Tuy các hệ thống do con người tạo ra nhưng chúng phát triển theo những quy luật riêng, không phụ thuộc vào ý muốn của con người cụ thể. Thực tế cho thấy, người ta chỉ có thể chủ động thu được các kết quả ở một lĩnh vực nào đó bằng cách phát hiện, nắm vững và vận dụng tốt các quy luật chi phối lĩnh vực đó. Nếu sử dụng tốt các quy luật phát triển của hệ thống kỹ thuật sẽ định hướng quá trình suy nghĩ sáng tạo để xây dựng và sử dụng mô hình theo quan điểm hệ thống.
Hệ thống kỹ thuật tuõn thủ quy luật như mọi hệ thống khác, đó là:
* Quy luật đảm bảo tính chất của hệ thống
Hệ thống có thể chứa các hệ thống con (còn gọi là các hệ thống dưới). Bản thân hệ thống có thể là một bộ phận của hệ thống lớn hơn (gọi là hệ trên).
Ngoài quy luật trên, hệ thống kỹ thuật cũn tuõn thủ những quy luật riêng của nó. Bao gồm 8 quy luật cụ thể như sau:
* Quy luật về tính đầy đủ của các hệ thống kỹ thuật
truyền dẫn năng lượng, bộ phận công tác 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[8]. Sơ đồ kỹ thuật đầy đủ được thể hiện trên hình 1.8.
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống kỹ thuật đầy đủ
Các từ “tự lập”, “nguồn động lực”, “ bộ phận truyền dẫn năng lượng”, “ bộ phận công tác” và “ bộ phận điều khiển” phải được hiểu theo nghĩa rộng, nghĩa khái quát, tuy trường hợp phải xem xét một cách tương đối. Nguồn động lực là bộ phận cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống làm việc.
Bộ phận công tác là bộ phận nhận năng lượng từ nguồn động lực để thực hiện công có ích thông qua một bọ phận trung gian - bộ phận truyền dẫn năng lượng. Bộ phận truyền dẫn năng lượng có thể rất phức tạp, nhưng có thể rất đơn giản chỉ là một khớp nối.
Bộ phận điều khiển có thể phục vụ cho một bộ phận của hệ thống, nhiều khi thực hiện điều khiển cho tất cả ba bộ phận của hệ thống kỹ thuật. “Điều khiển được” có nghĩa là có được những thay đổi một cách tin cậy mà hệ thống hoặc người thiết kế, sử dụng muốn có để phục vụ cho tính hệ thống của hệ
Thí dụ, chiếc máy hút ẩm có đầy đủ các bộ phận như đã nêu trên: Máy nén để cho máy hoạt động; Các pin lọc, cáp tiết lưu, hệ thống đường ống truyền môi chất đóng vai trò truyền dẫn năng lượng; bộ phận công tác là dàn trao đổi nhiệt; các nút bấm, mạch điện thực hiện chức năng điều khiển. Quy luật này cho thấy các hệ nhân tạo dần dần thay thế một số chức năng của con người và thường bắt đầu từ bộ phận làm việc. Nguồn động lực Bộ phận truyền động Bộ phận công tác Bộ phận điều khiển
Khi nghiên cứu một thiết bị theo quan điểm hệ thống kỹ thuật, chúng ta có nhu cầu thiết lập hệ tự lập cần tổng hợp thành công các bộ phận cấu thành theo yêu cầu của quy luật này, căn cứ vào tính hệ thống của hệ tự lập.
Căn cứ vào quy luật này nói riêng và các quy luật khác, ta có thể phát hiện các vấn đề nảy sinh để kịp thời giải quyết chúng. Cao hơn nữa, ta chủ động đưa hệ phát triển theo các quy luật mà không thu động.
* Quy luật về tính dẫn năng của các hệ thống kỹ thuật
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[8].
Vì thế giới luôn ở trong trạng thái vận động, thay đổi nên quy luật này liên quan đến loại bài toán rất lớn: Bài toán truyền, chuyển động, biến đổi…Núi cách khác, khi ta làm việc với các hệ, ở đó các quá trình nêu trên phải nhớ và vận dụng tốt quy luật về tính thông suốt.
Tính thông suốt được hiểu: Các chất, năng lượng, thông tin và các tổ hợp của chúng phải không dừng lại, không bị ách tắc, phải truyền (biến đổi) một cách tin cậy, nhanh, nhiều và ngày càng nhanh, ngày càng nhiều.
Khi thiết kế một hệ thống, 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 chúng mau hỏng, 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.
Quy luật này giúp ta hình dung tính thông suốt cao nhất có thể có của hệ thống mà chúng ta làm viờc với nó, coi đó là đích cần đạt, hơn nữa chúng ta cần phải chủ động đưa hệ phát triển theo quy luật.
