Bài giảng Phương pháp sáng tạo - Chương 4

Phương pháp luận sáng tạo
Quy luật về tính đầy đủ của các hệ thống kỹ thuật
Quy luật về tính đầy đủ của 
các hệ thống kỹ thuật
 Một hệ kỹ thuật hoạt động tự lập phải bao gồm động cơ, bộ phận 
truyền động, bộ phận làm việc và bộ phận điều khiển. Trong đó mỗi 
bộ phận phải có khả năng làm việc tối thiểu và ít nhất phải có một bộ 
phận điều khiển được.
Thí dụ, chiếc máy tiện có đầy đủ các bộ phận này : động cơ để cho 
máy hoạt động; các trục, các bánh xe răng cưa, các khớp nối đóng 
vai trò truyền động; bộ phận làm việc là lưỡi dao tiện; các tay vặn, 
nút bấm, các tay đòn thực hiện chức năng điều khiển. Ở đây, bộ phận 
điều khiển còn "yếu" nên cần sự tham gia của người thợ 
tiện. trong các máy tiện tự động hoá cao, bộ phận điều khiển hoàn 
thiện hõn, người thợ chỉ còn làm công việc lắp ráp, chỉnh và theo dõi 
hoạt động của máy.
Quy luật về tính đầy đủ của 
các hệ thống kỹ thuật
 Quy luật vừa nêu cho thấy khuynh hướng hệ kỹ thuật thay thế dần một số chức năng 
của con người. Sự hình thành một hệ kỹ thuật thực hiện chức năng mới thường bắt 
đầu từ sự nảy sinh bộ phận làm việc. các bộ phận còn lại do con người hoặc môi 
truờng bên ngoài đảm nhiệm cho đến khi được thay thế bởi các bộ phận kỹ thuật 
tương ứng.
Chiếc xe đạp ban đầu chỉ gồm hay bánh xe ( bộ phận làm việc ) và thanh ngang nối 
chúng. Các phần còn lại, người đi xe tự làm lấy : dùng chân đạp xuống đường ( 
động cơ ), dùng thân mình để truyền chuyển động cho bánh xe và phải dùng sức để 
nghiêng xe đi ( lái ) khi đến chổ quẹo. sau đó, pedal, đĩa, xích được sáng chế ra để 
thực hiện chức năng truyền động từ thân người đến bộ phận làm việc. tay lái (ghi 
đông ) xuất hiện làm công việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn. Động cơ lắp vào xe 
đạp ( xe gắn máy ) giải phóng người đi xe, khỏi phải sử dụng sức lực cơ bắp.
Quy luật này cho thấy, nếu ở đâu đó, nhà sáng chế còn bắt gặp máy móc chưa có 
đầy đủ các bộ phận nói trên, không chần chờ gì nữa, hãy làm cho chúng trở thành 
các hệ kỹ thuật tự lập.
C, NL 
TT
C, NL C, NL 
TT
TT
Sản phẩm được thay 
đổi
ản phẩ đ c thay 
đổi
C,NL,TT
C – Chất
NL – Năng lượng
TT – Thông tin
C, NL 
TT
C, NL 
C, NL 
TT
TT
Sản phẩmản phẩ
TT
C – Chất
NL – Năng lượng
TT – Thông tin
Làm việc
(Công cụ)
Đầu
vào
Đầu
ra
TT
ĐK
T
Đ
ĐC
SP
SP
LV
ĐK
T
Đ
ĐC
LV
SP
Máy sơ khai
t
t
Đ
SP
Máy hoàn thiện
SP
Máy tự động hoàn toàn
Quy luật về tính thông suốt
Quy luật về tính thông suốt
 Bất kỳ hệ kỹ thuật nào cũng là hệ tiêu thụ và biến đổi dạng năng 
lượng nào đó, cho nên cần có sự thông suốt về mặt năng lượng từ 
động cơ qua bộ phận truyền động đến bộ phận làm việc. Để tăng tính 
điều khiển của hệ còn cần phải bảo đảm sự thông suốt năng lượng 
mang thông tin giữa bộ phận điều khiển và các bộ phận khác của hệ.
Nhà thiết kế, nếu không tính đến quy luật này, có thể mắc những sai 
lầm như : hoặc năng lượng bị tích tụ thừa tại các chi tiết nào đó và 
làm mau hỏng chúng, hoặc do sự dẫn năng kém mà phải sử dụng 
động cơ có công suất lớn hơn mức cần thiết, gây lãng phí. Mặt khác, 
biết quy luật này, người ta ý thức được việc chế tạo các chốt an toàn, 
các cầu chì để ngắt dòng năng lượng nếu chúng vượt qua giới hạn 
cho phép, có thể làm hỏng máy.
