조립 라인
이 수업은 대량 생산의 힘을 보여줍니다. 학생들은 팀으로 작업하여 품질 관리 기준을 충족하는 제품을 가능한 한 빠르고 효율적으로 제조하기 위해 조립 라인을 설계, 구성, 테스트 및 재설계합니다.
- 품질 관리 기준을 충족하는 프로젝트를 수작업으로 조립합니다.
- 품질 관리 기준을 충족하는 제품을 최대한 빠르고 효율적으로 조립할 수 있도록 조립 라인 프로세스를 설계합니다.
- 조립 라인 프로세스를 테스트하고 재설계합니다.
- 제품을 개별적으로 조립하는 것과 조립 라인으로 조립하는 것의 차이점을 비교하십시오.
연령 수준 : 8-18
소요 시간: 1.5 시간
활동 1 재료 만들기(각 학생용)
필요한 학생 자료
- 갈색 종이 봉지 2개
- 재생지 5"x 8" 11장
- 컬러 마커 또는 크레용 풀 세트 1개(파란색, 녹색, 빨간색, 주황색, 보라색을 포함해야 함)
- 검은색 마커 1개
- 크기가 다른 컵 2개 또는 원을 만들기 위해 추적할 수 있는 기타 물체(예: 나침반)
- 1 자
필수 교사 자료
- "하나의 색상 브릭 조립" 워크시트 또는 공유 보드에 브릭 기준 작성
- 샘플 색상 벽돌
- 스톱워치, 전화 또는 기타 타이머
활동 2 건축 자재(팀별)
필요한 팀 자료
- 갈색종이봉투 30개 (팀당 30개)
- 재생 용지 더미 8"x 11"
- 마커 또는 크레용 풀 세트 1개(파란색, 녹색, 빨간색, 주황색, 보라색을 포함해야 함)
- 검은색 마커 1개
- 크기가 다른 컵 2개 또는 기타 물체 또는 원을 그리도록 추적할 수 있는 4-2세트(예: 나침반)
- 4 통치자
- 스톱워치 1개
필수 교사 자료
- 스톱워치, 전화 또는 기타 타이머
활동 2 건축 자재(팀별)
- 스톱워치, 전화 또는 기타 타이머
소스
- 스톱워치, 전화 또는 기타 타이머
프로세스 : 활동 1
- 학생들에게 벽돌 쌓기를 시작하도록 지시하면서 타이머 카운트를 시작합니다.
- 각 학생이 브릭을 완성할 때 이름과 시간을 기록합니다.
프로세스: 활동 2
- 10분 동안 카운트다운 타이머를 설정합니다.
- 각 팀이 완료한 벽돌의 수를 기록합니다.
조립 라인 작업
조립 라인에서 일하는 것이 어떤 것인지 궁금한 적이 있습니까? 다음은 자동차 조립 라인에서 일하는 것이 어떤 것인지 엿볼 수 있는 내용입니다. (동영상 3:48)
출처: Jeff Gilbert, 뉴스 리포터 YouTube 채널
시간당 1.7만 개의 레고 브릭!
스웨덴 LEGO 공장 내부로 들어가 조립 라인에서 단 1.7시간 만에 5만 개의 브릭을 제조하는 방법을 알아보세요. (동영상 36:XNUMX)
출처: YouTube 채널 제작 방법
코카콜라 조립 라인 가동 중!
Coca-Cola의 명절 북극 캔이 조립 라인에서 굴러 나오는 것을 지켜보세요. (동영상 1:21)
출처: The Coca-Cola Company YouTube 채널
디자인 도전
당신은 지역 장난감 회사가 "컬러 브릭"을 제조하는 시간 절약 방법을 구현하도록 돕는 엔지니어 팀입니다. 팀의 각 구성원은 가능한 한 빨리 자신의 벽돌을 설계하고 구성합니다. 그런 다음 팀은 가능한 한 빠르고 효율적으로 벽돌을 제조하기 위해 조립 라인을 설계하기 위해 협력합니다.
품질 관리 기준
- 벽돌은 2개의 갈색 가방으로 만들어야 합니다. 한 봉지에는 가볍게 구겨진 재생종이 4장을 채워야 합니다. 다른 가방이 이 가방을 덮을 것입니다.
