ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -  KHOA: MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG MÔN : PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO – KHOA HỌC Đề tài : ỨNG DỤNG NGUYÊN TẮC (THỦ THUẬT) SÁNG TẠO CƠ BẢN TRONG PHẦN MỀM MATLAB GVHD :GS-TSKH. Hoàng Văn Kiếm Thực hiện:Tạ Lê Thủy Tiên MSHV:CH1101144 Niên khóa: 2011 – 2013 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 2 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 LỜI NÓI ĐẦU: ỗi người làm việc, không thể không suy nghĩ và đòi hỏi cải tiến công việc phải là cơ sở cho mọi suy nghĩ của chúng ta. Tư duy sáng tạo là tài nguyên cơ bản nhất của mỗi con người. Chúng ta cần sáng tạo vì chúng ta cảm thấy rằng, mọi việc cần được thực hiện theo cách đơn giản hơn và tốt hơn. Sáng tạo gắn liền với sự thay đổi, đưa ra cái mới (đổi mới), sáng chế, các ý tưởng mới, các phương án lựa chọn mới. Mọi người có thể dùng tính sáng tạo của mình để đặt vấn đề một cách bao quát, phát triển các phương án lựa chọn, làm phong phú các khả năng và tưởng tượng các hậu quả có thể nảy sinh. Sự sáng tạo nảy sinh ở mọi tầng lớp và mọi giai đoạn trong cuộc sống của chúng ta.Nhà toán học vĩ đại Poincaré có nói: "Trong sáng tạo khoa học, ý tưởng chỉ là những ánh chớp, nhưng ánh chớp đó là tất cả", hay lời của một nhà khoa học vĩ đại khác, Linus Pauling, khi trả lời câu hỏi làm thế nào người ta sáng tạo ra được các lý thuyết khoa học: "Người ta phải cố nắm bắt được nhiều ý tưởng" và "con đường để có được một ý tưởng tốt là có thật nhiều ý tưởng". Tóm lại, bạn làm được gì mới, khác và có ích lợi, đấy là sáng tạo. "Phương pháp luận sáng tạo" là bộ môn khoa học có mục đích trang bị cho người học hệ thống các phương pháp, các kỹ năng thực hành về suy nghĩ để giải quyết các vấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo, về lâu dài, tiến tới điều khiển được tư duy. Có người đưa ra định nghĩa về đời người như sau: Cuộc đời là chuỗi các vấn đề cần phải giải quyết và chuỗi các quyết định cần phải ra. Quả thật, mỗi người chúng ta trong cuộc đời của mình gặp biết bao vấn đề, từ chuyện mua sắm, học hành, quan hệ giao tiếp đến chọn ngành nghề, nơi ở, thu nhập, xã hội… phải suy nghĩ để giải quyết và ra quyết định xem phải làm gì và làm như thế nào. Như vậy thấy rằng đối tượng và mục đích của bộ môn khoa học này lại hết sức gần gũi với mỗi người. Theo các nhà nghiên cứu, khoa học này ứng với "làn sóng thứ tư" trong quá trình phát triển của loài người, sau nông nghiệp, công nghiệp và tin học. Làn sóng thứ tư ứng với Creatology (hay còn gọi là thời đại hậu tin học) chính là sự nhấn mạnh vai trò chủ thể tư duy sáng tạo của loài người trong thế kỷ XXI. Sau khi tham dự môn học về “Phương pháp lí luận sáng tạo khoa học” tại trường Đại học Công Nghệ Thông Tin do thầy GS-TSKH Hoàng Văn Kiếm giảng dạy , tôi đã có những kiến thức căn bản về các nguyên lí sáng tạo. Vận dụng các nguyên lí sáng tạo vào nghiên cứu khoa học là rất quan trọng. Nó giúp các ứng dụng sáng tạo hoạt động linh hoạt và hiệu quả, mang lại những kết quả ưu việt nhất; đồng thời M Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 3 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 chống lại thói quen suy nghĩ theo lối mòn và tính ì tâm lí. Thời gian qua, tôi đã tìm hiểu về phần mềm Matlab – phần mềm được