Vận dụng phương pháp Đối tượngtiêuđiểmvàođề xuất Ý tưởng cải tiến một sảnphẩmtheoquan Điểm tư duy hệ thống

Hiện nay, có nhiều mô hình máy thu gom rác thải và lục bình trên sông, nhưnghầu hết các máy này đều chạy bằng xăng dầu, gây tốn nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.Tuy nhiên, em vẫn chưa th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



MÔN HỌC: TƯ DUY HỆ THỐNG

BÀI TẬP CUỐI KỲ

VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐI TƯỢNG TIÊU ĐIỂM VÀO

ĐỀ XUẤT Ý TƯỞNG CẢI TIẾN MỘT SẢN PHẨM THEO

QUAN ĐIỂM TƯ DUY HỆ THỐNG

GVHD: PGS.TS Dương Thị Kim Oanh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phú Thành

Lớp SYTH220491_02CL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



MÔN HỌC: TƯ DUY HỆ THỐNG

BÀI TẬP CUỐI KỲ

VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐI TƯỢNG TIÊU ĐIỂM VÀO

ĐỀ XUẤT Ý TƯỞNG CẢI TIẾN MỘT SẢN PHẨM THEO

QUAN ĐIỂM TƯ DUY HỆ THỐNG

GVHD: PGS.TS Dương Thị Kim Oanh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phú Thành

Lớp SYTH220491_02CL

MỤC LỤC

1.Tên sản phẩm chọn cải tiến và lí do cải tiến sản phẩm 1

1.1.Tên sản phẩm chọn cải tiến: Máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông 1

1.2 Lí do cải tiến sản phẩm 1

2.Áp dụng phương pháp đối tượng tiêu điểm để cải tiến sản phẩm 1

Bước 1: Chọn đối tượng tiêu điểm để cải tiến: Máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông 2

Bước 2: Chọn các đối tượng ngẫu nhiên 2

Bước 3: Liệt kê các đặc điểm của đối tượng ngẫu nhiên 2

Bước 4: Kết hợp các đặc điểm của đối tượng ngẫu nhiên với đối tượng tiêu điểm 7

Bước 5: Phát triển ý tượng dựa trên các kết hợp 9

Bước 6: Phân tích đánh giá lựa chọn ý tưởng khả thi 12

3.Mô tả sản phẩm 13

3.1.Mô hình sản phẩm tượng trưng 13

3.2.Các phần tử và hệ thống con 14

3.2.1 Hệ thống băng tải 14

3.2.2.Hệ thống thùng chứa 14

3.2.3.Hệ thống cảm biến tránh vật cản HC-SR04 15

3.2.4.Hệ thống cánh tay robot phân loại rác 15

3.2.5.Hệ thống càng robot gôm rác 16

3.2.6.Hệ thống chân vịt 16

3.2.7.Hệ thống pin năng lượng mặt trời và ắc quy dự trữ năng lượng 17

3.2.8.Hệ thống modul Arduino Uno R3 17

3.2.9.Hệ thống phao nổi 18

3.3.Cách thức vận hành và chức năng của sản phẩm 18

3.4.Tính sáng tạo của sản phẩm đã thiết kế 19

4 Đánh giá sản phẩm 19

1.Tên sản phẩm chọn cải tiến và lí do cải tiến sản phẩm

1.1.Tên sản phẩm chọn cải tiến: Máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông

1.2 Lí do cải tiến sản phẩm

Ô nhiễm môi trường là một vấn đề vô cùng đáng báo động trên toàn thế giớihiện nay Nguyên nhân gây ô nhiễm rất đa dạng, từ yếu tố chủ quan đến yếu tố kháchquan như khí thải từ các nhà máy, khói bụi từ xe máy, ô tô, và rác thải sinh hoạt củacon người Đặc biệt, vấn đề rác thải nhựa đang trở thành mối quan ngại lớn nhất.Chúng ta dễ dàng nhận thấy rác thải nhựa hiện diện khắp nơi trong cuộc sống hàngngày Chỉ cần mua một ổ bánh mì, chúng ta cũng được “tặng kèm” một chiếc bọc nilon,hay khi mua đồ trong cửa hàng Bách hóa Xanh, chúng ta cũng nhận được những chiếcbọc nilon mang thương hiệu của cửa hàng

