Practically oriented design projects in mechatronics engineering:a case study of design experiences and outcomes

This paper discusses and presents a case study of a practically oriented design project together with a few examples of implemented design projects recently incorporated into an undergraduate system course at the mechatronics engineering department in Ah-Balqa’ Applied University. These projects have had a positive impact on both the department and its graduates. The focus of these projects is the design and implementation of processor-based system. This helps graduate students cross the border between hardware design and software design. Our case study discusses the research methodology adopted for the physical development of the project, the technology used in the project, and the design experiences and outcomes.

Practice based learning approaches in collaborative design and engineering education:a case study investigation into the benefits of a crossdisciplinary practice based learning strategy

This study explores the ongoing pedagogical development of a number of undergraduate design and engineering programmes in the United Kingdom. Observations and data have been collected over several cohorts to bring a valuable perspective to the approaches piloted across two similar university departments while trialling a number of innovative learning strategies. In addition to the concurrent institutional studies the work explores curriculum design that applies the principles of Co-Design, multidisciplinary and trans disciplinary learning, with both engineering and product design students working alongside each other through a practical problem solving learning approach known as the CDIO learning initiative (Conceive, Design Implement and Operate) [1]. The study builds on previous work presented at the 2010 EPDE conference: The Effect of Personality on the Design Team: Lessons from Industry for Design Education [2]. The subsequent work presented in this paper applies the findings to mixed design and engineering team based learning, building on the insight gained through a number of industrial process case studies carried out in current design practice. Developments in delivery also aligning the CDIO principles of learning through doing into a practice based, collaborative learning experience and include elements of the TRIZ creative problem solving technique [3]. The paper will outline case studies involving a number of mixed engineering and design student projects that highlight the CDIO principles, combined with an external industrial design brief. It will compare and contrast the learning experience with that of a KTP derived student project, to examine an industry based model for student projects. In addition key areas of best practice will be presented, and student work from each mode will be discussed at the conference.

Practice based learning for automotive engineering design students

The automotive industry combines a multitude of professionals to develop a modern car successfully. Within the design and development teams the collaboration and interface between Engineers and Designers is critical to ensure design intent is communicated and maintained throughout the development process. This study highlights recent industry practice with the emergence of Concept Engineers in design teams at Jaguar Land Rover Automotive group. The role of the Concept Engineer emphasises the importance of the Engineering and Design/Styling interface with the Concept engineer able to interact and understand the challenges and specific languages of each specialist area, hence improving efficiency and communication within the design team. Automotive education tends to approach design from two distinct directions, that of engineering design through BSc courses or a more styling design approach through BA and BDes routes. The educational challenge for both types of course is to develop engineers and stylist's who have greater understanding and experience of each other's specialist perspective of design and development. The study gives examples of two such courses in the UK who are developing programmes to help students widen their understanding of the engineering and design spectrum. Initial results suggest the practical approach has been well received by students and encouraged by industry as they seek graduates with specialist knowledge but also a wider appreciation of their role within the design process.

Parameter design considerations in precision engineering

Parameter design is an experimental design and analysis methodology for developing robust processes and products. Robustness implies insensitivity to noise disturbances. Subtle experimental realities, such as the joint effect of process knowledge and analysis methodology, may affect the effectiveness of parameter design in precision engineering; where the objective is to detect minute variation in product and process performance. In this thesis, approaches to statistical forced-noise design and analysis methodologies were investigated with respect to detecting performance variations. Given a low degree of process knowledge, Taguchi's methodology of signal-to-noise ratio analysis was found to be more suitable in detecting minute performance variations than the classical approach based on polynomial decomposition. Comparison of inner-array noise (IAN) and outer-array noise (OAN) structuring approaches showed that OAN is a more efficient design for precision engineering. ^

Design and performance assessment of aortic heart valve for tissue engineering

Current artificial heart valves are classified as mechanical and bioprosthetic. An appealing pathway that promises to overcome the shortcomings of commercially available heart valves is offered by the interdisciplinary approach of cardiovascular tissue engineering. However, the mechanical properties of the Tissue Engineering Heart Valves (TEHV) are limited and generally fail in the long-term use. To meet this performance challenge novel biodegradable triblock copolymer poly(ethylene oxide)-polypropylene oxide)-poly(ethylene oxide) (PEO-PPO-PEO or F108) crosslinked to Silk Fibroin (F108-SilkC) to be used as tri-leaflet heart valve material was investigated. ^ Synthesis of ten polymers with varying concentration and thickness (55 µm, 75 µm and 100 µm) was achieved via a covalent crosslinking scheme using bifunctional polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDE). Static and fatigue testing were used to assess mechanical properties of films, and hydrodynamic testing was performed to determine performance under a simulated left ventricular flow regime. The crosslinked copolymer (F108-Silk C) showed greater flexibility and resilience, but inferior ultimate tensile strength, by increasing concentration of PEGDE. Concentration molar ratio of 80:1 (F108: Silk) and thickness of 75 µm showed longer fatigue life for both tension-tension and bending fatigue tests. Four valves out of twelve designed satisfactorily complied with minimum performance requirement ISO 5840, 2005. ^ In conclusion, it was demonstrated that the applicability of a degradable polymer in conjugation with silk fibroin for tissue engineering cardiovascular use, specifically for aortic valve leaflet design, met the performance demands. Thinner thicknesses (t<75 µm) in conjunction with stiffness lower than 320 MPa (80:1, F108: Silk) are essential for the correct functionality of proposed heart valve biomaterial F108-SilkC. Fatigue tests were demonstrated to be a useful tool to characterize biomaterials that undergo cyclic loading. ^

