Hành Trang Khoa Học/Thực tập phân tích phát minh

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Phân Tích phát minh Bài viết này nhằm phần nào hổ trợ các bạn làm quen với một kĩ năng quan trọng mà đã bị bỏ quên không được dạy dổ hay rèn luyện một cách đầy đủ ở nhà trường: Kĩ năng nhìn nhận và phân tích những gì sẵn có. Bài viết chỉ lưạ chọn cái dể thấy nhất hy vọng từ bước đầu này các bạn sẽ tự mình làm quen dần với thói quen động não và đặt vấn đề từ đó phát hiện ra các điểm yếu hay mạnh cuả một đề tài. Từ đó có thể đưa ra các ý sáng tạo về đề tài mà mình phân tích.

Để luyện tập, hãy tự tìm đặt vấn đề bằng cách quan sát và phân tích những sự kiện gần gũi với đời sống. Chẳng hạn bài này sẽ đưa ra một phân tích mẫu về chức năng cuả bình sưã cho em bé.

Đặt vấn đề và phân tích tổng quan

Mô tả và xác định đối tượng

Từ vú em cho đến bình sưã và vấn đề cuả bình sữa Bầu sưã là nơi mà ai chưa qua chưa phải là người. Tất cả đều nếm trải nó! Đặc biệt đối với đa số em bé trong thời buổi như hiện nay, nhưng chắc không mấy ai để ý đặt câu hỏi rằng cái bình mà mình đang trang bị cho em bé có vấn đề gì để thắc mắc. ( Ngoại trừ mấy ...nhà sản xuất bình và mấy em bé!! ). Thật ra, một yếu tố rất quan trọng gây ảnh hưởng đến việc "thụ hưởng dòng sưã ngọt ngào" cuả các bé là: Làm sao để sưã trong bình được cung cấp một cách dể dàng đúng lúc đúng lượng tùy theo sức mút cuả bé. (*). Trong chừng mức ngắn ngủi cuả bài viết chúng tôi chỉ nêu những điểm chính.

Tập thói quen lúc nào cũng quan sát sự việc một cách có suy nghĩ, không bao giờ ngừng đặt câu hỏi về khả năng và chất lượng thực cuả chủ thể đưọc quan sát.

Không nhiều người nghĩ rằng một trong những nguyên nhân làm các bé ... gầy yếu và bỏ sữa sớm là vì bình sữa không làm tốt nhiệm vụ cuả nó. Để minh hoạ, xin so sánh với việc uống nước. Bạn cảm giác ra sao khi đang lúc khát được cầm một ly nước giải khác đầy mà lại chỉ được uống từng ngụm rất nhỏ cách quảng .. Nghiã là sau khi ngậm xong 1 ngụm đầu bạn phải nhả ra chờ ... vài giây rồi lại uống ngụm kế ... chưa kể là trong mỗi ngụm như vậy hết một phần lớn là không khí. Hoàn toàn tương tự, đối với một bình sữa chất lượng tồi sẽ gây nhiều trở ngại cho việc dinh dưỡng cuả các em. Nguyên do chính là vì người sản xuất đã không đặt vấn đề đã nêu khi chế tạo bình.

Muốn tìm tìm nguyên nhân cuả một vấn đề thì trước hết phải mô tả được đối tượng (hay chủ thể làm việc) và chức năng cuả nó.

Phân tích mô tả, cấu trúc cuả chủ thể

Việc phân tích nên bao gồm hình dạng, chức năng, vật liệu cấu tạo, đặc tính ...Chi tiết càng nhiều thì sẽ càng giúp cho việc cải tiến hay điều chỉnh thiết kế (nếu có) về sau. Trong phân tích cần tránh tối đa các sai lầm hay thiếu sót các điểm chính. Mặc d`u vậy, việc phân tích có thể được bổ xung điều chỉnh từ từ về sau một khi đối tượng nghiên cứu được tìm hiểu sâu hơn chính xác hơn. Hơn nữa người phân tích không nên cố chấp hay phụ thuộc vào các chức năng phân tích này mà thay vào đó là ột tinh thần cởi mở hơn (nghĩa là giữ chính xác sự phân tích để hiểu chứ không để tạo bức tường định kiến cho việc sáng tạo)

Các bộ phận chính cuả bình sữa: Một bình sữa thông thường (nếu không kể sữa) sẽ bao gồm 3 bộ phận chính:

Hình 1: bình sữa với các bộ phận chính
  • Thân bình: Chứa luợng chất lỏng (sữa) cần thiết. Nhiệm vụ chính là cung cấp chất lỏng qua ngỏ núm. Chất lỏng không được rỉ qua các chỗ liên kết với các bộ phận khác. Cấu tạo và hình dáng thường không giữ vai trò điều tiết. Thường bằng thuỷ tinh hay nhựa.
  • Nắp: Liên kết giữa núm và miệng bình. Nhiệm vụ chính là hàn kín núm và miệng bình để sưã không bị rỉ ra khi bé bú. Hầu hết các kiểu bình là nắp có răng vặn ăn khớp với miệng mình.
  • Múm: Làm nhiệm vụ cung cấp sưã. Phần quan trọng nhất là chổ tiếp giáp với vòm miệng cuả bé. Múm được chế tạo mô phỏng như cuả người mẹ. Làm bằng nhựa dẽo chất lượng cao (có thể làm bằng chất liệu silicon để tăng độ bền dẻo). Ở đỉnh núm sẽ có một hay vài lỗ thủng nhỏ (tùy theo lưá tuổi) gọi là lổ cấp sưã. Đây là cơ phận đóng vai trò chính trong việc điều tiết lượng sữa trong bình. Độ dày và cấu trúc khác nhau cuả núm đều ảnh hưởng trực tiếp đến việc cung ứng sưã cho mỗi lần mút.

Phân tích vận hành cuả chủ thể

Để ý các điểm sau:

  • Các điều kiện để vận hành.
  • Diễn biến hoạt động thông thường (operation) cũng như các phản ứng bất thường cuả nó.
  • Các yêu cầu về chất lượng và số lượng cũng như không gian, thời gian tính.

Đây thường là bước quan trọng nhất để tìm ra chổ khiếm khuyết cuả một sản phẩm, một lí thuyết hay một phát minh mới.

Việc bú bình có những diễn biến nào?

Trong ví dụ này thì yếu tố không gian và thời gian không giữ vai trò quá thiết yếu.

Bé mút lên núm tại vị trí cuả các lổ thủng tạo một lực hút trực tiếp lên chất lỏng bên trong bình (áp xuất trong vòm miệng nhỏ hơn áp xuất cuả chất lỏng). Do đó, dòng sưã sẽ bắn ra.

Sau vài lần mút liên tục thì áp xuất bên trong cuả thành bình giảm dần. Nếu như không có một cơ chế nào khác để tăng (hay để cân bằng) áp xuất bên trong bình so với áp xuất không khí, thì áp xuất này tiếp tục xuống cho đến khi nó bằng với áp xuất tạo thành bởi vòm miệng. Tại thời điểm này, sưã sẽ ngưng chảy ra khỏi các lổ nhỏ.

Để dòng sưã có thể tiếp tục chảy ra qua các lổ ở đầu núm thì bắt buộc không khí bên ngoài phải chui lọt và trong bình bằng cách nào đó. Những cách đó có thể là:

  • Bé hả miệng ra (hay chép miệng) không khí có áp xuất hơn áp xuất bên trong bình nên sẽ theo các lỗ nhỏ cuả múm chui vào bình
  • Bé không hả miệng nhưng vì độ xiết chặt cuả nắp bình không đủ để cản trở không khí đi ngược vào bình qua chổ tiếp giáp

bình ↔ nắp ↔ núm

  • Có một cơ chế nào khác chủ động (từ nhà chế tạo) để đưa không khí bên ngoài vào cân bằng áp suất (tạm gọi là CCCBAS). Cơ chế này sẽ được đào sâu trong phần tiếp theo.

Dựa vào các hiểu biết đã phân tích ở trên để tìm các chổ yếu và mạnh (còn gọi là phân tích hiệu quả - hậu quả)

Chổ nào dể bị tắt ách, hoạt động không tốt, không nhanh, không tối ưu, hay không vững và có thể là nguyên do gây trở ngại? Từ đó xác định vấn đề.

Chổ nào có thể hoạt động không đồng bộ (sưã tiết ra không đều), không hoàn thành chức năng (sữa bị rỉ hay cung cấp lúc bé không cần gây sặc sưã). Số lương, chất lượng, và chu kì cuả hoạt động (không khí lọt vào dòng sữa, sưã bị tạo bọt...)

Hình2: Nuốt không khí khi bú

Trường hợp CCCBAS không có hay không hoạt động hữu hiệu thì không khí từ bên ngoài sẽ đi theo các lổ cấp sữa để vào bình. Lượng không khí này là nguyên do tạo ra bọt cho sữa và nhiều lúc vì không khí chưa kịp thoát lên hết khỏi núm thì bé đã bắt đầu mút sưã. Một phần không khí bây giờ đổi chiều đi theo mồm cùng với một lượng nhỏ sưã vào ... bao tử bé. (Bé có thể đã dùng môi hay răng cắn chặn lên không để cho không khí thoát khỏi núm -- xem hình)


Dựa vào các phân tích đã có, chúng ta thấy được một điểm cần chú ý là bộ phận tạo cân bằng áp suất cho bình sữa khi bé bú. Nhiều bình sưã đã không có hay chỉ thiết kế qua loa dẫn đến hiệu quả không tốt cho trẻ bú.

