Tổng kết Chương III

Thiết kế kĩ thuật là quá trình tìm giải pháp và cụ thể hóa sản phẩm/quy trình đáp ứng nhu cầu trong các ràng buộc. Nhu cầu mô tả vấn đề; tiêu chí cho biết mức đạt; ràng buộc giới hạn như kinh phí, vật liệu, kích thước và an toàn. Thiết kế có tính sáng tạo nhưng không chỉ trang trí, cần cơ sở khoa học và bằng chứng thử. Một vấn đề có thể có nhiều phương án tốt theo ưu tiên khác nhau.

Quy trình thiết kế gồm xác định vấn đề, nghiên cứu thông tin, xác định yêu cầu, đề xuất/đánh giá giải pháp, tạo mẫu, thử và hoàn thiện rồi báo cáo. Số bước có thể gộp theo cách trình bày nhưng quan hệ bằng chứng phải rõ; quá trình lặp khi thử chưa đạt. Không bắt đầu bằng chốt sản phẩm rồi tìm số liệu để bênh nó. Ghi cả phương án bị loại và lí do giúp người khác hiểu quyết định.

Thiết kế chịu ảnh hưởng chức năng, người dùng, công thái học, vật liệu, công nghệ chế tạo, thẩm mĩ, kinh tế, môi trường và điều kiện xã hội. Công thái học xem tương tác người–sản phẩm, không mặc định một kích thước hợp mọi cơ thể. Yêu cầu có thể xung đột như nhẹ với chịu lực, rẻ với tuổi thọ; cần nêu ưu tiên và điều kiện loại. Không dùng khuôn mẫu giới tính để giới hạn người sử dụng.

Thiết kế cần phù hợp chức năng, an toàn, đơn giản hợp lí, kinh tế và bền vững. Đơn giản không đồng nghĩa bỏ chức năng bảo vệ; tiết kiệm không đồng nghĩa dùng vật liệu không rõ khả năng. Tính lắp ráp/bảo trì và sử dụng vật liệu hiệu quả giúp giảm lỗi và chi phí vòng đời. Các nguyên tắc được xét cùng nhau trong điều kiện cụ thể, không có nguyên tắc “rẻ nhất bất kể an toàn”.

Thiết kế có thể dùng động não, sơ đồ tư duy, hỏi chuyên gia, phân tích ưu–nhược–điểm thú vị (PMI), bản vẽ/mô hình và công cụ số. Động não tách pha tạo ý tưởng khỏi đánh giá để không chặn đề xuất sớm; sau đó vẫn phải kiểm tính khả thi/an toàn. Sơ đồ tư duy tổ chức quan hệ quanh vấn đề; PMI ghi mặt tốt, hạn chế và điều đáng tìm hiểu, không chỉ chấm theo thích. Công cụ không tự thay tri thức và bằng chứng.

Dự án in là thiết kế sản phẩm lọc nước, từ khảo sát nguồn/nhiệm vụ đến tiêu chí, phương án, nguyên mẫu, thử, cải tiến và báo cáo. Phải phân biệt loại bỏ cặn nhìn thấy với bảo đảm nước dùng sinh hoạt hay uống: nước trong vẫn có thể chứa vi sinh và chất hòa tan. Bảng ngưỡng lịch sử trong sách không được dùng như giấy chứng nhận mẻ nước tự lọc đạt quy định hiện hành. Không nếm hay uống sản phẩm lớp; không dùng nước ô nhiễm thật, hóa chất diệt khuẩn hoặc bình áp tự chế.

Mẫu nhu cầu: giữ sách gọn trên bàn rộng 60 cm, kinh phí tối đa 80000 đ, không cạnh sắc. Chuyển thành yêu cầu kiểm được: giá rộng không quá 30 cm, giữ ba quyển sách theo tải được giáo viên duyệt, không lật khi thử nhẹ, dễ đặt/lấy. Mẫu phác thảo bìa chỉ chứng minh ý tưởng, chưa chứng minh độ bền lâu dài. Hồ sơ ghi kích thước, vật liệu, tiêu chí, cách thử và người kiểm; không dùng thiết kế giấy để nhận sản phẩm đã chế tạo.