- 벽돌의 가장 큰 면은 물방울 무늬로 채워져야 합니다(3개의 큰 – 1” 원 및 3개의 중간 – 1/2” 원은 한 면에 흩어져 있음). 한 면에는 3개의 파란색 원이 있어야 하고 3개의 녹색 원이 있어야 합니다. 반대쪽에는 3개의 빨간색 원과 3개의 주황색 원이 있어야 합니다.
- 벽돌의 상단과 하단에는 4개의 수직 1/2" 보라색 줄무늬가 있어야 하며 각 줄무늬 사이에는 1/2"가 있어야 합니다.
- 브릭의 양면에는 검은색 마커로 "컬러 브릭"이라고 쓰여 있어야 합니다. 글자는 가로 1인치 세로 5인치로 측면 중앙에 위치해야 합니다.
제약
제공된 재료만 사용하십시오.
순서
- 첫 번째 활동은 개별적으로 수행됩니다. 두 번째 활동에서는 학급을 2-4명으로 구성된 팀으로 나눕니다.
- Assemble One Color Brick 및 Assembly Line Design Challenge 워크시트와 디자인 스케치용 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
- 배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다.
- 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 시간이 허락한다면 디자인 챌린지를 수행하기 전에 "실제 응용 프로그램"을 검토하십시오.
- 학생들에게 브레인스토밍과 디자인 스케치를 시작하도록 지시하기 전에 다음 사항을 고려하도록 요청하십시오.
– 효율성을 유지하면서 품질 관리를 유지하는 방법
– 벽돌을 만들기 위해 어떤 순서나 순서가 필요한가요?
– 팀의 인원 수와 완료해야 하는 작업 수
– 제품을 개별적으로 조립하는 것과 조립 라인으로 조립하는 것의 차이점 - 각 학생에게 활동 1을 위한 자료를 제공합니다. 그런 다음, 각 팀에 활동 2를 위한 자료를 제공합니다.
- 활동 1: 학생들은 품질 관리 기준을 사용하여 가능한 한 빨리 벽돌을 만들어야 한다고 설명합니다. 활동 2: 학생 팀은 일상 용품으로 조립 라인을 만들어야 한다고 설명합니다. 조립 라인을 사용하여 학생들은 품질 관리 기준을 사용하여 10분 이내에 가능한 한 많은 블록을 만듭니다.
- 설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
- 타이머나 온라인 스톱워치(카운트다운 기능)를 사용하여 시간을 잘 지키십시오. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 학생들에게 정기적인 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
- 학생들은 조립 라인에 대한 계획을 세우고 개발합니다. 그들은 필요한 자료에 동의하고, 계획을 작성/그리며, 계획을 학급에 발표합니다. 팀은 이상적인 부품 목록을 개발하기 위해 다른 팀과 무제한 재료를 교환할 수 있습니다.
- 팀은 자신의 디자인을 만듭니다.
- 카운트다운 타이머를 10분 동안 설정하고 각 팀이 완성한 브릭 수를 기록하여 조립 라인 디자인을 테스트합니다.
- 팀은 완료한 벽돌의 수를 문서화해야 합니다.
- 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
- 주제에 대한 자세한 내용은 "실제 응용 프로그램" 및 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.
변화
- 벽돌의 크기를 변경합니다(큰 갈색 식료품 종이 봉투 사용).
- 조립 라인 테스트 중에 재미있고 빠른 음악을 재생합니다.
- 배송할 상자에 벽돌을 포장하는 등의 작업을 더 추가합니다.
- 각 팀이 10분 동안 얼마나 많은 벽돌을 만드는지 보는 대신 학생들에게 특정 수의 벽돌을 만들어야 하고 각 팀이 얼마나 오래 걸리는지 확인하라고 말합니다.
학생 성찰(엔지니어링 노트)
- 1색 벽돌을 만드는데 얼마나 걸렸어요?
- 가장 쉬웠던 작업과 그 이유는 무엇입니까?
- 가장 어려웠던 작업과 그 이유는 무엇입니까?