C, NL 
TT
C, NL C, NL 
TT
TT
Sản phẩm được thay 
đổi
ản phẩ đ c thay 
đổi
C,NL,TT
C – Chất
NL – Năng lượng
TT – Thông tin
Diễn tả sự thông suốt
C, NL 
TT
C, NL 
C, NL 
TT
TT
Sản phẩmản phẩ
TT
C – Chất
NL – Năng lượng
TT – Thông tin
Làm việc
(Công cụ)
Đầu
vào
Đầu
ra
TT
Pháthát
Mã hóaã hóa
Thuhu
Giải mãiải ã
Hoặc
Kênh truyền 1
Mã hóa tiếpã hóa tiếp
Kênh truyền 2
Một số yếu tố ảnh hưởng
•Tốc độ phát
•Loại mã
•Tốc độ mã hóa
•Loại kênh truyền
•Tốc độ truyền trong kênh
•Khả năng thông qua cực đại của kênh
•Nhiễu
•Tốc độ giải mã hoặc mã hóa tiếp
•Tốc độ thu
Quy luật về tính tương hợp 
các phần của hệ
 Điều kiện cần để cho một hệ kỹ thuật có sức sống, về mặc nguyên 
tắc, phải có sự tương hợp giữa các phần của hệ theo các thông số sau: 
dạng năng lượng và cách truyền tãi, vật liệu, trạng thái vật lý của vật 
chất, thời gian, không gian, cách tương tác giữa các phần của 
hệ...Mức độ tương hợp càng cao thì khả năng làm việc của hệ kỹ 
thuật càng lớn. Sự hoàn thiện bất kỳ hệ kỹ thuật nào, ở mức độ này 
hay mức độ khác, đều liên quan đến việc nâng cao tính tương hợp 
giữa các phần của hệ và sau đó là với môi truờng bên ngoài.
Thí dụ, các nhà xây dựng khi đóng cọc công trình, chọn tần số búa 
đập phù hợp với tần số riêng của cọc ( tạo cộng hưởng) làm công 
việc trở nên dễ dàng hơn. Khi ghép, nối các chi tiết máy móc cần để 
ý lựa chọn vật liệu trung gian sao cho tương hợp với các chi tiết đó, 
nếu không, mối hàn, ghép hay dán sẽ không cho độ tin cậy và tuổi 
thọ như ý muốn.
C, NL 
TT
C, NL C, NL 
TT
TT
Sản phẩm được thay 
đổi
ản phẩ đ c thay 
đổi
C,NL,TT
C – Chất
NL – Năng lượng
TT – Thông tin
Diễn tả sự thông suốt
C, NL 
TT
C, NL 
C, NL 
TT
TT
Sản phẩmản phẩ
TT
C – Chất
NL – Năng lượng
TT – Thông tin
Làm việc
(Công cụ)
Đầu
vào
Đầu
ra
TT
Quy luật tăng tính lý tưởng của hệ kỹ thuật
Quy luật tăng tính lý tưởng 
của hệ kỹ thuật
 Các hệ thống kỹ thuật phát triển theo hướng làm tăng mức độ 
lý tưởng của hệ.
Hệ kỹ thuật ra đời không phải là mục đích tự thân mà là 
phương tiện để thực hiện một công việc xác định. Lúc đầu, hệ 
kỹ thuật còn “xấu xí”, hoạt động chưa thật hiệu quả và nhiều 
khuyết tật. Dần dần, người ta hoàn thiện và mở rộng khả năng 
của nó, nói cách khác, đưa hệ dần đến mẫu lý tưởng. Mẫu lý 
tưởng là mẫu mang tính quy ước, được hiểu : không có hệ mà 
chức năng của hệ vẫn được thực hiện. Tất nhiên, trên thực tế 
không có chuyện như vậy, và các hệ kỹ thụật chỉ tiến gần đến 
mẫu lý tưởng chứ không bao giờ đạt đến cả.
Quy luật tăng tính lý tưởng 
của hệ kỹ thuật
 Giải pháp kỹ thuật được coi là tiến đến gần mẫu lý tưởng nếu có một hoặc vài tính 
chất sau :
1. các kích thước của hệ kỹ thuật tiến gần hoặc trùng với kích thước của chính sản 
phẩm mà nó phải chế tạo, xử lý hoặc vận chuyển. Khối lượng của hệ kỹ thuật nhỏ 
hơn rất nhiều khối lượng của sản phẩm.