Hành vi thiếu ý thức của con người, như việc sử dụng xong rồi vứt rác bừa bãi,cùng với việc các nhà máy xả rác thải ra sông ngòi, đã làm tình trạng ô nhiễm trở nênnghiêm trọng hơn Gây hại sức khỏe và chất lượng cuộc sống của con người là vô cùnglớn gây ra các bệnh tật rất nguy hiểm cho con người nào là ung thư, viêm nhiễm cácloại hóa chất độc hại Có thể thấy sông Sài Gòn là một trong những nơi bị ô nhiễmnặng nề nhất do rác thải nhựa, và rất cần có các biện pháp khắc phục

Hiện nay, có nhiều mô hình máy thu gom rác thải và lục bình trên sông, nhưnghầu hết các máy này đều chạy bằng xăng dầu, gây tốn nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.Tuy nhiên, em vẫn chưa thấy mô hình máy thu gom rác nào chạy bằng năng lượng mặttrời và điều khiển tự động Với tình yêu môi trường và mong muốn đóng góp cho xãhội, em đã nghĩ đến việc cải tiến một chiếc máy thu gom rác thải nhựa trên sông, vừađiều khiển tự động vừa sử dụng năng lượng mặt trời

Em hy vọng rằng, với sự sáng tạo và nỗ lực của mình, em có thể góp phần làmsạch môi trường, bảo vệ dòng sông và tạo ra một tương lai xanh hơn cho thế hệ mai sau

Hình 1: Mô hình máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông thiết kế bằng phần mềm

Solidworks

2.Áp dụng phương pháp đối tượng tiêu điểm để cải tiến sản phẩm

Bước 1: Chọn đối tượng tiêu điểm để cải tiến: Máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông

Hình 2: Mô hình thu gom rác nổi trên mặt sông của nhóm tác giả Snoweria Zhang

Bước 2: Chọn các đối tượng ngẫu nhiên

 Đối tượng 1: Hệ thống băng tải

 Đối tượng 2: Phao nổi

 Đối tượng 3: Thùng chứa

 Đối tượng 4: Mặt trời

 Đối tượng 5: Xe điều khiển tự động

 Đối tượng 6: Ắc quy

 Đối tượng 7: Pin năng lượng mặt trời

 Đối tượng 8: Kỹ sư lập trình nhúng

Bước 3: Liệt kê các đặc điểm của đối tượng ngẫu nhiên

Đối tượng 1: Hệ thống băng tải  Hiệu quả vận chuyển cao: Băng tảigiúp vận chuyển hàng hóa nhanh và

liên tục, giảm thời gian chờ và tăngnăng suất

 Đa dạng thiết kế: Băng tải có thểthiết kế theo nhiều hình dạng vàkích thước, phù hợp với nhiều loạihàng hóa và điều kiện làm việc

 Tính linh hoạt: Dễ dàng điều chỉnhtốc độ, hướng và độ nghiêng củabăng tải theo yêu cầu sản xuất

 An toàn và đáng tin cậy: Băng tải

có thiết bị bảo vệ và cảm biến antoàn, giảm rủi ro tai nạn

 Bảo trì dễ dàng: Các bộ phận băngtải dễ tháo lắp và bảo trì, giảm thờigian ngừng hoạt động

 Khả năng tự động hóa cao: Có thểtích hợp với hệ thống điều khiển tựđộng, tối ưu hóa sản xuất và giảm

sự can thiệp của con người

Đối tượng 2: Phao nổi  Chất liệu bền bỉ: Phao nổi làm từnhựa HDPE, chống ăn mòn, tia cực

tím và thời tiết khắc nghiệt

 Thân thiện môi trường: NhựaHDPE không gây ô nhiễm, có thểtái chế

 Dễ lắp đặt và tháo rời: Phao nổilinh hoạt, dễ lắp đặt, tháo rời và dichuyển

 Chịu tải cao: Phao nổi chịu tải tốt,

hỗ trợ thiết bị và công trình trênnước

 Tính linh hoạt: Phao nổi tự điềuchỉnh độ cao theo mực nước, tăng

an toàn và tiện lợi cho cầu cảng

Đối tượng 3: Thùng chứa  Kết cấu bền vững: Thùng chứa làmtừ thép, nhôm, hoặc nhựa cao cấp,

chịu lực tốt và bền bỉ

 Chống ăn mòn: Thùng chứa thépkhông gỉ hoặc nhựa HDPE bảo vệhàng hóa khỏi tác nhân môi trường

 Đa dạng kích thước và hình dạng:Thùng chứa có nhiều kích thước, từnhỏ đến lớn, phù hợp cho gia đình

