1.1. Các nguyên tắc tối ưu

a. Nguyên tắc lặp đi lặp lại

– Quá trình tìm giải pháp cho một vấn đề trong thiết kế kĩ thuật bao gồm các bước khác nhau diễn ra một cách tuần tự. Mỗi bước cần được thực hiện đầy đủ, đúng trình tự, đúng phương pháp và thường xuyên được lặp lại đề đảm bảo có được giải pháp tối ưu.

– Hành động lập đi lập lại này nhằm mục địch xem xét điều chỉnh, cải tiến, kiểm soát chất lượng sản phẩm trung gian của quá trình thiết kế ở từng bước cũng như ở tổng thể quá trinh thiết kế. Trong đó, các giai đoạn đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp; xây dựng nguyên mẫu cho giải pháp và kiểm chứng giải pháp là những giai đoạn có tính lập đi lập lại cao do tính chất đa phương án của các giải pháp kĩ thuật. Nguyên tắc này rất quan trọng và được coi là bản chất của thiết kế kĩ thuật.

 

b. Nguyên tắc đơn giản hoá

– Nguyên tắc đơn giản hoá được thể hiện trong từng sản phẩm đó như thế nào?

Hình 20.2. Đèn điện với những thiết kế đơn giản

– Với một vấn đề hay nhu cầu đặt ra, có nhiều giải pháp khác nhau về ý tưởng, về công nghệ được sử dụng để giải quyết vấn đề. Trong các giải pháp đáp ứng được yêu cầu, cần hướng tới những giải pháp đơn giản nhất. Khi xem xét và trước khi lựa chọn một giải pháp, luôn đặt ra câu hỏi: Có giải pháp nào thay thế đơn giản hơn không?

– Nguyên tắc đơn giản hoa giải pháp còn làm cho giải pháp dễ tiếp cận, dễ hiểu và áp dụng trong thực tiễn đời sống. Nghiên cứu tổng quan đầy đủ, phân tích kĩ lưỡng các giải pháp hiện có, những giải pháp đề xuất là cơ sở quan trọng để thực hiện nguyên tắc đơn giản hoá trong thiết kế kĩ thuật. Với một sản phẩm, tinh đơn giãn được thể hiện qua hình thức, kết cấu, chức năng của sản phẩm; thao tác lắp đặt, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa sản phẩm.

Hình 20.3. Một số mẫu thiết kế ghế tựa

 

c. Nguyên tắc giải pháp tối ưu

– Trong thiết kế kĩ thuật, có nhiều giải pháp khác nhau giải quyết một vấn đề cho trước. Trong các giải pháp đó, việc có được một giải pháp hoàn hảo là điều khó đạt được. Vì vậy, giải pháp tối ưu chính là mục tiêu thực tế của thiết kế kĩ thuật.

– Giải pháp tối ưu được đề xuất trên cơ sở xem xét và phân tích đầy đủ những ràng buộc trong quá trình thiết kế như thời gian, chi phí, công nghệ, nguồn lực thực hiện và những tác động về môi trường, đặc biệt là nhu cầu người dùng, khách hàng. Ví dụ, ràng buộc về giả thành có thể dẫn tới sự lựa chọn vừa phải về công nghệ, vật liệu, chức năng, hình thức của sản phẩm khi thiết kế.

 

d. Nguyên tắc tối thiểu tài chính

– Nguyên tắc này thể hiện ở mục tiêu thiết kế sản phẩm chất lượng với chi phí tối thiểu. Nguyên tắc này có ý nghĩa rất lớn, cho phép giải quyết được nhiều vấn đề, đáp ứng được nhiều nhu cầu của xã hội, con người với một nguồn lực tài chính hữu hạn.

