ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 2γ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 2γ"

Μήδεια Ζερβός
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 2γ 12 Σεπτεµβρίου, 2006 Γεώργιος Έλληνας Επίκουρος Καθηγητής ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πανεπιστήµιο Κύπρου ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΜΑΣ ΣΗΜΕΡΑ Επίλυση προβληµάτων σε θέµατα Μηχανικών Το τενεκεδάκι διαµέσου των χρόνων Παράδειγµα επίλυσης προβλήµατος Eπίλυση προβληµάτων Αυτή είναι η δουλειά µας! Οι βιοµηχανίες, οργανισµοί και το κοινωνικό σύνολο έχουν αρκετά προβλήµατα που χρήζουν επίλυσης. Τα προβλήµατα δεν λιγοστεύουν, αλλά όσο αναπτυσσόµαστε δηµιουργούνται νέες ανάγκες. Υπάρχουν καλοί τρόποι και κακοί τρόποι για τη µελέτη και επίλυση προβληµάτων. Να ακολουθούµε τις πρέπουσες διαδικασίες, τόσο σε απλά προβλήµατα (κατ οίκον εργασίες κατά τη διάρκεια των σπουδών µας), όσο και σε πολύπλοκα κατά τη διάρκεια της καριέρας µας. 1

2 Eπίλυση προβληµάτων Οι µηχανικοί αναλύουν και επιλύουν πολλά και διάφορα τεχνικά προβλήµατα. Κάποια προβλήµατα είναι σχετικά απλά µε µια µόνο λύση κάποια άλλα είναι πολύπλοκα, χωρίς συγκεκριµένο τελικό σκοπό, µε πολλές πιθανές λύσεις ενώ κάποια άλλα δεν έχουν κάποια ξεκάθαρη λύση. Η επίλυση προβληµάτων είναι µια διαδικασία που απαιτεί εµπειρία, γνώσεις, ικανότητα κρίσης, κοινή λογική και τέχνη. Τύποι προβληµάτων ηµιουργία νέου προϊόντος -- Σύλληψη ιδέας/εφεύρεσης -- Σχεδιασµός, κατασκευή και δοκιµή νέου προϊόντος Βελτίωση αποδοτικότητας υφιστάµενου προϊόντος/συστήµατος -- Πιο φτηνό, πιο γρήγορο, πιο αποδοτικό -- π.χ. ηλεκτρονικός υπολογιστής ηµιουργία/βελτίωση διαδικασίας -- π.χ. µεγιστοποίηση παραγωγικότητας µιας µηχανής µε την κατάλληλη ρύθµιση των παραµέτρων της Βελτίωση ποιότητας ζωής -- π.χ. ανελκυστήρας, κυλιόµενες σκάλες, αυτόµατος πιλότος ιαδικασία επίλυσης προβληµάτων Αναγνώριση ανάγκης/προβλήµατος Ορισµός του προβλήµατος Κριτήρια λύσης (οικονοµικά, τεχνικά) Συλλογή πληροφοριών ηµιουργίας µιας ή περισσότερων µεθόδων επίλυσης οκιµασία λύσης και περαιτέρω βελτίωση Έλεγχος και επιβεβαίωση της λύσης Παρουσίαση 2

3 ηµιουργική σκέψη Περιλαµβάνει ένα αριθµό σταδίων όπως: παρατήρηση ενός προβλήµατος ή ανάγκης ανάλυση του προβλήµατος ή της ανάγκης συλλογή δεδοµένων, περίοδος έντονης συγκέντρωσης και σκέψης (αναζήτηση λύσεων, συζήτηση διαφόρων ιδεών) περίοδος ηρεµίας (εκκόλαψης) γέννηση της καινούργιας ιδέας Ξεπερνώντας τα εµπόδια στη δηµιουργική σκέψη Αποφυγή τοποθέτησης αχρείαστων περιορισµών ή απαιτήσεων στο πρόβληµα. Αναζήτηση διαφορετικών τρόπων αντιµετώπισης του προβλήµατος (αποφυγή στερεοτυπικής σκέψης). Μπορεί να υπάρχουν λύσεις σε ένα πρόβληµα που να µην είναι κατ ανάγκην λύσεις της Μηχανικής, αλλά κάποιων άλλων κλάδων. Αναζήτηση µακρινών σχέσεων µεταξύ προβληµάτων και αναζήτηση λύσεων που να είναι ασυνήθιστες και µη παραδοσιακές. ιαµοιρασµός πολύπλοκων προβληµάτων σε µικρότερα προβλήµατα. Ανοικτό µυαλό. Το τενεκεδάκι Πρόβληµα: Ανάγκη διατήρησης φαγητού και ποτού σε κυτία ούτως ώστε να µη χαλούν (Ο Ναπολέων πρόσφερε φράγκα σε όποιον έβρισκε µια µέθοδο διατήρησης φαγητού και ποτού για τον στρατό και το ναυτικό του). Λύση: Ο Nicholas Appert (1809) κατάφερε να διατηρήσει φαγητό σε γυάλινα µπουκάλια (ζέσταινε το φαγητό µέσα στα µπουκάλια, τα έκλεινε αεροστεγώς και τα σφράγιζε µε κερί). 3