Design of a dynamic e-commerce system with engineering applications

The primary purpose of this thesis was to design and develop a prototype e-commerce system where dynamic parameters are included in the decision-making process and execution of an online transaction. The system developed and implemented takes into account previous usage history, priority and associated engineering capabilities. The system was developed using three-tiered client server architecture. The interface was the Internet browser. The middle tiered web server was implemented using Active Server Pages, which form a link between the client system and other servers. A relational database management system formed the data component of the three-tiered architecture. It includes a capability for data warehousing which extracts needed information from the stored data of the customers as well as their orders. The system organizes and analyzes the data that is generated during a transaction to formulate a client's behavior model during and after a transaction. This is used for making decisions like pricing, order rescheduling during a client's forthcoming transaction. The system helps among other things to bring about predictability to a transaction execution process, which could be highly desirable in the current competitive scenario.

Design of information architecture of the web site of the Faculty of Industrial Engineering and Tourism of the Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (Cuba)

The information architecture supports information retrieval by users in Web environment. The design should be center in the information user, favoring usability. The Faculty of Industrial Engineering and Tourism of the Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas, lacks a site that enhances the disclosure of information to its members. Are presented as objectives of the study: 1) conduct a user survey to identify information needs of users, 2) establish guidelines for information architecture for the institution focused on users, 3) designing the information architecture for the institution and 4) designed to evaluate the proposal. Are presented as objectives of the study: 1) to realize a user study to identify the information needs of users, 2) establish guidelines for information architecture for the institution focused on users, 3) to design the information architecture for the institution and 4) to evaluate the proposal designed. To obtain results are used methods in the theoretical and empirical levels. Besides, are use techniques that favored the design and evaluation. Is designed the intranet of the Faculty of Industrial Engineering and Tourism. Is evaluated the proposed design for the validation of the results.

The Evolution of 'Design Build Fly' Led Teaching in Aerospace Engineering

This paper describes the evolution of a ‘Design - Build-Fly’ (DBF) approach to the delivery and assessment of a Stage Three Aircraft Design module. It focuses on the primary learning outcomes around the design and manufacturing functions associated with the development of a remotely controlled aircraft. The work covers a six year period from 2011 to present mapping the transformation of the module from report based assessment to a more hands on approach resulting in a fully functioning remotely controlled aircraft. Results show that both the staff and student experience improved across key performance metrics including student feedback, learning and competency development. Challenges still remain in methods of placing students within teams and maintaining technical rigour in reporting as students develop vocational skills and more reflective writing styles.

Enhancing the Manufacturing Knowledge of Undergraduate Engineering Students: A Case Study of a Design-Build-Test Challenge Involving Folding Bicycles

Many engineers currently in professional practice will have gained a degree level qualification which involved studying a curriculum heavy with mathematics and engineering science. While this knowledge is vital to the engineering design process so also is manufacturing knowledge, if the resulting designs are to be both technically and commercially viable.
The methodology advanced by the CDIO Initiative aims to improve engineering education by teaching in the context of Conceiving, Designing, Implementing and Operating products, processes or systems. A key element of this approach is the use of Design-Built-Test (DBT) projects as the core of an integrated curriculum. This approach facilitates the development of professional skills as well as the application of technical knowledge and skills developed in other parts of the degree programme. This approach also changes the role of lecturer to that of facilitator / coach in an active learning environment in which students gain concrete experiences that support their development.
The case study herein describes Mechanical Engineering undergraduate student involvement in the manufacture and assembly of concept and functional prototypes of a folding bicycle.

GiveMe Shelter: a people-centred design process for promoting independent inquiry-led learning in engineering

It has become increasingly common for tasks traditionally carried out by engineers to be undertaken by technicians and technologist with access to sophisticated computers and software that can often perform complex calculations that were previously the responsibility of engineers. Not surprisingly, this development raises serious questions about the future role of engineers and the education needed to address these changes in technology as well as emerging priorities from societal to environmental challenges. In response to these challenges, a new design module was created for undergraduate engineering students to design and build temporary shelters for a wide variety of end users from refugees, to the homeless and children. Even though the module provided guidance on principles of design thinking and methods for observing users needs through field studies, the students found it difficult to respond to needs of specific end users but instead focused more on purely technical issues.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Evaluation of student learning outcomes in fourth year engineering mechatronics through design based learning curriculum

This paper focuses on evaluation of student learning outcomes in fourth year engineering mechatronics through design based learning curriculum. The purpose of all engineering degrees is to provide strong grounding with principles of engineering science and technology. By learning engineering methods and approaches in an academic environment, graduates can enter the world of work and tackle real world problems with innovation and creativity. In many cases, academic staff are responsible for driving and setting high expectations in their classrooms. Sometimes staff are expected to teach subjects outside their expertise. This research paper is concerned with evaluating student learning outcomes through feedback sought from students on design-based learning approach.