ứng dụng rộng rãi trong giáo dục và kỹ thuật, một công cụ hữu ích để giải những bài toán giải tích và những bài toán số, ma trận và mô phỏng. Đây là phần mềm đã không ngừng hoàn thiện và phát triển, ngày càng trở nên phổ biến rộng rãi và không thể thiếu trong các ngành kỹ thuật thiết kế và chế tạo. Trong phạm vi đề tài này, tôi muốn chia sẽ những thông tin và những hiểu biết của bản thân về những gì tôi đã tìm hiểu được từ Matlab và những áp dụng của phương pháp lí luận sáng tạo mà tôi tìm thấy ở đây. Mong rằng sẽ được sự đón nhận của thầy và các bạn! Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 4 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 5 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 MỤCLỤC: LỜI NÓI ĐẦU: 2 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 4 MỤCLỤC: 5 I. Giới thiệu về Phương pháp luận sáng tạo (TRIZ), 6 II. Giới thiệu về phần mềm Matlab 6 A. Cấu trúc dữ liệu của Matlab 6 B. Ứng dụng 6 C. Hệ thống 7 1. Môi trường phát triển. 7 2. Thư viện các hàm toán học. 7 3. Ngôn ngữ Matlab 7 4. Đồ họa trong Matlab. 7 5. Giao tiếp với ngôn ngữ khác như C và Fortran 7 III. Ứng dụng của TRIZ vào Matlab 7 1. Nguyên tắc phân nhỏ 7 2. Nguyên tắc tách khỏi đối tượng 9 3. Nguyên tắc kết hợp 12 4. Nguyên tắc vạn năng: 13 5. Nguyên tắc chứa trong: 15 6. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 17 7. Nguyên tắc linh động: 18 IV. Kết luận 20 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 6 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 I. Giới thiệu về Phương pháp luận sáng tạo (TRIZ), Phương pháp luận sáng tạo là hệ thống các phương pháp kĩ thuật tìm kiếm những giải pháp kỹ thuật mới (TRIZ), cho những kết quả khả quan, ổn định khi giải những bài toán khác nhau, thích hợp cho việc dạy và học của mọi người. Tiền đề cơ bản của TRIZ là: các hệ kỹ thuật phát triển tuân theo các quy luật khách quan, nhận thức được. Chúng được phát hiện và sử dụng để giải một cách có ý thức những bài toán sáng chế. TRIZ được xây dựng như là một khoa học chính xác, có lĩnh vực nghiên cứu riêng, các phương pháp riêng, ngôn ngữ riêng, các công cụ riêng. II. Giới thiệu về phần mềm Matlab Matlab là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán về kỹ thuật. Matlab thích hợp được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dàng cho người sử dụng. Dữ liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn cho phép người sử dụng có thể có được những ứng dụng sau: + Sử dụng các hàm có sẳn trong thư viện, các phép tính toán học thông thường. + Cho phép lập trình tạo ra các ứng dụng mới. + Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế. + Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu. + Với phần mềm đồ họa cực mạnh. + Cho phép phát triển, giao tiếp được với các phần mềm khác như C ++ , Fortran. A. Cấu trúc dữ liệu của Matlab Matlab là một hệ thống tương giao, các phần tử dữ liệu là một mảng (mảng này không đòi hỏi về kích thước). Chúng cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến lập trình bằng máy tính, đặc biệt sử dụng các phép tính về ma trận hay véc tơ và có thể sử dụng ngôn ngữ C hoặc Fortran lập trình rồi thực hiện ứng dụng lập trình đó bằng các câu lệnh gọi từ Matlab. Matlab là từ viết tắt từ chữ Matrix Laboratory tức là thư viện về ma trận, từ đó phần mềm Matlab được