- 벽돌을 만드는 더 쉽고 빠른 방법이 있습니까? 그렇다면 설명
시간 수정
수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.
조립 라인의 역사
조립 라인의 기원은 버킷 엘리베이터를 사용하여 부품의 움직이는 라인을 만든 1900세기 조선소에 이르기까지 중세 시대의 광부로 거슬러 올라갈 수 있습니다. XNUMX년대까지 조립 라인은 많은 산업(조선, 통조림, 제분, 육류 포장 등)에서 사용되었지만 자동차 산업에서 가장 성공적이었습니다.
Henry Ford는 1908년에 Model T 자동차를 만들었습니다. 자동차는 단순해서 소유자가 직접 수리할 수 있었습니다. 또한 튼튼하고 저렴했습니다. 곧 Ford Motor Company는 Model T에 대한 주문을 너무 많이 받기 시작하여 신속하게 제작할 수 없었습니다. 생산 속도를 높이기 위해 Ford는 Model T의 제작 방식을 변경했습니다. 여러 그룹의 작업자가 각각 처음부터 완전한 자동차를 만드는 대신 한 장소에 머물면서 자동차가 지나갈 때 부품을 추가했습니다. 부품은 컨베이어 벨트로 직원에게 전달되었습니다. Ford는 필요할 때만 작업자에게 전달되도록 부품 배송 시간을 정했습니다. 1913년까지 Ford는 완전한 조립 라인 기능을 갖추었습니다. 이 생산 방법은 조립 라인에서의 대량 생산이 제조 시간을 단축하고 비용을 낮추는 것을 발견했을 때 많은 산업에서 빠르게 채택되었습니다.
Ford는 오늘날 JIT(Just-In-Time) 제조라고 하는 조립 라인에 접근 방식을 사용했습니다. 이 접근 방식을 통해 제조업체는 조립 라인에서 필요하기 직전에 구성 요소를 구매하고 받을 수 있습니다. 결과적으로 제조업체는 유휴 부품을 하우징하고 관리하는 비용과 부담을 덜어줍니다. JIT의 기본 요소는 1950년대에 Toyota에 의해 개발되었으며 1970년대 초까지 많은 일본 공장에서 잘 정립되었습니다. JIT는 1980년대에 미국에서 채택되기 시작했으며(제너럴 일렉트릭은 얼리 어답터임) 현재 널리 받아들여지고 사용됩니다.
- 조립 라인
부품을 순서대로 추가하여 제품을 조립하는 제조 공정. - 제약
재료, 시간, 팀 규모 등의 제한 - 컨베이어 벨트
한 장소에서 다른 장소로 물체를 운반하는 데 사용되는 롤러로 움직이는 벨트입니다. - 기준
전체 크기 등 디자인이 만족해야 하는 조건 - 효율성
제품을 생산하는 데 재료, 에너지, 노력, 돈 및 시간을 낭비하지 않는 능력. - 엔지니어
세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조). - 엔지니어링 설계 프로세스
프로세스 엔지니어는 문제를 해결하는 데 사용합니다. - 마음의 공학 습관(EHM)
엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 독특한 방식. - 되풀이
테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복). - 제조 산업
사람, 기계 및 도구를 사용하여 원자재를 완제품으로 바꾸는 것. - 대량 생산
제품의 대규모 제조. - 프로토 타입
테스트할 솔루션의 작업 모델입니다. - 품질 관리
제조된 제품이 정의된 일련의 품질 기준을 준수하도록 하기 위한 절차 또는 일련의 절차.
인터넷 연결
- Crayola 공장 조립 라인: 크레용이 만들어지는 방법
- PBS American Experience 조립 라인
추천 도서
- 헨리 포드와 조립 라인(ISBN: 978-1584151739)
- 조립 라인(ISBN: 978-0618484379)
- 린 어셈블리: 어셈블리 작업 흐름을 만드는 핵심 요소(ISBN: 978-1563272639)
쓰기 활동
조립 라인 프로세스의 단계를 설명하는 "설명 에세이"를 작성하십시오.
커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정
참고 : 이 시리즈의 수업 계획은 다음 표준 세트 중 하나 이상에 맞춰져 있습니다.