4 Το τενεκεδάκι Πρόβληµα: Τα γυάλινα µπουκάλια έσπαζαν εύκολα κατά τη µεταφορά τους στο µέτωπο του πολέµου µε τις άµαξες. Λύση: Ο Peter Durand εφηύρε ένα κυτίο από ατσάλι καλυµµένο µε κασσίτερο µέσα στο οποίο σφράγιζε αεροστεγώς το φαγητό. Πρόβληµα: Το άνοιγµα των κυτίων ήταν δύσκολο. Οι στρατιώτες χρησιµοποιούσαν µαχαίρια και σφυριά για το άνοιγµα τους, ενώ κάποτε τα πυροβολούσαν! Λύση: 1. Χρήση ατσαλένιων κυτίων (πιο δυνατά και πιο λεπτά). 2. Κατασκευή εξειδικευµένων εργαλείων για το άνοιγµα των κυτίων. Το τενεκεδάκι Πρόβληµα: Τα πρώτα ανοικτήρια έπρεπε να ρυθµιστούν για κάθε είδος κυτίου και χρειαζόταν επίσης να ανοικτεί µια τρυπίτσα στη µέση του κυτίου (ακριβώς στη µέση). Λύση: Κατασκευάστηκε το ανοικτήρι όπως το ξέρουµε σήµερα το 1925 (που ακόµα χρειάζεται βελτίωση). Πρόβληµα: Τα λεπτά κυτία δεν ήταν στιβαρά και στράβωναν εύκολα. Λύση: Πρόσθεση ενός χείλους στην κορυφή και δίπλωµα των πλευρών µε τέτοιο τρόπο ώστε να είναι πιο στιβαρές. Το τενεκεδάκι Πρόβληµα: Τα τενεκεδάκια των αναψυκτικών που ανοίγονταν µε ανοικτήρια είχαν κοφτερά χείλη και πολύ µεγάλα ανοίγµατα. Λύση: Το ανοικτήρι τύπου Church key. Πρόβληµα: Χανότανε πολύ συχνά λόγω του µεγέθους του, ή δεν ήταν διαθέσιµο όταν χρειαζόταν. Λύση: Τενεκεδάκια τα οποία µπορούσαν να ανοιχτούν µε το χέρι τραβώντας το δακτυλίδι στο πάνω µέρος. 4

Το τενεκεδάκι Πρόβληµα: Πώς να απαλλαγούµε από τα δακτυλίδια; Να τα πετάξουµε; (περιβαλλοντικά προβλήµατα) Να τα ρίξουµε µέσα στο τενεκεδάκι; (επικίνδυνο) Λύση: ακτυλίδια τα οποία µένουν ενωµένα µε

5 Το τενεκεδάκι Πρόβληµα: Πώς να απαλλαγούµε από τα δακτυλίδια; Να τα πετάξουµε; (περιβαλλοντικά προβλήµατα) Να τα ρίξουµε µέσα στο τενεκεδάκι; (επικίνδυνο) Λύση: ακτυλίδια τα οποία µένουν ενωµένα µε το τενεκεδάκι. Πρόβληµα: Μερικοί άνθρωποι δεν µπορούν να ανοίξουν εύκολα τα τενεκεδάκια (µακριά νύχια, πολύ σφικτά δακτυλίδια κλπ.) Και η ιστορία συνεχίζεται Παράδειγµα επίλυσης προβλήµατος Χρήση ενός απλού προβλήµατος για να κατανοήσουµε τη γενική διαδικασία που απαιτείται για την επίλυση προβληµάτων. Παράδειγµα: Υπολογισµός του µέγιστου ύψους ενός βλήµατος. Αναγνώριση ανάγκης/προβλήµατος Η εταιρεία που εργαζόµαστε σχεδιάζει πυροβόλα όπλα. Μας ζητούν να υπολογίσουµε το µέγιστο ύψος που θα φτάσει ένα βλήµα για να καθοριστούν οι προδιαγραφές ενός εκ των πυροβόλων όπλων. 5