viết nhằm cung cấp cho việc truy cập vào phần mềm ma trận một cách dễ dàng. Dữ liệu của Matlab thể hiện dưới dạng ma trận, và có các kiểu dữ liệu: single; double; spares; int8, uint8, int16…; cell; char; structure B. Ứng dụng Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 7 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Matlab tạo điều kiện thuận lợi cho: Các khoa học về toán học; các kỹ sư, các nhà nghiên cứu khoa học; Dùng Matlab để tính toán, nghiên cứu tạo ra các sản phẩm tốt nhất trong sản xuất. C. Hệ thống Hệ thống giao diện của Matlab được chia thành 5 phần. 1. Môi trường phát triển. Đây là nơi đặt các thanh công cụ, các phương tiện giúp chúng ta sử dụng các câu lệnh và các file, ta có thể liệt kê một số như sau, - Desktop - Command Window - Command History - Browsers for viewing help 2. Thư viện các hàm toán học. Bao gồm các cấu trúc như tính tổng, sin cosin atan …., các phép tính đơn giản đến các phép tính phức tạp như tính ma trận nghịch đảo, trị riêng…. 3. Ngôn ngữ Matlab. Đó là ngôn ngữ cao về ma trận và mảng, với các dòng lệnh, các hàm cấu trúc dữ liệu vào, có thể lập trình hướng đối tượng. 4. Đồ họa trong Matlab. Bao gồm các câu lệnh thể hiện đồ họa trong môi trường 2D và 3D, tạo các hình ảnh chuyển động, cung cấp các giao diện tương tác giữa người sử dụng và máy tính. 5. Giao tiếp với ngôn ngữ khác như C và Fortran III. Ứng dụng của TRIZ vào Matlab TRIZ ứng dụng rất nhiều vào thực tế cuộc sống. Nhiều phát minh sáng chế đã ra đời dựa trê ứng dụng TRIZ. Sáng tạo trong tin học cũng vậy, các vấn đề từ thuật giải bài toán, cho tới các nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới. Matlab cũng đã ứng dụng nhiều nguyên tắc sáng tạo TRIZ trong đó. Đi vào tìm hiểu tổng quan về Matlab, ta tìm hiểu TRIZ đã được ứng dụng vào đây như thế nào. 1. Nguyên tắc phân nhỏ Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 8 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 1.1 Cơ sở lý thuyết Nội dung: - Chia đối tượng thành các phần độc lập. - Làm đối tượng trở nên tháo lắp được. - Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng Nhận xét: 1- Từ "đối tượng" trong 40 nguyên tắc, cần hiểu theo nghiã rộng. Đó có thể bất kỳ cái gì có khả năng phân nhỏ được, không nhất thiết phải là đối tượng kỹ thuật. Tương tự như vậy đối với các thủ thuật khác có từ" đối tượng". 2- Thủ thuật này thường dùng trong những trường hợp khó làm "trọn gói", "nguyên khối", "một lần". Nói cách khác, phân nhỏ ra cho vừa sức, cho dễ thực hiện, cho phù hợp với những phương tiện hiện có 3- Phân nhỏ đặc biệt hay dùng trong những trường hợp cần có bề mặt tiếp xúc lớn như trong các phản ứng hoá học, tạo sự cháy nổ, trao đổi nhiệt, trao đổi nhiệt 4- Tháo lắp làm cho đối tượng trở nên nhỏ gọn, thuận tiện cho việc chuyên chở, xếp đặt và khả năng thay thế từng bộ phận đối tượng, kể cả việc mở rộng chức năng của từng bộ phận đó. 5- Cần tưởng tượng: nhờ phân nhỏ mà đối tượng, ban đầu ở thể rắn, chuyển dần sang dẻo, lỏng khí, plasma , nói chung, có thể phân nhỏ đến vi mô. 6- Sự thay đổi về lượng dẫn đến sự thay đổi về chất, cho nên, phân nhỏ có thể làm đối tu7ọng có thêm những tính chất mới, thậm trí, ngược với tính chất đã có. 7- Nguyên tắc phân nhỏ hay dùng với các nguyên tắc 2. Tách khỏi, 3. Phẩm chất cục bộ, 5. Kết hợp, 6. Vạn năng, 15 Linh