Mẫu giá sách bìa: tiêu chí rộng≤30 cm, giữ ba quyển, không lật trên bàn; hai phương án chân thẳng và chân rộng. Chọn chân rộng sau thử có kiểm soát theo tải mẫu, nếu mép bong thì ghi lỗi, đổi cách ghép và thử lại. Dữ liệu giả định: lần 1 giữ 2/3 quyển nên chưa đạt; lần 2 giữ 3/3 trong phép thử nhưng chưa đủ chứng minh bền nhiều tháng. Giáo viên chuẩn bị cắt; học sinh không dùng dao/máy nóng thiếu giám sát.

Mẫu ghế cho bàn học: phải xét chiều cao người/bàn, tư thế, vùng đặt chân, độ ổn định và điều chỉnh; không lấy số trung bình rồi tuyên bố mọi học sinh thoải mái. Trong bài giả định ghếA giá 300000 đ dùng 3 năm, B450000 đ dùng 5 năm thì chi phí mua bình quân 100000 và 90000 đ/năm, chưa gồm bảo trì. B rẻ hơn theo năm không có nghĩa phù hợp cơ thể hay an toàn hơn khi chưa kiểm.

Mẫu hộp đựng học cụ: dùng mối ghép dễ tháo để thay nắp, bo mép, ít loại chi tiết và tận dụng tấm theo sơ đồ cắt. Tấm 100 ×60 cm tạo 4 miếng 30 ×20 cm, tổng diện tích dùng 2400 cm² trên 6000 cm²=40% theo mô hình chưa tính đường cắt; phần còn có thể dùng sản phẩm khác. Không gọi việc bỏ hết phần dư là bền vững nếu chưa xét chất thải/độ bền. Giáo viên gia công vật liệu cứng hoặc sắc.

Mẫu ba phương án giá sách: khung bìa rẻ/dễ sửa nhưng cần kiểm ẩm; gỗ cứng hơn nhưng gia công do người phụ trách; nhựa nguyên bộ dễ lau nhưng cần kiểm vật liệu/chi phí. Bảng PMI ghi câu hỏi “có ổn định khi tải lệch?” thay vì tự nhận đã đạt. Nhóm tạo 12 ý tưởng, loại 5 vì không đạt ràng buộc còn 7 để phân tích; không chọn bằng số phiếu nếu phương án vi phạm an toàn. Hồ sơ lưu phác thảo, tiêu chí và nguồn đã đọc.

Hồ sơ nguyên mẫu lọc cặn trọng lực, không tạo nước uống: tiêu chí thu 200 mL trong không quá 4 phút, giảm cặn nhìn thấy, không rò/đổ và không cạnh sắc. Vật tư mẫu: bình/phễu khoảng 500 mL với giá đỡ do giáo viên chuẩn bị an toàn; cốc chia độ chứa ít nhất 300 mL mượn từ trường; vải sạch khoảng 10×10 cm, cát sạch đã rửa 150 g, sỏi sạch đã rửa 80 g; khay hứng. Đây là thiết kế mẫu để thử, không công thức làm nước uống. Phương án A chỉ vải: dự đoán đơn giản/ít cản dòng nhưng khả năng giữ hạt cần thử. Phương án B từ đáy lên vải–cát–sỏi: dự đoán giữ nhiều cỡ cặn nhưng có thể giảm lưu lượng; chọn B làm nguyên mẫu và ghi cả A bị loại tạm, không gọi dự đoán là kết quả. Giáo viên chuẩn bị mọi miệng/cạnh, kiểm giá đỡ; học sinh xếp vật liệu đã sạch theo giám sát, đặt cốc trên khay, nạp từ từ 300 mL nước sạch pha ít đất sạch do giáo viên chuẩn bị, bấm giờ và ghi thể tích/độ rò/cặn nhìn thấy theo cách so cùng điều kiện. Không dùng nước ô nhiễm thật, không áp lực, không thêm hóa chất, không uống/nếm. Dự toán GIẢ: bình/giá 20000 đ, vật liệu 15000 đ, khay 5000 đ; cốc mượn 0 đ, tổng 40000 đ. Nhật kí thử GIẢ của B: lần 1 thu 200 mL/5 phút=40 mL/phút, chưa đạt tốc độ; lần 2 sau điều chỉnh cách xếp theo giáo viên thu 200 mL/4 phút=50 mL/phút, đạt riêng tốc độ. Chưa có số đo rò/cặn thì chưa kết luận hai tiêu chí đó, không suy nước an toàn uống từ độ trong. Báo cáo mẫu hoàn thành gồm nhu cầu, nguồn, tiêu chí, A/B và lí do, sơ đồ vải–cát–sỏi, bảng vật tư/tiền, hai dòng nhật kí GIẢ và giới hạn; khi làm thật lưu dữ liệu riêng, chưa thử ghi chưa thử.