Tìm tòi xem xét các bước cải tiến, hoàn thiện hay thiết kế mới có thể lên các chổ yếu

Đây là lúc chúng ta bắt đầu để ý xem sự áp dụng các phương pháp suy nghĩ sáng tạo từ các nhà sản xuất khác nhau cho cùng một vấn đề.

Cải thiện những thiết kế cũ

Từ khi bình sưã có mặt trên thị trường thì mỗi nhà sản xuất có thể nhìn và cải tiến các loại bình sưã cho bé ở các góc độ khác nhau -- Có sản phẩm rất tốt nhưng cùng có nhiều thứ "phát minh" trở nên xa lạ và ... buồn cười nưã. Xin lần lượt trình bày một số điển hình.

Bước đầu tiên cuả việc cải thiện những mô hình thiết kế cũ là ước định cho được tầm mức cải biến, giá trị cuả nó, giá phải trả (không chỉ tính trong chi phí mà phải tính đến nhiều yếu tố bị ảnh hưỏng khác kể cả không và thời gian), và quan trọng nhất hiệu quả thực dụng cũng như các phản ứng phụ (side effect) cuả nó. Trong khi "cân đo" tầm mức xứng đáng để cải thiện thì hãy tính toán việc lưạ chọn phương án nào tốt nhất.

Cải tiến cục bộ

  • Từ bộ phận nào hay chức năng nào?

Trong bình sưã thì rõ ràng bộ phận núm là bộ phận trực tiếp cung cấp chất lỏng nên việc dể hiểu là nhiều nhà sản xuất sẽ cải tiến từ bộ phận này:

Hình 3: CCCBAS đơn giản nhất là ... đục thủng một lổ rất nhỏ trên vành cuả múm cao su hay khoét 1 khe nhỏ
  • Núm: thêm thắt hay ... cắt bớt. Người ta có thể thiết kế lại hình dáng cuả núm (cũng như nắp để thoả mãn điều kiện củ núm mới)

Cách đơn giản nhất để có một CCCBAS là ... chỉ cần đục một lỗ nhỏ trên vành núm. Thật vậy, khi đường kính lổ này khá nhỏ thì bình thường chất lỏng sẽ (ngay cả không khí) sẽ không chui lọt qua được (do sức căng bề mặt cuả nước) đó đó nó sẽ không bị rỉ. Ngược lại, khi có một áp suất vừa đủ (cở sức mút cuả bé) thì không khi sẽ vượt qua "van" cản này dể dàng và góp phần cân bằng áp suất trong bình.

Một cách cải thiện khác là sưả đổi dạng vành cuả núm (và nắp):

Hình 4:Thay đổi vành núm
  • Nắp: Đi xa hơn nhà thiết kế có thể biến nắp trở thành CCCBAS: Bằng cách thay đổi hình dạng, nắp dùng để chỉnh độ lớn dòng sưã.
Hình 5:Thay đổi vành và nắp


  • Tuy nhiên, trong các cải biến trên vẩn còn một khuyết điểm nưã không khắc phục được là khi không khí vuợt qua các van từ phía dưới (lúc cho bé bú thì bình sữa đuợc để nghiêng đáy bình cao hơn và núm ở vị trí thấp nhất). Không khí khi đi ngang qua lớp sữa sẽ tạo nên rất nhiều bọt -- (Mặc dù theo tác giả bài viết bọt sữa dẫu sao cũng sẽ nổi lên trên lập tức và ở ngoài phạm vi múm ... không mấy ảnh hưởng đến ... sức khoẻ bé) Những bọt sữa này có thể gây ra cảm giác không hài lòng cho người tiêu dùng.

Cải tiến theo định hướng

  • Bình: Trong việc cải tiến thì nan đề chính là áp xuất không khí và áp trong bình sưã chứ không nhất thiết là bộ phận nào sẽ gánh chức năng CCCBAS. Do đó, người ta có thể nghĩ đến việc gắn cái "van" ở dáy bình sưã:
Hình 6:CCCBAS được chế tạo và đặt ở đáy bình thay vì ở nắp hay núm

Khi đưa ra một phương án mới giải quyết được vấn đề thì một điểm cần chú ý nưã là các hiệu ứng phụ. Các hiệu ứng phụ này có thể trở thành nguyên do thất bại cuả đề án mới. Trong việc thiết kế lại bình hay nắp thì một điều nhà thiết kế có thể không nghĩ tới là ... việc rưả bình để tái dùng có dể dàng hay không? (Hà hà vì vậy chưa chắc mua bình sưã kiểu mới hơn sẽ tiện hơn cho ... phụ huynh!!!!)