- 미국 과학 교육 표준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- 미국 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/)
- 국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준(http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- 미국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- 수학에 대한 미국 공통 핵심 주 표준(http://www.corestandards.org/Math)
- 컴퓨터 과학 교사 협회 K-12 컴퓨터 과학 표준(http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
국가 과학 교육 기준 K-4학년(4-9세)
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 자연물과 인간이 만든 물건을 구별하는 능력
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 인간의 노력으로서의 과학
- 과학의 역사
국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 인간의 노력으로서의 과학
- 과학의 역사
국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 역사적 관점
차세대 과학 표준 3-5학년(8-11세)
공학 설계
이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.
- 3-5-ETS1-1. 재료, 시간 또는 비용에 대한 제한과 성공에 대한 특정 기준을 포함하는 필요 또는 욕구를 반영하는 단순한 설계 문제를 정의합니다.
- 3-5-ETS1-2.각각이 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지에 따라 문제에 대한 여러 가능한 솔루션을 생성하고 비교합니다.
차세대 과학 표준 3-5학년(8-11세)
공학 설계
- 3-5-ETS1-3.개선할 수 있는 모델 또는 프로토타입의 측면을 식별하기 위해 변수를 제어하고 실패 지점을 고려하는 공정한 테스트를 계획하고 수행합니다.
차세대 과학 표준 6-8학년(11-14세)
공학 설계
이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.
- MS-ETS1-2 시스템 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가하여 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 확인합니다.
기술 문해력 표준 – 모든 연령대
기술과 사회
- 표준 7: 학생들은 역사에 대한 기술의 영향에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.
디자인
- 표준 10: 학생들은 문제 해결에서 문제 해결, 연구 및 개발, 발명과 혁신, 실험의 역할에 대한 이해를 개발합니다.
시나리오
지역 장난감 회사는 가장 인기 있는 제품인 "컬러 브릭"을 제조하는 데 필요한 시간을 절약할 수 있는 방법을 엔지니어링 팀에 구현하도록 요청하고 있습니다. 이 유아용 장난감은 재활용된 갈색 가방으로 만들어졌으며 엄청난 인기를 얻었습니다. 지속적으로 매진되고 있습니다! 장난감 회사는 단 3일 만에 컬러 브릭 XNUMX만 개를 주문해야 합니다!
단색 벽돌 조립
하나의 색상 브릭을 얼마나 빨리 조립하면서도 기준을 충족하는지 확인하십시오.
기준
- 벽돌은 2개의 갈색 가방으로 구성되어야 합니다.
- 벽돌은 재생지 4장으로 채워야 합니다. (가볍게 구겨서 한 봉지에 넣습니다. 다른 봉지가 이 봉지와 구겨진 종이를 덮을 것입니다.)
- 벽돌의 가장 큰 면은 물방울 무늬로 채워져야 합니다. (3개의 큰 1" 직경 및 3개의 중간 0.5" 원이 한 면에 흩어져 있음). 한 면에는 3개의 파란색 원이 있어야 하고 3개의 녹색 원이 있어야 합니다. 반대쪽에는 3개의 빨간색 원과 3개의 주황색 원이 있어야 합니다.
- 벽돌의 상단과 하단에는 각 줄무늬 사이에 4인치의 수직 0.5인치 보라색 줄무늬가 0.5개 있어야 합니다.
- 벽돌의 양면이 있어야 합니다. 색상 벽돌 검은색 마커로 작성되었습니다. 문자는 측면의 중앙에 위치해야 하며 높이 1인치, 길이 5인치여야 합니다.
강제
- 제공된 재료만 사용하십시오.
반사
1) 1색 벽돌을 만드는데 얼마나 걸렸어요?
2) 가장 쉬웠던 작업과 그 이유는 무엇입니까?
3) 가장 힘들었던 일은 무엇이고 그 이유는 무엇입니까?