 Tái sử dụng: Thùng chứa dùngnhiều lần, giảm chi phí và tác độngmôi trường

Đối tượng 4: Mặt trời  Nguồn năng lượng tái tạo và vôtận: Mặt Trời cung cấp năng lượng

liên tục, không bao giờ cạn kiệt,khác với dầu mỏ và than đá

 Thân thiện môi trường: Năng lượngmặt trời giảm phát thải khí nhà kính

và ô nhiễm, giúp chống biến đổikhí hậu

 Tiết kiệm chi phí: Hệ thống nănglượng mặt trời có chi phí vận hành

và bảo trì thấp sau khi lắp đặt

 Ứng dụng đa dạng: Năng lượngmặt trời dùng để sản xuất điện,cung cấp nước nóng, làm mátkhông gian sống, và có thể lắp đặttrên mái nhà, trang trại, hoặc thiết

bị di động

 An toàn và đáng tin cậy: Hệ thốngnăng lượng mặt trời không gây rủi

ro cháy nổ hay rò rỉ hóa chất, đảmbảo an toàn

Đối tượng 5: Xe điều khiển tự động  Cảm biến và công nghệ điều khiển:Xe tự hành có cảm biến laser,

radar, camera, và siêu âm để pháthiện và tránh vật cản

 Hệ thống dẫn đường: Xe AGVdùng băng từ, mã QR, hoặc GPS đểxác định và duy trì lộ trình

 Tự động hóa hoàn toàn: Xe tự hànhhoạt động hoàn toàn tự động, thựchiện các nhiệm vụ như vận chuyểnhàng hóa và nâng hạ pallet

 Trí tuệ nhân tạo (AI): Một số xe tựhành có AI để học hỏi và thích ứngvới môi trường, tăng hiệu quả và độchính xác

 Ứng dụng rộng rãi: Xe tự hànhdùng trong sản xuất, logistics, vàquản lý kho hàng, tối ưu hóa quytrình và giảm chi phí nhân công

Đối tượng 6: Ắc quy  Nguồn điện thứ cấp: Ắc quy có thểtái sạc nhiều lần, tiết kiệm chi phí

và giảm rác thải điện tử

 Cấu tạo: Ắc quy gồm vỏ, nắp, bảncực âm và dương, chất điện phân,

và cọc kết nối

 Nguyên lý hoạt động: Ắc quychuyển đổi năng lượng hóa họcthành điện năng, phóng điện khi sửdụng và nạp điện khi sạc

 Phân loại: Ắc quy có thể là axit-chì,kiềm, lithium, hoặc theo mục đíchnhư khởi động, viễn thông, lưu trữ

năng lượng.

 Dung lượng và điện áp: Dunglượng đo bằng ampere-giờ (Ah),điện áp thường là 12V hoặc 24V

 Ứng dụng đa dạng: Ắc quy dùngtrong ô tô, xe máy, thiết bị điện tử,lưu trữ năng lượng tái tạo, và viễnthông

 Chống ăn mòn: Nhiều ắc quy, đặcbiệt là axit-chì, chống ăn mòn, kéodài tuổi thọ và đảm bảo hiệu suất

Đối tượng 7: Pin năng lượng mặt trời  Chuyển đổi quang năng thành điệnnăng: Pin mặt trời chuyển ánh sáng

thành điện năng qua tế bào quangđiện, không gây ô nhiễm

 Hiệu suất cao: Pin đơn tinh thể hiệnđại có hiệu suất trên 20%, tối ưuhóa điện năng từ diện tích nhỏ

 Tuổi thọ dài: Pin mặt trời bền

25-30 năm, ít bảo trì, tiết kiệm chi phí

 Cấu tạo bền vững: Làm từ silicon,kính cường lực, và khung nhôm,chịu được thời tiết khắc nghiệt

 Ứng dụng đa dạng: Lắp trên máinhà, trang trại năng lượng, hoặcthiết bị di động, cung cấp điện chogia đình, doanh nghiệp, và lướiđiện

 Thân thiện môi trường: Giảm phụthuộc vào năng lượng hóa thạch,giảm phát thải khí nhà kính

Bước 4: Kết hợp các đặc điểm của đối tượng ngẫu nhiên với đối tượng tiêu điểm

 Kết hợp 1

Đối tượng tiêu điểm: Máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông

Các đối tượng ngẫu nhiên được lựa chọn: Hệ thống băng tải, thùng chứa, pin năng lượngmặt trời, xe điều khiển tự động, kỹ sư lập trình nhúng