động 1.2 Ứng dụng Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 9 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Matlab có các toolbox dùng vào những mục đích chuyên biệt và hoạt động độc lập với nhau. + Signal Processing: xử lí tín hiệu DSP + Control System: hệ thống điều khiển + Symbolic Math: tính toán hình thức + Bioinformatics: sinh học + Curve fitting: Nội suy dãy điểm + Financial derivative: + Filler design HDL coder: vi mạch khả trinh( +… Phân Matlab ra thành những Toolbox nhỏ, mỗi Toolbox có những công cụ riêng biệt phục vụ chức năng của nó. Mỗi khi khởi động Matlab không cần phải khởi động tất cả Toolbox cùng lúc. Các Toolbox chứa lệnh đầy đủ chuyên biệt hơn, thời gian chạy ngắn hơn và ít tốn bộ nhớ khi chạy chương trình. 2. Nguyên tắc tách khỏi đối tượng 2.1 Cơ sở lý thuyêt Nội dung: Tách phần gây "phiền phức" (tính chất "phiền phức") hay ngược lại, tách phần duy nhất "cần thiết" (tính chất "cần thiết") ra khỏi đối tượng. Nhận xét: Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 10 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 1 - Đối tượng, thông thường, có nhiều thành phần (tính chất, khía cạnh, chức năng…), trong khi đó, người ta chỉ thực sự cần 1 trong những số đó. Vậy không nên dùng cả đối tượng vì sẽ tốn thêm chi phí hoặc vận chuyển không thuận tiện. Phải nghĩ cách tách cái cần thiết ra để sử dụng riêng. Tương tự như vậy đối với phần gây phiền phức, để khắc phục nhược điểm có trong đối tượng. 2 - Do tách khỏi đối tượng mà phần tách ra (hoặc phần giữ lại) có thêm những tính chất, những khả năng mới (nhiều khi, ngược với cái cũ). Do đó, cần tận dụng chúng. Những tính chất, những khả năng mới có thể là gọn hơn, linh động hơn, dễ thay thế, tăng tính điều khiển… 3 - Khi nói "tách khỏi" mới chỉ ra định hướng suy nghĩ, định hướng việc làm. Để trả lời câu hỏi "Làm thế nào để tách khỏi?" cần tham khảo cách làm ở những lĩnh vực chuyên về công việc đó như luyện kim, lọc, trích ly, chọn giống, giải phẫu, tuyển lựa… 4 - Nguyên tắc tách khỏi hay dùng với các nguyên tắc: 1. Phân nhỏ, 3. Phẩm chất cục bộ, 5. Kết hợp, 6. Vạn năng, 15. Linh động… 2.2 Ứng dụng Thông thường việc lập trình tính toán dưới các dòng lệnh phức tạp và gây khó hiểu cho người sử dụng. Matlab có công cụ trực quan là lập trình giao diện Guide. Lúc này, việc hiển thị code chương trình là không cần thiết, Guide chỉ cần cung cấp các checkbox, listbox, nút bấm, đồ thị,… với các thuộc tính, thông số thích hợp để điều chỉnh. Do đó, việc thiết kế Guide tách việc lập trình giao diện thành 2 đối tượng: .m file chứa các code để người lập trình điều khiển và figure chức các công cụ trực quan. [...]... CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 16 5- Nguyên tắc "chứa trong" hay dùng với các nguyên tắc 1 nguyên tắc phân nhỏ, 2 nguyên tắc "tách khỏi", 5 nguyên tắc kết hợp, 6 Nguyên tắc vạn năng, 12 nguyân tắc đẳng thế, 20 .nguyên tắc liên tục tác động có ích 5.2 Ứng dụng Tính toán kỹ thuật là một lĩnh vực rộng lớn Do đó, kho công cụ trong Matlab được quản lí theo nguyên tắc. . .Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 11 Giao diện figure m file Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 12 Kết quả hiển thị Như vậy, việc sử dụng figure trở nên dễ dàng mà không bận tâm đến những dòng lệnh tạo đối tượng phức tạp Đồng thời, việc viết code m file cũng... CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 20 IV Kết luận Trên đây là một vài ứng dụng TRIZ cơ bản ứng dụng trong Matlab Được phát minh vào cuối thập niên 1970 và không ngừng hoàn thiện và phát triển cho đến nay, hơn 30 năm vận động, Matlab đã trở thành phần mềm không thể thiếu trong giảng dạy và học tập các bộ môn kỹ thuật Từ đó có thể thấy vai trò của việc ứng dụng các nguyên. .. được sử dụng kết hợp 4 Nguyên tắc vạn năng: 4.1 Cơ sở lý thuyết: Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 14 Nội dung: Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác Nhận xét: - Nguyên tắc vạn năng là trường hợp riêng của nguyên tắc kết hợp: kết hợp về mặt chức năng trên cùng một đối tượng - Nguyên tắc vạn... Nguyên tắc linh động phản ánh khuynh hướng phát triển cho nên nó có tính định hướng cao, dùng rất có ích trong trường hợp đặt bài toán, phê bình cái đã có và dự Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 19 báo 6- Về mặt tư duy sáng tạo, cần khắc phục tính ì tâm lý, sao cho các ý nghĩ, sách tiếp cận trở nên linh động, tránh giáo điều cứng nhắc 7.2 Ứng. .. Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 18 7 Nguyên tắc linh động: 7.1 Cơ sở lý thuyết Nội dung: - Cần thay đổi các đặt trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc - Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau Nhận xét: 1- Thông thường, công việc là quá trình, xảy ra trong khoảng thời... tắc vạn năng giúp tiết kiệm không gian, không cần thiết phải xây dựng mỗi công cụ cho mỗi chức năng Đồng thời, người dùng có thể tạo ra những khối chức năng mới, tăng số chức năng của đối tượng Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 15 Cửa sổ Simulink với danh sách thư viện (bên trái) và các khối mô hình (bên phải) 5 Nguyên tắc chứa trong: 5.1 Cơ. .. suốt bên trong đối tượng khác”, khi khởi động một Tool, các chức năng của Tool cũng đuợc khởi động Các chức năng hoạt động trong suốt thời gian hoạt động của Tool và cũng kết thúc khi đóng Tool Như vậy, các chức năng của mỗi Tool là hoàn toàn chứa trong Tool đó Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 17 6 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 6.1 Cơ sở lý thuyết... thấy vai trò của việc ứng dụng các nguyên lí sáng tạo trong từng buớc xây dựng và hoàn thành phần mềm này Mỗi công cụ, chức năng tạo ra đều áp dụng các nguyên lí sáng tạo Nắm vững TRIZ giúp cho việc tạo mới và bổ sung các chức năng của phần mềm khoa học và hiệu quả nhất Bài tìm hiểu của tôi đem lại một cái nhìn tổng quan về những ứng dụng của TRIZ trong phần mềm MATLAB Vì kiến thức hạn hẹp nên bài viết... học) hay gắn thêm (kiểu cơ học), mà còn được hiểu chuyển giao, đưa vào những ý tưởng, tính chất, chức năng từ những lĩnh vực hoặc những đối tượng khác 3- Đối tượng mới, tạo nên do sự kết hợp, ,thường có những tính chất, khả năng mà Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 13 từng đối tượng riêng rẽ trước đây chưa có điều này có nguyên nhân sâu xa là . animate… được sử dụng kết hợp 4. Nguyên tắc vạn năng: 4.1 Cơ sở lý thuyết: Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 14. Ứng dụng nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong phần mềm mathlab Trang 11 Tạ Lê Thuỷ Tiên – CH1101144 Giao diện figure .m file Ứng dụng nguyên