6 Ορισµός προβλήµατος -- Πρέπει να γίνει καθαρά και µε σαφήνεια. -- Αυτό το συγκεκριµένο πρόβληµα έχει µια µόνο ορθή απάντηση. -- Ο ορισµός του προβλήµατος πρέπει να λέει τι είναι γνωστό και τι πρέπει να υπολογιστεί. -- Το πρόβληµα µπορεί να γραφεί ως ακολούθως: Ένα βλήµα βάλλεται κατ ευθείαν προς τα πάνω µε αρχική ταχύτητα 100 m/s από µια απόσταση 3 µέτρων πάνω από το έδαφος. Ποιο είναι το µέγιστο ύψος που φτάνει το βλήµα; -- Είναι χρήσιµο (και καλή πρακτική) να σχεδιάζετε το πρόβληµα ώστε να µπορείτε να το αντιλαµβάνεστε καλύτερα. Ορισµός προβλήµατος (συνέχεια) v = 100 m/s 3 m Συλλογή πληροφοριών -- Γνώση της θεωρίας και των βασικών αρχών του συγκεκριµένου θέµατος. -- Τι υποθέσεις πρέπει να γίνουν; (π.χ. δεν υπάρχει αεροδυναµική αντίσταση ή άνεµος). Οι υποθέσεις πρέπει να είναι λογικές και να µην επηρεάζουν σε µεγάλο βαθµό τη λύση του προβλήµατος. Οι υποθέσεις γίνονται για την απλοποίηση του προβλήµατος. -- Υποθέτουµε επίσης ότι η τιµή της σταθεράς της βαρύτητας είναι σταθερή. 6

ηµιουργίας µιας ή περισσότερων µεθόδων επίλυσης -- Λύση 1: Γραφική επίλυση Από τη γραφική παράσταση φαίνεται ότι το µέγιστο ύψος είναι περίπου 515 m.

7 ηµιουργίας µιας ή περισσότερων µεθόδων επίλυσης -- Λύση 1: Γραφική επίλυση Από τη γραφική παράσταση φαίνεται ότι το µέγιστο ύψος είναι περίπου 515 m. ηµιουργίας µιας ή περισσότερων µεθόδων επίλυσης -- Λύση 2: Υπολογισµός Χρησιµοποιώντας την αρχή διατήρησης της ενέργειας (κινητική ενέργεια στην αρχή της τροχιάς = δυναµική ενέργεια στο µέγιστο ύψος) 1 mv 2 2 h = = mg( h h ) 1 2g 2 v + h = = m οκιµασία λύσης και περαιτέρω βελτίωση -- Σε αυτό το µέρος της διαδικασίας γίνεται συνήθως η επαλήθευση των υπολογισµών, η βελτίωση του κώδικα του προγράµµατος και γενικά η βελτίωση της λύσης. -- Για παράδειγµα, σε αυτό το πρόβληµα θα µπορούσαµε να συµπεριλαµβάναµε στην εξίσωση της τροχιάς την αντίσταση του αέρα. 7

8 Έλεγχος και επιβεβαίωση της λύσης -- Πρέπει να επιβεβαιώσουµε εάν η λύση µας είναι σωστή και ρεαλιστική. -- Τρόποι επιβεβαίωσης: Πειράµατα, συλλογή δεδοµένων χρησιµοποιώντας µια άλλη µέθοδο λύσης ή µια άλλη θεωρία. Προσεκτική εξέταση κάθε µαθηµατικής πράξης για τυχόν λάθη και για τη χρήση των σωστών µονάδων. Παρουσίαση -- Η παρουσίαση της λύσης στη διοίκηση της εταιρείας, στους χρηµατοδότες, ή σε διεθνή συνέδρια και περιοδικά είναι ένα πολύ σηµαντικό µέρος της διαδικασίας επίλυσης προβληµάτων. -- Μια καλή και πλήρης παρουσίαση µπορεί να κάνει ακόµα και µια µέτρια λύση να φαίνεται εξαιρετική. -- Η παρουσίαση γίνεται σε µορφή τεχνικού κειµένου ή προφορικής παρουσίασης µε τη χρήση διαφανειών (συνήθως γίνονται και τα δύο). Η NASA και οι µονάδες µέτρησης! -- ύο οµάδες επιστηµόνων: Η µια δούλευε µε το σύστηµα SI και η άλλη µε το βρετανικό σύστηµα. -- Το Climate Orbiter καταστράφηκε από την ατµοσφαιρική πίεση και την τριβή λόγω του χαµηλού υψοµέτρου. -- Συνολικό κόστος: $125Μ Νόµιζαν ότι το "Climate Orbiter" ήταν εδώ 57 mi Αλλά στην πραγµατικότητα ήταν εδώ! 57 km ΑΡΗΣ Σηµείωση: 1 µίλι = χιλιόµετρα 8

Σχετικά έγγραφα

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 7

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 7 Δρ. Στέλιος Τιμοθέου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα θέματα μας σήμερα Σήματα - επανάληψη Αποτελεσματική