”计算器按钮掉出来 – 计算器不再可用。” 留出足够的空间来添加行,因为您可能需要根据结果添加行。

原始计算器*
丢弃后计算器的条件
计算器1 计算器2 计算器3
桌面掉落1
桌面下拉2
桌面第3页
表2。请注意计算器在这样的表格上经过多次下降之后的状况。
*在连续迭代的改变计算器上执行跌落测试时,请记住更改标题。

  1. 将您的计算器和笔记本带到您选择执行跌落测试的地方。
  2. 准备计算器以进行跌落测试。
    1. 拿一个计算器。
    2. 如果计算器的某个部件已关闭,请将其关闭。
    3. 将计算器放在适当的位置:
      1. 在背面休息。
      2. 长边平行于表面边界.

    注意:选择一个易于重复的放置位置,因为您需要以相同的方式放下每个计算器,以便可以组合和比较测试结果。

  3. 将计算器从表面轻轻滑动,使其落在坚硬的地板上。
  4. 检查计算器是否有损坏:
    1. 检查是否有明显的损坏 – 准确并注意细节。您可能会注意到”盖子在中间水平打破” (而不是”破损盖子” )或”计算器顶部附近的五个按键脱落” (而不是”按键损坏” ).
    2. 检查计算器是否仍然可用:它可以执行简单的计算吗?
    3. 请注意您的表格,如上表2所示。
    4. 如果您选择,请拍下损坏图片。图片是显示板的一个很好的补充。受损计算器的示例如下图3所示。
受损计算器示例
图3. 受损计算器的示例。左侧的计算器已损坏但仍可正常使用。另外两张图片显示无法使用的计算器。请注意,对于所有这些计算器,顶部保护盖板断开,计算器损坏但仍然可以正常工作。

  1. 重复步骤4和5,直到计算器不再可用。
    1. 注意:如果您正在测试您的第一个计算器,并且在50次或更多次跌落后仍然没有损坏,则此测试可能对您的计算器类型而言过于温和。您可以自行决定是否继续并增加滴数(并在更改后的版本中为大量滴剂做好准备)或转换为更难的耐久性测试。您可以在变体部分找到更难耐久性测试的想法.注意:您需要对所有计算器执行相同的测试 – 原始计算器和至少两个更改版本的计算器。
  2. 对其他两个未改变的计算器重复步骤3到6,总共测试三个(样本大小)计算器.注意:如果您想提高结果的精确度,可以增加测试计算器的数量(相当于样本量的增加)。在此之前,请确保您有足够的计算器来创建和测试您将对它们进行的更改(每次迭代至少需要三个计算器)。
  3. 创建计算器执行情况的直观指示:
    1. 在深绿色中,为计算器显示表中没有可见或功能性损坏的每一行着色,如表2所示。
    2. 在浅绿色中,为计算器显示明显损坏但仍然有效的每个单元格着色.(确保文字可读。)
    3. 表中更绿色表示性能更好,耐用性更好.
  4. 分析您的计算器在跌落测试下的表现:
    1. 计算达到第一次可检测到的伤害所需的平均下落次数。
    2. 计算计算器不再可用的平均滴数。
    3. 请注意上表1中的调查结果。
    4. 注意:您的计算器在大约相同数量的跌落后显示损坏或无法使用,或者您在测试结果中看到了广泛的点差?增加样本量通常会减少差异,平均值会更好地反映现实。
  5. 分析您的计算器失败的方式。
    1. 首先出现什么类型的伤害?
    2. 什么损坏使计算器不再可用?这种损害是否与先前跌落中发生的损坏有关?
    3. 在您看来,这个版本最易受攻击的是什么?哪一项改进可能会带来更高的耐久性 – 或者让计算器能够存活更多?

改进的连续改进

现在您的项目的开发部分:您的任务是创建一个更耐用的计算器。在开始之前,您需要设置验收要求。

对于这个工程设计科学项目,选择跌落测试下性能提高50%作为验收要求。选择使计算器不可用的墨滴数作为测试变量。例如,如果您的原始计算器在30滴后变得(平均)不可用,那么如果它是 – 再次,平均 – 在45次下降后仍可使用(这是性能提高50%)。

计算您案件的接受要求:

  • 获取使原始计算器无法使用的平均丢弃数(如上表1中所列)。
  • 将此数字乘以150/100(或1.5,反映增加50%)。
  • 请注意表1最后一行中的这个数字。

  1. 要开始此迭代的开发阶段,请使用工作计算器。
  2. 以符合以下规格的方式更改计算器:
    1. 更改后的计算器仍可使用 – 其功能保持不变。
    2. 改变的计算器更耐用,通过跌落测试下的更好性能来衡量.
    3. 作为附加指南,您可以考虑用户友好性和美学。作为最后的选择,您可能会记住新产品的价格或占地面积.
    4. 您可以先拆卸现有的计算器并创建一个全新的案例或添加到现有案例中。

    注意:在此步骤中,让您的创意果汁流动!跟踪您正在做的事情,因为您需要能够重现更改并创建几个相同的计算器以进行跌落测试。
    注意:为了便于参考,这个科学项目将您的新作品称为”更改计算器” 或”更改计算器 – 迭代X” ,其中”X” 代表迭代编号。