– Trong các giải pháp tương đương về mức độ đáp ứng các yêu cầu của vấn đề đặt ra, cần xem xét và lựa chọn giải pháp có chi phí thấp nhất. Nguyên tắc này cần tuân thủ trong quá trinh thiết kế cũng như quá trình sản xuất sản phẩm.

a. Nguyên tắc tiết kiệm tài nguyên

– Mọi vật liệu trong các thiết kế đều xuất phát từ tài nguyên thiên nhiên. Phân tích vòng đời của sản phẩm cho thấy trong từng bước của giai đoạn thiết kế, đến sản xuất, sử dụng. thải loại đều liên quan tới vật liệu, năng lượng cần thiết để thực hiện. Nguyên tắc tiết kiệm tài nguyên trong thiết kế kĩ thuật sẽ giúp giảm thiểu sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, hưởng tới phát triển bền vững.

Hình 20.4. Một số nguồn tài nguyên thiên nhiên

– Trong quá trình thiết kế, cần tinh toàn sử dụng ít vật liệu nhất mà vẫn đảm bảo sản phẩm đủ độ bền và tuổi thọ theo yêu cầu. Bên cạnh đó các giải pháp thiết kế cần tiết kiệm nhiên liệu, tiết giảm vật liệu và năng lượng khi sản xuất cũng như sử dụng sản phẩm.

 

b. Nguyên tắc bảo vệ môi trường

– Mỗi sản phẩm thiết kế kĩ thuật được làm ra từ một hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau, tái tạo hoặc không tái tạo được. Khi sử dụng số lượng lớn các vật liệu không có khả năng tái tạo trong thiết kế kĩ thuật sẽ có tác động xấu đến môi trường.

– Sử dụng vật liệu không tiết kiệm khi thiết kế kĩ thuật sẽ dẫn tới cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, nâng giá thành sản phẩm. Trong thiết kế cần quan tâm lựa chọn và sử dụng các vật liệu tái chế, tái sử dụng, vật liệu thông minh.

– Năng lượng sử dụng để sản xuất phần lớn lấy từ đốt cháy những vật liệu không thể tái tạo như dầu mỏ hay than. Sản phẩm phụ của quá trình đốt chảy là các hợp chất và khí gây ô nhiễm môi trường. Sự ô nhiễm môi trường còn đến từ rác do sản phẩm bị thải loại.

– Thiết kế kĩ thuật cần tuân thủ nghiêm ngặt vấn đề bảo vệ môi trường, đảm bảo phát triển bền vũng. Nguyên tắc này được thực hiện và quán triệt trong từng bước của quá trình thiết kế, trong sản xuất và sử dụng sản phẩm, giải pháp công nghệ ở hai khía cạnh vật liệu được sử dụng và năng lượng tiêu thụ.

– Đáp ứng nguyên tắc này, vật liệu tái chế, các vật liệu thông minh thân thiện với môi trường cùng các dạng năng lượng tái tạo thường được sử dụng trong quá trình thiết kế kĩ thuật. Nội dung dưới đây là các hướng dẫn thiết kế theo hướng bảo vệ môi trường.

Yếu tố	Định hướng thân thiện với môi trường
Vật liệu	Dùng vật liệu sẵn có và có thể tái chế, vật liệu đã qua tái sinh; vật liệu không độc hại. Thiết kế ngăn việc sản sinh chất gây ô nhiễm và độc hại cho môi trường. Nếu vật liệu có độc, cần thiết kế hệ thống nhãn hiệu, hướng dẫn
Sản xuất	Dùng ít công đoạn sản xuất nhất có thể. Hạn chế xử lí hoặc phun phủ bề mặt. Giảm tối thiểu số linh kiện, dùng các linh kiện nhẹ.
Sử dụng	Thiết kế tự ngắt điện khi không dùng. Có cơ chế hiển thị mức tiêu hao nguyên liệu, năng lượng. Thiết kế điều khiển trực quan tránh tổn hao năng lượng do thao tác sai. Thiết kế đảm bảo thời gian sử dụng dài, độ bền kĩ thuật và độ bền thẩm mĩ tương đương nhau. Thiết kế sản phẩm có khả năng sữa chữa, nâng cấp, sản phẩm yêu cầu bảo trì ít
Tái chế	Thiết kế dễ tháo rời, các khớp và mối lắp ráp dễ tháo bằng tay hoặc các dụng cụ đơn giản. Thiết kế tách biệt các vật liệu khác nhau thuận tiện tái chế