2. khối lượng và kích thước của hệ kỹ thuật hoặc của các phần chức năng chính tiến 
dần đến zero ( trong trường hợp giới hạn bằng zero ).
3. thời gian chế tạo, xử lý sản phẩm của hệ kỹ thuật tiến tới zero hoặc bằng zero.
4. hiệu suất của hệ kỹ thuật tiến tới một hoặc bằng một, còn chi phí năng lượng tiến 
tới zero hoặc bằng zero.
5. tất cả các phần của hệ kỹ thuật luôn luôn thực hiện công việc có ích một cách đầy 
đủ theo khả năng thiết kế.
Quy luật tăng tính lý tưởng 
của hệ kỹ thuật
 Giải pháp kỹ thuật được coi là tiến đến gần mẫu lý tưởng nếu có một hoặc vài tính 
chất sau :
 6. hệ kỹ thuật làm việc trong thời gian dài vô tận mà không cần phải sửa chữa hoặc 
dừng lại.
7. hệ kỹ thuật làm việc không cần có người hoặc với sự tham gia tối thiểu của con 
người.
8. hệ kỹ thuật không có bất kỳ ảnh hưởng xấu nào đối với con người và môi trường.
9. hệ có thể thực hiện nhiều chức năng.
10. giảm số lượng các chi tiết của hệ kỹ thuật dần đến zero mà không ảnh hưởng đến 
chức năng của hệ.
11. giá thành sản phẩm tiến dến zero. 
Quy luật tăng tính lý tưởng 
của hệ kỹ thuật
 Quy luật tăng tính lý tưởng của hệ kỹ thuật đóng vai trò 
rất quan trọng trong tư duy sáng tạo kỹ thuật. Quy luật này 
giúp nhà sáng chế định hướng một cách khách quan suy 
nghĩ để tập trung những nổ lực cần thiết về phía đúng đắn 
nhất. Ở đây, hệ kỹ thuật đóng vai trò như ngọn hải đăng 
dẩn đường : mọi sáng chế không có tác dụng đưa hệ kỹ 
thuật về hướng lý tưởng sẽ nhanh chóng bị “lão hoá” và bị 
đào thải, thậm chí không được đưa ra áp dụng.
Quy luật tăng tính lý tưởng 
của hệ kỹ thuật
Hệ lý tưởng
t (0, +)Hiện tại
Quy luật về tính không đồng đều trong sự phát triển các phần 
của hệ kỹ thuật
Quy luật về tính không đồng 
đều trong sự phát triển các 
phần của hệ kỹ thuật
 Các phần của hệ phát triển không đồng đều, hệ càng phức tạp 
thì tính không đồng đều càng lớn.
Sự phát triển không đồng đều giữa các phần của hệ là một 
trong những nguyên nhân phát sinh mâu thuẫn trong hệ kỹ 
thuật – các bài toán sáng chế mới. Giải quyết thành công các 
bài toán này ( khắc phục được các mâu thuẩn) là động lực thúc 
đẩy các hệ kỹ thuật phát triển. Thí dụ, khi trọng tải của các tàu 
thủy chở hàng bắt đầu tăng mạnh, công suất các động cơ cũng 
tăng nhanh theo, nhưng phương tiện hãm không thay đổi. Kết 
quả nảy sinh bài toán : làm thế nào hãm tàu chở dầu có trọng 
lượng choán nước 200,000 tấn ? bài toán này còn chưa có lời 
giải hữu hiệu, từ lúc bắt đầu hãm đến khi dừng hẵn, những con 
tàu lớn còn có thể đi thêm được vài hải lý.
Quy luật về tính không đồng 
đều trong sự phát triển các 
phần của hệ kỹ thuật
t (0, +)
Quy luật chuyển sang hệ trên
Quy luật chuyển sang hệ 
trên
 Khi đã cạn khả năng phát triển, hệ chuyển sang hệ trên với tư 
cách là một phần của hệ trên, và sự phát triển sẽ diễn ra tiếp tục 
ở mức hệ trên.
Thí dụm trước kia, khi trình độ phát triển thấp, mỗi nhà đều 
dùng nước giếng hoặc nước sông. Sau đó, ở mức phát triển cao 
hơn, cùng với sự hình thành các khu dân cư tập trung, việc 
dùng nước theo kiểu cũ dẩn đến nhiều sự bất tiện, không lợi về 
mặc thời gian và kinh tế ( thử tưởng tượng mỗi nhà trong thành 
phố có một hay vài giếng nước cùng gàu, xô, máy bơm, cái lọc 
nước, khử trùng ..). hệ thống cung cấp nước chung cho cả 
thành phố được hình thành và sự phát triển tiếp theo xảy ra 
chính ở mức hệ trên này.