* Quy luật về tính tương hợp các phần của hệ
Điều kiện cần để cho một hệ kỹ thuật có sức sống, về mặt nguyên tắc, phải có sự tương hợp giữa các phần của hệ theo các thông số sau: dạng năng
lượng và cách truyền tải, vật liệu, trạng thái vật lý của vật chất, thời gian, không gian, cách tương tác giữa các phần của hợợ̀...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[8].
Quy luật về tính tương hợp phải được nhớ đến và áp dụng tại những nơi có sự tương tác, có mối liên kết giữa các đối tượng và những nơi cần thiết lập những tương tác, những mối liên kết mới.
Quy luật này giúp ta hình dung tính tương hợp cao nhất có thể có của hệ thống mà ta làm việc với nó coi đó là đích cần đạt, ta cần phải chủ động đưa hệ phát triển theo quy luật.
Quy luật về tính tương hợp và quy luật về tính thông suốt liên quan chặt chẽ với nhau: Để tăng tính thông suốt cần làm tăng tính tương hợp giữa các bộ phận có trong quá trình truyền, biến đổi. Nói cách khác, tại những hệ, ở đó cú cỏc quá trình truyền, biến đổi tăng tính tương hợp giúp tăng tính thông suốt.
Tuy nhiên, phạm vi áp dụng của quy luật tăng tính tương hợp rộng hơn. Nó không chỉ áp dụng cho loại bài toán truyền, biến đổi… mà còn áp dụng cho tất cả các bài toán khác, kể cả các bài toán tĩnh.
Hãy thử tưởng tượng, ít nhất trên trái đất này mọi hệ thống hoạt động đều tương hợp với nhau.
* 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[8].
Hệ lý tưởng là hệ không có (không có hệ) mà tính của hệ vẫn được thực hiện một cách tốt đẹp. Từ “ khụng cú” ở đây có rất nhiều nghĩa chứ không phải chỉ một nghĩa tuyệt đối như trong toán học. Những nghĩa “ khụng cú” này thể hiện cụ thể trong các trường hợp cụ thể. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quy luật về tính lý tưởng mang tính định hướng rất cao: Ta hình dung hệ lý tưởng của hệ cho trước càng chính xác thì càng tự tin và chủ động đưa hệ cho trước tiến về phía hệ lý tưởng của nó, tức là làm tăng mức độ lý tưởng của hệ cho trước. Để làm được điều đó, trước hết ta cần xác định tính hệ thống của hệ cho
trước bằng cách trả lời câu hỏi: “ Hệ cho trước sinh ra để làm gỡ?”. Sau đó tưởng tượng về phía tính hệ thống thỡ cũn nhưng cấu trúc của hệ thống thì biến mất.
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 “xṍu 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 thụọõt chỉ tiến gần đến mẫu lý tưởng chứ không bao giờ đạt đến cả.
Khái niệm hệ lý tưởng và quy luật về tính lý tưởng còn chỉ ra hướng đầu tư phát triển: ở đâu có mối quan hệ công cụ – sản phẩm, cần đầu tư cho sản phẩm để sản phẩm có thể đảm đương được vai trò của công cụ và do vậy không cần công cụ nữa. Có như vậy, các hệ phi sản xuất mới giảm đi, các hệ trực tiếp sản xuất, đặc biệt, các hệ sản phẩm cuối cùng để con người tiêu thụ mới tăng lên nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng của con người.
Cũng theo quy luật về tính lý tưởng, việc thành lập hệ mới phải coi là bước cuối cùng chứ không phải là bước đầu tiên khi xuất hiện sự đòi hỏi có tính hệ thống (chức năng) mới. Ngay cả khi bị bắt buộc phải thành lập hệ mới, ta phải chú ý làm cho hệ mới dần biến mất mà tính hệ thống vẫn được thực hiện một cách tốt đẹp.
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 chúng ta 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 dẫn đường.
* 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[8].
Quy luật cho thấy các phần của hệ thống không phát triển cùng một lúc với mức độ như nhau. Ngược lại, trong một khoảng thời gian lịch sử cụ thể nhất định có phần phát triển trước và với tốc độ nhanh hơn những phần khác.
Cách phát triển khồng đồng đều nhằm phát triển tính hệ thống và tuân theo tính hệ thống của hệ thống.
* Quy luật chuyển sang hệ trờn
Khi 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...[8]
- Cụm từ “khi cạn khả năng phát triển” có ý nghĩa rất lớn đối với những người
thực hiện sự đổi mới hoàn toàn vì lúc này bản thân hệ có nhu cầu nên hệ dễ tiếp nhận việc chuyển sang hệ trờn (tớnh ỡ hệ thống thấp). Nếu không tính đến điều kiện này, việc bắt buộc các hệ phải phát triển ở mức hệ lên một cách duy ý chỉ sẽ gặp sự chống đối lớn, thậm chí bị thất bại. Tuy nhiên điều này không loại trừ những thử nghiệm mang tính chất thí điểm nhằm phục vụ cho những dự báo về khả năng phát triển ở mức hệ trên của những hệ cho trước. để khi nhu cầu xuất lờn thỡ đó có sẵn lời giải.