Bước Đột Phá ngoạn mục: Thiết kế mới

Khi mà nổ lực sửa chữa cũng không thoả mản thì ... một cách hay là đặt lại câu hỏi và trả lời trực tiếp tìm giải pháp không phụ thuộc vào những cái cũ. (Chổ yếu cuả phương pháp: khó, đầu tư lại hoàn toàn di chuyền sản xuất,....)

Sửa đổi chức năng cuả bộ phận

Hình 7: với kiểu này thì bé (và vú em) khỏi phải cầm bình ... để bình 1 góc cho bé mút
Tuy nhiên: rửa bình vốn không phải là vấn đề nay trở thành bài toán không dể!

Thay vì chỉ đóng vai trò bị động ta có thể làm một bộ phận trở nên chủ động. Hãy biến nắp thành một cái gì lạ hơn:

Thêm bộ phận mới

Tùy theo hoàn cảnh chức năng mà ta có thể thiết kế lại hay thêm vào một cơ phận chuyên biệt để ... xử lí vấn đề. Tuy nhiên, một lần nưã sai lầm có thể phạm phải là cần thử nghiệm trước xem mô hình này có ...đẹp mắt hay là có hiệu ứng phụ gì?

Hình 8: Thêm vào bộ phận mới chuyên trị ...

Tư tưởng sáng tạo không giới hạn

Thật ra, trong các đề án, một điều nên lưu ý là tư tưởng người phát minh đã mặc nhiên giả định những điều mà họ không ngờ hay không lường được (giống như các nhà vật lí cổ điển mặc nhiên cho tách rời không gian với thời gian vậy). Trong thực tế, những ai bẽ gãy được các các định kiến trong chính bản thân mình sẽ có thể có cái nhìn mềm mại và thoáng hơn.

Nhà phát minh sau đây đáng nể phục vì đã bẽ gãy được những cố chấp cứng rắn cuả ... bình sưã: Thay vì dùng bình nhựa hãy dùng bình bằng .. giấy không thấm hay bao nhưạ (nylon). Tự động, khi sưã ra khỏi miệng bình thì ... cái bao giấy này cũng sẽ co nhỏ thể tích ( hãy so sánh với cái bong bóng đầy nước... bị châm lổ để thoát nước ra ở đáy ... nó đâu cần CCCBAS nào để làm nhiệm vụ!!! ) Bởi vì bình bằng giấy hay bịch nylon nên ... việc rửa bình là không cần thiết (chỉ việc đặt bình giấy này vào ... thùng rác là xong chuyện ).

Đương nhiên, một phát minh như vậy cũng còn chổ yếu cuả nó: người ta phải mua một lần .. vài chục bình. Ngoài ra người ta còn phải giải quyết vài vấn đề tương thuộc nữa là ...cách pha chế sữa vào bình kiểu này. Tuy nhiên, trong thị trường, đã có nhiều lời giải đơn giản. (chẳng hạn như bán bình đã pha sẵn, hay chỉ việc gia cố cho miệng bình đủ cứng và đặt vào khung giữ để rót sưã vào,...)

Hình 9a: 100 bình sữa trong 1 bao nhỏ giá vừa phải
Hình 9b: Bình sữa bây giờ chỉ làm chức năng cái khung giữ (holder)

Lưu ý quan trọng

Nếu như ta nhận xét rằng bản thân chai lọ hay bất kì thứ gì trong thế giới này đều biến động (vô thường) thì trong việc chế tạo hay thiết kế các đề án mới người nghiên cứu nên đặt yếu tố biến động này vào trong kế hoạch. Có vậy, những sản phẩm làm ra sẽ có thể uyển chuyển và có khả năng thoả mãn theo sự biến đổi cuả môi trường phần nào tránh được các hậu quả không tốt do sự thay đổi gây ra.

Từ chổ có thói quen nhận biết cái hay cái mới của mọi thứ xung quanh đến việc tự mình phát hiện và tìm ra những cái hay cái lạ không phải là một bước quá xa vời. Mọi thứ đều có thể khởi nguồn từ việc gieo rắc thói quen và luyện thập thường xuyên cho bộ não. Hậu quả cuả nó còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chắc chắn rằng các thói quen tập trung suy nghĩ phân tích ngọn nguồn mọi việc sẽ chỉ có lợi cho cuộc sống hằng ngày.

Bài tập

  • Bài 1: Hãy phân tích về những phát minh áp dụng trong các loại kìm, khoá, ê-tô,..để vặn bù-lon dùng hàng ngày ( tui ngày xưa theo mấy ông sưã xe gắn máy ... ngồi góc đường nên thích đề tài này lắm! )
  • Bài 2: Hãy phân tích ưu khuyết điểm các dạng đèn phát sáng hiện có trên thị trường.



Liên kết đến đây