Quy luật chuyển hệ kỹ thuật từ mức vĩ mô sang mức vi mô.
Quy luật chuyển hệ kỹ thuật 
từ mức vĩ mô sang mức vi mô
 Các bộ phận làm việc của hệ lúc đầu phát triển ở mức vĩ mô, sau đó chuyển 
sang phát triển ở mức vi mô.
Cho đến hiện nay, các hệ kỹ thuật có bộ phận làm việc là các “khối vật 
chất” kích thước vĩ mô còn chiếm số đông : cánh quạt máy bay, chân vịt tàu 
thủy, bánh xe ô tô, lưỡi dao tiện, gầu máy xúc...các sáng chế có thể tiếp tục 
hoàn thiện các “khối” vĩ mô này. Nhưng đến một lúc nào đó, giải pháp kỹ 
thuật hữu hiệu chỉ có thể đạt được khi chuyển các bộ phận làm việc sang 
mức vi mô, sử dụng trực tiếp các phân tử, nguyên tử, ion, điện tử..., được 
điều khiển bằng các loại trường như điện, từ, điện từ trường, nhiệt độ... cánh 
quạt máy bay được thay thế bằng các dòng khí của động cơ phản lực, xuất 
hiện các tàu thủy, xe chạy trên đệm không khí, điện từ. Tia lazer là công cụ 
đắc lực dùng trong thông tin liên lạc, gia công kim loại, chữa bệnh, chùm tia 
điện tử trong máy thu hình vẽ trên màn hình nhanh hơn bất kỳ cây bút vẽ 
thông thường nào.
Quy luật chuyển hệ kỹ thuật 
từ mức vĩ mô sang mức vi mô
t (0, +)
Quy luật tăng tính điều khiển của hệ kỹ thuật
Quy luật tăng tính điều khiển 
của hệ kỹ thuật
 Hệ kỹ thuật phát triển theo hướng tăng tính điều khiển và tăng sự ảnh hưởng 
lẫn nhau giữa vật chất và các trường năng lượng có trong hệ thống.
Điều này được thực hiện bằng cách chuyển từ các trường cơ học sang các 
trường điện, từ và trường điện từ, tăng tính phân tán của vật chất và tăng số 
lượng các mối liên kết giữa các yếu tố của hệ thống, tăng tính nhanh nhạy 
của hệ thống.
Thí dụ, để nâng cao chất lượng đúc cần phải khuấy thép đang nguội dần 
trong khuôn. Đến thời gian gần đây,người ta còn cố gắng làm điều đó bằng 
cách xử dụng các máy khuấy cơ học, máy rung. Hiện nay,người ta chuyển 
sang dùng khuấy điện từ trong công nghệ đúc thép để khuôn liên tục. Máy 
bay cũng ngày càng trở nên linh động hơn : tùy theo chế độ bay mà máy 
bay có thể thay đổi dạng hình học của cánh, thân và hướng động cơ. Người 
ta cũng tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình công nghệ như thành lập 
những phân xưởng đặ biệt xử lý các vật liệu bị ôxy hoá mạnh, ở đó không 
khí được thay bằng khí trơ. 
Quy luật tăng tính điều khiển 
của hệ kỹ thuật
 Hệ kỹ thuật phát triển theo hướng tăng tính điều khiển và tăng sự ảnh hưởng 
lẫn nhau giữa vật chất và các trường năng lượng có trong hệ thống.
Điều này được thực hiện bằng cách chuyển từ các trường cơ học sang các 
trường điện, từ và trường điện từ, tăng tính phân tán của vật chất và tăng số 
lượng các mối liên kết giữa các yếu tố của hệ thống, tăng tính nhanh nhạy 
của hệ thống.
Thí dụ, để nâng cao chất lượng đúc cần phải khuấy thép đang nguội dần 
trong khuôn. Đến thời gian gần đây,người ta còn cố gắng làm điều đó bằng 
cách xử dụng các máy khuấy cơ học, máy rung. Hiện nay,người ta chuyển 
sang dùng khuấy điện từ trong công nghệ đúc thép để khuôn liên tục. Máy 
bay cũng ngày càng trở nên linh động hơn : tùy theo chế độ bay mà máy 
bay có thể thay đổi dạng hình học của cánh, thân và hướng động cơ. Người 
ta cũng tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình công nghệ như thành lập 
những phân xưởng đặ biệt xử lý các vật liệu bị ôxy hoá mạnh, ở đó không 
khí được thay bằng khí trơ.