4) 벽돌을 만드는 더 쉽고 빠른 방법이 있습니까? 그렇다면 기술하십시오
디자인 도전
시나리오
지역 장난감 회사는 가장 인기 있는 제품인 "컬러 브릭"을 제조하는 데 필요한 시간을 절약할 수 있는 방법을 구현하도록 엔지니어링 팀에 요청하고 있습니다. 이 유아용 장난감은 재활용된 갈색 가방으로 만들어졌으며 엄청난 인기를 얻었습니다. 지속적으로 매진되고 있습니다! 장난감 회사는 단 3일 만에 컬러 브릭 XNUMX만 개를 주문해야 합니다! 그들은 품질 관리 제약 조건을 충족하면서 벽돌을 가장 빠르게 만들 수 있는 엔지니어링 팀에 계약을 수주할 것입니다.
디자인 도전
각 팀(팀당 약 8-10개)은 10분 안에 가능한 한 많은 "색상 벽돌"을 만들고 모든 품질 관리 제약 조건을 충족하는 조립 라인 프로세스를 설계합니다.
기준
- 각 브릭은 2개의 갈색 가방으로 구성되어야 합니다.
- 각 브릭은 재활용 종이 4장으로 채워야 합니다. (뭉쳐서 한 봉지에 채워넣습니다. 다른 봉지는 이 봉지와 잘게 썬 종이를 덮을 것입니다.)
- 벽돌의 가장 큰 면은 물방울 무늬로 채워져야 합니다. (3개의 큰 1" 직경 및 3개의 중간 0.5" 원이 한 면에 흩어져 있음). 한 면에는 3개의 파란색 원이 있어야 하고 3개의 녹색 원이 있어야 합니다. 반대쪽에는 3개의 빨간색 원과 3개의 주황색 원이 있어야 합니다.
- 벽돌의 상단과 하단에는 각 줄무늬 사이에 4인치의 수직 0.5인치 보라색 줄무늬가 0.5개 있어야 합니다.
- 벽돌의 양면이 있어야 합니다. 색상 벽돌 검은색 마커로 작성되었습니다. 문자는 측면의 중앙에 위치해야 하며 높이 1인치, 길이 5인치여야 합니다.
기준
- 제공된 자료만 사용해야 합니다.
기획 단계
팀으로 만나서 해결해야 할 문제에 대해 논의하십시오. 그런 다음 문제를 해결하기 위한 프로세스를 개발하고 동의합니다. 사용할 재료를 결정해야 합니다.
아래에 디자인을 그리고 사용할 부품의 설명과 수량을 반드시 표시하십시오.
디자인 도전
조립 라인을 위한 설계 브레인스토밍:
팀이 선택한 조립 라인 디자인:
건설 단계
조립 라인을 구축하십시오. 건설하는 동안 추가 재료가 필요하거나 설계를 변경해야 한다고 결정할 수 있습니다. 괜찮습니다. 새 스케치를 만들고 재료 목록을 수정하기만 하면 됩니다.
테스트 단계
각 팀은 조립 라인을 테스트합니다. 디자인과 프로세스가 성공하지 못한 경우 다시 디자인하고 테스트하십시오. 솔루션에 만족할 때까지 계속하십시오. 다른 팀의 테스트를 보고 서로 다른 디자인이 어떻게 작동하는지 관찰하십시오.
최종 디자인 스케치
평가 단계
팀의 결과를 평가하고, 평가 워크시트를 완성하고, 결과를 학급에 발표합니다.
1) 조립 라인 작업의 순서가 성공적이었습니까? 그렇지 않다면 그 이유는 무엇입니까?
2) 한 작업에 전문가를 배치할 만큼 조립 라인에 충분한 인력이 있습니까? 그렇지 않다면 더 많은 사람들이 있었다면 조립 라인이 어떻게 바뀌었을까요?
3) 귀하의 그룹은 품질 관리 기준을 충족했습니까? 그렇지 않다면 그 이유는 무엇입니까?
4) 더 많은 시간이나 다른 공급품이 있다면 무엇을 추가하거나 변경하거나 다르게 하시겠습니까?
5) 빠르게 진행하면서 품질 관리 기준을 충족하는 것이 어려웠습니까? 개선하려면 무엇이 필요할까요?
6) 당신의 팀은 조화롭고 효율적으로 협력하였습니까?
7) 제품을 개별적으로 조립할 때와 비교할 때 조립 라인 방식의 장점은 무엇입니까?