  3. 当您对自己的创作感到满意时,请为另外三个相同的更改的计算器再创建两个。这些组成了您的样品,您将提交给跌落测试。下图显示了改变计算器的第一次迭代的一些示例.
 三个第一次迭代改变计算器的拼贴
图4。三个第一次迭代改变计算器的图像。请注意,这些是三种不同的设计 – 您将创建自己的一种设计。第一个设计(顶部图像)使用泡沫橡胶;第二个(中间图像)使用模型魔法(一种粘土),第三个使用气泡包装来创建一个案例。

  1. 完成改变计算器第一次迭代的开发阶段后,您将测试此迭代。
  2. 对所有三个(或更多)改变的计算器执行一组跌落测试。请参阅上面”计算器跌落测试” 部分中描述的跌落测试。以下是简要概述:
    1. 重新复制上面的表2,在您的笔记本中。请记住将新表的标题更改为”Altered Calculator – Iteration 1″ .
    2. 将计算器带到测试区域(与用于测试原始计算器的测试区域相同).
    3. 以与原始计算器相同的方式将一个更改过的计算器滑出边缘。
    4. 检查丢弃的计算器是否有明显的功能损坏,并将结果写入表中。
    5. 继续放下这个计算器,检查是否有损坏并在表格中注明,直到计算器不再有效。
    6. 重复步骤5c到5e,直到您测试了三个(或更多)改变的计算器。
    7. 分析您更改后的计算器的测试结果,就像您在上面的跌落测试程序的步骤8到10中所做的那样。
  3. 查看表1并比较平均滴数。改变后的计算器是否比原始计算器存活更多?
    1. 如果没有,请返回本节的第1步,然后使用不同的设计重新开始计算。重新设计更改后的计算器后,重复跌落测试,看看新设计是否能够存活更多。
    2. 如果是,请继续执行下一步以开始第二次迭代。
  4. 如果第一次迭代时跌落测试结果的性能提高了50%,请考虑为设计的第二次迭代设置新的验收要求。例如,您可以设置更改计算器的重量或大小的上限,以确保它不会太笨重。您可以为单个计算器设置材料成本限制,以确保它们不会太昂贵。您可能要求仅使用环保产品,以保持产品的环境足迹低。你可以要求表壳具有美学上令人愉悦的设计,但仍然能够在跌落测试中存活下来。你能想到其他可能性吗?这里有很多选择 – 试着考虑一下你想要测试的选项。
  5. 再创建三个”改变计算器 – 迭代1″ 计算器。当您进入第二次迭代的开发阶段时,这些将用作新更改的起点。此阶段的结果将被称为”更改计算器 – 迭代2″ 。
  6. 从本节重复步骤2到5.(请记住将表2的标题更改为”Altered Calculator – Iteration 2″ 。)
  7. 下面的图5显示了一幅图像拼贴画,描绘了改变计算器的例子 – 迭代2。
 三次迭代改变计算器的拼贴
图5. 计算器第二次迭代的三种不同类型的拼贴。顶部的设计在第一次迭代中添加了围绕泡沫橡胶的胶带;中间设计有一个纸箱盒,包围在第一次迭代中添加的气泡包装;最后一个设计在此迭代中在模型魔法和计算器之间添加了一层胶水.注意:您只会创建一个设计;你的第二次迭代应该是你的第一次迭代设计的延续和改进。

  1. 查看表1并比较平均滴数。第二次改进是否创造了更耐用的计算器?您是否符合此产品的验收要求?

    1. 如果没有,您可以决定回到第7步,再次使用不同的方法设计第二次迭代。
    2. 如果您愿意,可以添加第三次迭代,或者只接受此作为最终创作。

结果的视觉表示

对于您的项目展板,请务必提供以下内容:

  1. 您的接受要求
  2. 表示平均滴数的图表,显示迭代次数的变化:
    1. 使用计算器版本(原始,迭代1和迭代2)作为水平轴(x轴)的变量。
    2. 使用平均滴数作为垂直轴(y轴)的变量。
    3. 绘制一种颜色可见第一次伤害的平均滴数。
    4. 绘制平均滴数,以使计算器无法使用其他颜色.
    5. 请记住在图表上正确标记轴。横轴应标记为”Calculator Design Iteration” ,垂直轴应标记为”Drops数” 。包括一个图例,指示哪个颜色适用于首次出现可见损坏的墨滴数,以及哪个颜色用于使计算器无法使用的墨滴数。(如果您需要帮助制作图表,请查看参考书目。)
  3. 如果有的话,可以使用原始和更改的计算器图片。
  4. 如果可用,损坏的计算器的图片显示计算器的易受攻击区域.

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变体形式

  • 有些计算器可以在很短的高度内存活很多很多。具有较大影响的跌落测试(由较高高度的跌落产生)有助于评估这些计算器。为此,找到一个表面以丢弃计算器:
    • 计算器应落在坚硬的地板上(如混凝土或瓷砖)。
    • 表面应高出地面2米或以上。跌落越大,对计算器的影响就越大,因此跌落测试就越难。一些建议是:
      • 一楼楼梯的栏杆,让计算器掉到地上;
      • 一楼或二楼的窗台,让计算器掉到地下;或
      • 冰箱顶部或高书架。
    • 如果您迫切希望找到一个高处,请将手臂竖直向上并将计算器从手掌中滑出,使其形成水平表面。
  • 对于不同类型的耐久性测试,让重物(如教科书甚至砖块)落在计算器上。小心不要损坏计算器下方的地板 – 在沥青或混凝土外面进行此测试可能更好。
  • 考虑测试一下手机/计算器的其他耐久性特征,例如在雨中使用它(你可以用喷雾瓶模拟下雨)或者将它放在水坑里(把它放在水位以下的特定数量)几秒钟.