Kết quả: Máy thu gôm rác trên sông tự động

Máy thu gom rác hiện đại được thiết kế với hệ thống băng tải, giúp vận chuyển rácthải nhanh chóng và liên tục, nâng cao hiệu quả xử lý Hệ thống băng tải này không chỉtăng tốc độ thu gom mà còn giảm thiểu thời gian chờ đợi, giúp tối ưu hóa quy trình làmviệc

Thêm vào đó, máy thu gom rác được trang bị thùng chứa rác thải có kết cấu bền vững,chịu tải lớn và bền bỉ trong nhiều điều kiện khác nhau Thùng chứa này dễ dàng tháo lắp,thuận tiện cho việc thay thế và bảo trì, đảm bảo máy luôn hoạt động ổn định và hiệu quả.Máy thu gom rác sử dụng pin năng lượng mặt trời không chỉ đảm bảo an toàn mà cònmang lại nhiều lợi ích vượt trội Pin năng lượng mặt trời giúp chuyển đổi quang năng

Đối tượng 8: Kỹ sư lập trình nhúng  Kiến thức chuyên sâu: Hiểu rõ viđiều khiển, vi xử lý, và thiết bị điện

tử; thành thạo C, C++, Assembly

 Giải quyết vấn đề: Phân tích và giảiquyết các vấn đề phức tạp về phầncứng và phần mềm

 Giao tiếp và giao thức: Nắm vữngUART, SPI, I2C, CAN để thiết kế

hệ thống nhúng

 Làm việc độc lập và nhóm: Khảnăng làm việc độc lập và phối hợpvới nhóm trong các dự án đa ngành

 Sáng tạo và đổi mới: Thiết kế giảipháp mới và cải tiến hệ thống hiệncó

 Cập nhật công nghệ: Thường xuyêncập nhật kiến thức về công nghệ và

xu hướng mới

thiện với môi trường Điều này không chỉ giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn nănglượng truyền thống mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Tính năng điều khiển tự động của máy thu gom rác giúp máy vận hành một cách tựđộng, không cần tốn quá nhiều thời gian và công sức để điều khiển Nhờ đó, chúng ta cóthể tiết kiệm được thời gian và chi phí vận hành, đồng thời nâng cao hiệu quả công việc

Kỹ sư lập trình nhúng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc viết mã điều khiểncho máy thu gom rác Chỉ cần một sai sót nhỏ trong quá trình lập trình cũng có thể khiếnmáy không hoạt động đúng cách Vì vậy, kỹ sư lập trình nhúng cần phải có tính cẩn thậncao, luôn cập nhật và học hỏi thêm về công nghệ để đảm bảo máy hoạt động ổn định vàhiệu quả

 Kết hợp 2

Đối tượng tiêu điểm: Máy thu gôm rác thải nhựa trên mặt sông

Các đối tượng ngẫu nhiên được lựa chọn: Hệ thống băng tải, thùng chứa, mặt trời, pinnăng lượng mặt trời, xe điều khiển tự động, phao nổi, ắc quy

Kết quả: Máy thu gôm rác tự động chịu tải lớn

Máy thu gom rác hiện đại được thiết kế với hệ thống băng tải tiên tiến, giúp vậnchuyển rác thải một cách nhanh chóng và liên tục, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý Hệthống băng tải này không chỉ tăng tốc độ thu gom mà còn giảm thiểu thời gian chờ đợi,giúp tối ưu hóa quy trình làm việc Nhờ vào thiết kế thông minh, hệ thống băng tải cóthể xử lý một lượng lớn rác thải trong thời gian ngắn, đảm bảo rằng rác được thu gom

và vận chuyển đến nơi xử lý một cách hiệu quả Điều này không chỉ giúp duy trì vệ sinhmôi trường mà còn giảm bớt gánh nặng cho nhân viên thu gom rác, cho phép họ tậptrung vào các nhiệm vụ khác quan trọng hơn Hơn nữa, hệ thống băng tải được thiết kế

để hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ đó đảm bảo rằngmáy thu gom rác có thể hoạt động liên tục mà không gặp sự cố