- Quy luật này cho thấy qúa trình phát triển nhảy vọt vỡ tớnh hệ thống của hệ trên so với tính hệ thống của hệ là sự thay đổi về chất mà nếu tiếp tục phát triển ở mức hệ, chất mới đó sẽ không có.
- Các hệ tạo thành hệ trên không nhất thiết phải là các hệ cùng loại.
- Khi chuyển lên phát triển ở mức hệ trên, trong các hệ tạo thành hệ trên sẽ có sự tái cấu trúc như chuyên môn hóa, thay đổi các yếu tố và các mối liên kết.
- Khi cạn khả năng phát triển ở mức hệ trên, sự phát triển sẽ tiếp tục diễn ra ở mức hệ trên nữa và cứ như thế.
Khi đã cạn khả năng phát triển, hệ chuyển sang hệ trờn với tư cách là một phần của hệ trờn, và sự phát triển sẽ diễn ra tiếp tục ở mức hệ trờn.
* 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 mức vĩ mô, sau đó chuyển sang phát triển ở mức vi mô[8].
Quy luật này không dành cho hệ thống nói chung mà liên quan cụ thể đến một phần của hệ thống, đó là bộ phận công tác. Tuy nhiên bộ phận công tác còn mang tính tương đối, tùy theo cách xem xét.
Nếu coi mức vĩ mô là mức hệ thỡ cỏc mức vi mô có thể coi là các mức dưới trong thang bậc hệ thống. Do vậy, có nhiều mức vi mô chứ không phải một mức vi mô.
Quy luật này phản ánh khuynh hướng phát triển: bộ phận công tác phát triển về phía các thang bậc hệ thống thấp hơn.
Tính hệ thống của các hệ ở những thang bậc dưới so với tính hệ thống của hệ cũng là sự thay đổi về chất. Nhờ (những) chất mới này mà bộ phận làm việc hoạt động tốt hơn trước. Tuy nhiên, với bài toán cụ thể, chúng ta cần chọn thang bậc dưới thích hợp, để chuyển bộ phận làm việc xuống.
* Quy luật tăng tính điều khiển của hệ kỹ thuật
Hệ phát triển theo hướng tăng tính điều khiển và tăng sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các nguồn dự trữ có sẵn trong hệ (chất, năng lượng, thông tin và các tổ hợp của chúng) để tiến về phía tự điều khiển[8].
Quy luật này chỉ ra khuynh hướng phát triển: hệ nào chưa điều khiển được sẽ tiến tới điều khiển được (hệ trở nên linh động và được điều khiển bằng cách thiết lập các quan hệ phản hồi thích hợp).
Việc tự đều khiển chỉ có thể thành hiện thực khi giữa các nguồn dự trữ có sẵn trong hệ bị điều khiển (chất, năng lượng, thông tin và các tổ hợp của chúng) các mối liên kết thích hợp được thiết lập (tăng sự ảnh hướng lẫn nhau giữa chúng).
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều này được thực hiện bằng cách chuyển từ các trường cơ học sang các trường điện, từ và trường điện từ, tăng số lượng các mối liên kết giữa các yếu tố của hệ thống, tăng tính nhanh nhạy của hệ thống.
Trên đây là một số quy luật phát triển của các hệ kỹ thuật đã được tìm ra. Những quy luật này giúp chúng ta giảm đáng kể các công việc và thời gian trong thiết kế, chế tạo mô hình theo quan điểm hệ thống trong dạy học thực hành.
Với thời gian, người ta sẽ phát hiện thờm nhiều quy luật nữa và từng quy luật cũng được sẽ được cụ thể hoá hơn cho mỗi ngành kỹ thuật. Hiểu biết và vận dụng tốt các quy luật phát triển của các hệ thống kỹ thuật nói riờng, các hệ thống
nói chung sẽ làm tăng tính điều khiển tư duy sáng tạo, cũng như trong việc xây dựng và sử dụng mô hình theo quan điểm hệ thống kỹ thuật trong dạy.
1.2.5.5. Dạy học theo quan điểm hệ thống
Trong dạy học kỹ thuật có những nội dung có thể khảo sát như việc thiết kế một hệ thống kỹ thuật.
Khái niệm hệ thống kỹ thuật vừa có tính chất trọn vẹn, vừa có tính chất tương đối. Tính chất tương đối của hệ thống thể hiện ở chỗ mỗi hệ thống đều có thể chứa một số hệ thống dưới, hoặc là hệ thống đó thuộc một hệ thống trên nó. Ví dụ như hệ thống Điều hoà nhiệt độ có một số hệ thống con đó là, hệ thống nộn mụi chất, hệ thống trao đổi nhiệt, hệ thống truyền môi chất. Bản thân nó lại thuộc một hệ thống lơn hơn đó là hệ thống Điều hoà không khí.