Bài in có bốn nguyên tắc tối ưu: lặp để xem xét và cải tiến bằng bằng chứng; đơn giản hóa mà vẫn đáp ứng yêu cầu; chọn giải pháp tối ưu theo toàn bộ ràng buộc, không hứa hoàn hảo mọi tiêu chí; tối thiểu tài chính khi so những giải pháp tương đương mức đáp ứng. Hai nhóm bền vững là tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường trong vòng đời. Không bỏ bảo vệ an toàn chỉ để giảm giá/khối lượng. Khung 6R trong phần bổ sung: Recycle–dùng vật liệu có khả năng tái chế; Reduce–giảm vật liệu/năng lượng/rác; Rethink–xem lại giải pháp; Repair–dễ sửa để kéo dài tuổi thọ; Reuse–dùng lại phần phù hợp; Refuse–từ chối giải pháp chưa tốt cho môi trường. Xét từ vật liệu, ít công đoạn/lĩnh kiện phù hợp, sử dụng tiết kiệm và bền, tới tháo rời/phân loại sau dùng. Một vật liệu mang nhãn tái chế không tự bảo đảm toàn bộ sản phẩm bền vững; phải giữ chức năng, độ bền, bảo trì và điều kiện xử lí.

Bài in đặt vấn đề biến nước nguồn thành nước sinh hoạt, không đồng nhất với nước uống trực tiếp. Bảy pha cần hiểu đủ: nghiên cứu nguồn nước/sản phẩm/phương pháp và quy định chất lượng; đề xuất tiêu chí kích thước/vật liệu/công suất/chất lượng; đề xuất–đánh giá–chọn giải pháp bằng thông tin và PMI; tạo nguyên mẫu; thử theo tiêu chí với biến kiểm soát và nhật kí; cải tiến; báo cáo/trình bày, tự đánh giá và đánh giá chéo về quá trình/sản phẩm. Phần bổ trợ nêu cơ học (lắng/lưới/lớp giữ cặn), hóa học (xử lí chuyên môn), vật lí (ví dụ tia UV/màng theo công nghệ) và sinh học có kiểm soát; tên phương pháp không là hướng dẫn tự dùng hóa chất, UV, điện phân, bình áp hay nuôi vi sinh. TDS/EC/pH chỉ phản ánh chỉ tiêu tương ứng, không đo hết vi khuẩn/chất độc; nước trong không chứng minh đạt sinh hoạt/uống. Bảng chất lượng lịch sử trong sách phải đọc kèm năm/phương pháp, không dùng như giấy chứng nhận hiện hành. Hồ sơ lớp ở phần mẫu hoàn thành riêng nhiệm vụ nguyên mẫu giữ cặn trên nước mẫu an toàn, không tự nhận đã hoàn thành chức năng làm nước sinh hoạt. Muốn kết luận chức năng đó phải thiết kế đúng yêu cầu hiện hành, có phụ trách chuyên môn, phép thử và bằng chứng phòng kiểm nghiệm cho toàn bộ chỉ tiêu liên quan; chưa có thì ghi chưa được kiểm chứng. Giữ rõ phạm vi mô hình và mục tiêu đầy đủ, không đổi tên một kết quả lưu lượng thành đạt chất lượng nước.