Ngoài ra, máy thu gom rác còn được trang bị thùng chứa rác thải với kết cấu vô cùngbền vững, có khả năng chịu tải lớn và hoạt động bền bỉ trong nhiều điều kiện môi trườngkhác nhau Thùng chứa này không chỉ được thiết kế để chịu được các tác động mạnh màcòn dễ dàng tháo lắp, giúp việc thay thế và bảo trì trở nên thuận tiện hơn Điều nàyđảm bảo rằng máy thu gom rác luôn hoạt động ổn định và hiệu quả, giảm thiểu thời gianngừng hoạt động do bảo trì hoặc sửa chữa Thêm vào đó, thùng chứa rác thải được làm

từ các vật liệu chất lượng cao, giúp kéo dài tuổi thọ của máy và giảm thiểu chi phí bảotrì Nhờ vào thiết kế thông minh này, máy thu gom rác có thể đáp ứng được nhu cầu thugom rác thải trong các khu vực có mật độ rác thải cao, từ đó góp phần duy trì vệ sinhmôi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cộng đồng

Mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận khi sử dụng năng lượng mặt trời để chomáy thu gôm rác thải hoạt động là điều rất tuyệt vời vì năng lượng mặt trời không bao

giờ cạn kiệt và đặc biệt thân thiện với môi trường Sử dụng năng lượng mặt trời khôngchỉ giúp bảo vệ hành tinh của chúng ta mà còn mang lại lợi ích kinh tế, giúp tiết kiệmchi phí đáng kể trong quá trình sử dụng.

Máy thu gom rác sử dụng pin năng lượng mặt trời không chỉ đảm bảo an toàn mà cònmang lại nhiều lợi ích vượt trội Pin năng lượng mặt trời giúp chuyển đổi quang năngthành điện năng, cung cấp năng lượng cho máy hoạt động một cách bền vững và thânthiện với môi trường Điều này không chỉ giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn nănglượng truyền thống mà còn góp phần bảo vệ môi trường

Tính năng điều khiển tự động của máy thu gom rác giúp máy vận hành một cách tựđộng, không cần tốn quá nhiều thời gian và công sức để điều khiển Nhờ đó, chúng ta cóthể tiết kiệm được thời gian và chi phí vận hành, đồng thời nâng cao hiệu quả công việc.Máy thu gom rác khi được kết hợp với hệ thống phao nổi sẽ nâng cao đáng kể khảnăng chịu tải của máy Hệ thống phao nổi này rất linh hoạt, có thể tự điều chỉnh độ caotheo mực nước, giúp tăng cường tính an toàn và tiện lợi trong quá trình vận hành Đặcbiệt, phao nổi dễ dàng tháo lắp và thay thế, mang lại sự linh hoạt trong quá trình sửdụng và bảo trì máy thu gom rác Nhờ vào thiết kế này, máy thu gom rác không chỉ hoạtđộng hiệu quả hơn mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành Hệ thống phao nổigiúp máy thích ứng với mọi điều kiện môi trường, từ đó nâng cao hiệu suất thu gom rác

và giảm thiểu thời gian bảo trì Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn gópphần bảo vệ môi trường, duy trì vệ sinh đô thị một cách bền vững

Máy thu gom rác sẽ hoạt động hiệu quả hơn khi được trang bị thêm bình ắc quy để dựtrữ năng lượng Bình ắc quy không chỉ cung cấp nguồn năng lượng dự phòng, giúp máyhoạt động liên tục mà còn có cấu tạo chắc chắn, có thể sạc lại nhiều lần, tiết kiệm chiphí và giảm thiểu rác thải điện tử Với khả năng chống ăn mòn, bình ắc quy có thể chịuđược các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, đảm bảo máy thu gom rác hoạt động ổn định vàbền bỉ trong mọi hoàn cảnh Việc sử dụng bình ắc quy còn giúp máy thu gom rác duy trìhiệu suất cao, ngay cả khi nguồn năng lượng chính gặp sự cố Điều này không chỉ nângcao hiệu quả thu gom rác mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động tiêucực từ rác thải điện tử Nhờ vào những ưu điểm vượt trội này, máy thu gom rác đượctrang bị bình ắc quy sẽ trở thành giải pháp lý tưởng cho việc duy trì vệ sinh môi trường

đô thị một cách bền vững và hiệu quả

Bước 5: Phát triển ý tượng dựa trên các kết hợp

 Ý tưởng sản phẩm dựa trên kết hợp 1

Phần đầu mũi của máy nên gắn thêm một cảm biến tránh vật cản để khi di chuyểntránh các vật cản lớn tránh va chạm gây hư hại máy