Công Nghệ 10: Thiết Kế và Công Nghệ — Kết Nối Tri Thức

Chương I: Đại cương Chương II: Vẽ kĩ thuật Chương III: Thiết kế Tra cứu nhanh

Chương I

Đại cương về công nghệ

Bài 1 – Bài 7

Bài 1 Khoa học, Kĩ thuật & Công nghệ

Bài 1: Công nghệ và đời sống

Làm rõ bản chất của khoa học, kĩ thuật, công nghệ, mối quan hệ tương hỗ hai chiều và tác động đa chiều của công nghệ đối với tự nhiên, con người và sự biến đổi xã hội.

Sơ đồ Bài 1: Mối quan hệ tương hỗ hai chiều giữa Khoa học — Kĩ thuật — Công nghệ

1. Khái niệm Khoa học, Kĩ thuật và Công nghệ

Khoa học (Science): Hệ thống tri thức về sự vật, hiện tượng và các quy luật vận động khách quan của tự nhiên, xã hội và tư duy. Khoa học tự nhiên quan sát, mô tả, giải thích và dự đoán tự nhiên dựa trên bằng chứng và thực nghiệm; gồm vật lí học, hoá học, sinh học, thiên văn học và khoa học Trái Đất.

Kĩ thuật (Engineering): Việc ứng dụng các nguyên lí khoa học để thiết kế, chế tạo, vận hành máy móc, thiết bị, công trình, quy trình và hệ thống một cách hiệu quả và tối ưu kinh tế nhất nhằm giải quyết các bài toán thực tiễn.

Công nghệ (Technology): Giải pháp, quy trình, bí quyết kĩ thuật có hoặc không kèm công cụ/phương tiện, dùng để biến đổi nguồn lực (vật liệu, năng lượng, thông tin) thành sản phẩm hay dịch vụ. Công nghệ là kết quả của hoạt động kĩ thuật, có tính chuyển giao và liên tục đổi mới.

2. Mối liên hệ biện chứng Khoa học – Kĩ thuật – Công nghệ

Khoa học, kĩ thuật và công nghệ có mối liên hệ hai chiều khăng khít, thúc đẩy lẫn nhau phát triển:

• Khoa học thúc đẩy Kĩ thuật & Công nghệ: Khoa học cung cấp tri thức nền tảng và nguyên lí định luật; kĩ thuật vận dụng các nguyên lí đó để giải quyết bài toán thực tế, sáng tạo ra công nghệ mới.

• Công nghệ cung cấp phương tiện cho Khoa học: Công nghệ hiện có tạo ra kính thiên văn vũ trụ, kính hiển vi điện tử quét, máy gia tốc hạt, siêu máy tính... giúp các nhà khoa học quan sát sâu hơn vào thế giới vi mô và vũ trụ, đo lường chính xác và khám phá quy luật mới.

3. Tác động của công nghệ đối với tự nhiên, con người và xã hội

Với Tự nhiên: Giúp khám phá, khai thác năng lượng sạch, xử lí chất thải, dự báo thiên tai; nhưng nếu lạm dụng sẽ gây cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm và biến đổi khí hậu.

Với Con người: Nâng cao năng suất lao động, tiện nghi cuộc sống, chăm sóc sức khỏe; nhưng có nguy cơ gây lệ thuộc công nghệ, lười vận động và thay thế việc làm thủ công.

Với Xã hội: Thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, số hóa quản lí hành chính, kết nối toàn cầu; đồng thời làm biến đổi văn hóa, quan hệ ứng xử và an ninh mạng.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Nhận định nào sau đây phân biệt chính xác nhất bản chất giữa Khoa học và Kĩ thuật?

Câu 2: Mối quan hệ giữa Khoa học, Kĩ thuật và Công nghệ là mối quan hệ:

Bài 2 Cấu trúc & Phân loại

Bài 2: Hệ thống kĩ thuật

Hệ thống kĩ thuật gồm 3 phần tử cốt lõi: Đầu vào – Bộ phận xử lí – Đầu ra. Phân biệt hệ thống mạch hở và hệ thống mạch kín có phản hồi điều khiển tự động.

Sơ đồ Bài 2: Cấu trúc Hệ thống kĩ thuật mạch kín có phản hồi (Closed-loop System)

1. Khái niệm và cấu trúc hệ thống kĩ thuật

Hệ thống kĩ thuật là một tập hợp các phần tử liên kết chặt chẽ với nhau theo quy luật nhất định nhằm biến đổi đầu vào thành đầu ra mong muốn:

IN ĐẦU VÀO (Input)

Vật liệu, năng lượng hoặc thông tin/tín hiệu cần xử lí.

PROC BỘ PHẬN XỬ LÍ

Biến đổi, vận chuyển, lưu trữ vật liệu, năng lượng, thông tin.

OUT ĐẦU RA (Output)

Sản phẩm vật liệu, năng lượng hay thông tin đã được hoàn thiện.

2. Phân loại hệ thống: Mạch hở vs Mạch kín (Có phản hồi)

Hệ thống kĩ thuật mạch hở: Đầu ra không được đo lường đưa ngược lại để điều chỉnh hoạt động của hệ thống. Hoạt động theo quy trình cài đặt cố định sẵn (ví dụ: máy sấy tóc bật nấc nóng liên tục, ấm nước thường đun không tự ngắt).

Hệ thống kĩ thuật mạch kín (Mạch điều khiển có phản hồi): Có tín hiệu phản hồi (Feedback) từ đầu ra hoặc môi trường thực tế đưa ngược về bộ điều khiển. Bộ điều khiển so sánh tín hiệu phản hồi với giá trị đặt để tự động tinh chỉnh (ví dụ: bàn là điện có rơ-le nhiệt tự ngắt khi đủ nóng, điều hòa tự giữ nhiệt độ phòng, đèn cảm biến tự bật khi trời tối).

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Điểm khác biệt bản chất giữa hệ thống kĩ thuật mạch kín và hệ thống kĩ thuật mạch hở là gì?

Câu 2: Trong chiếc bàn là điện tự động ngắt điện khi đạt nhiệt độ cài đặt, rơ-le nhiệt đóng vai trò là phần tử nào?

Bài 3 Cơ khí & Điện - Điện tử

Bài 3: Công nghệ phổ biến

Hệ thống hóa các công nghệ cơ khí truyền thống (luyện kim, đúc, gia công cắt gọt, gia công áp lực, hàn) và công nghệ điện – điện tử (sản xuất điện, điện-quang, điện-cơ, điều khiển tự động hóa, truyền thông không dây).

Sơ đồ Bài 3: Phân loại 4 nhóm Công nghệ gia công cơ khí cốt lõi

1. Các công nghệ cơ khí cốt lõi

Luyện kim: Điều chế kim loại từ quặng; Luyện kim đen tạo gang và thép; Luyện kim màu tạo đồng, nhôm, titan, vàng... Cung cấp phôi và vật liệu nền tảng.

Công nghệ Đúc: Nấu chảy kim loại rót vào lòng khuôn có hình dáng chi tiết; sau khi đông đặc thu được vật đúc (đúc khuôn cát, khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc li tâm).

Gia công cắt gọt (Gọt phoi): Dùng dao cắt hớt bỏ lớp kim loại thừa dưới dạng phoi để đạt kích thước và độ nhẵn bóng cao (tiện, phay, bào, mài, khoan, khoét, doa; gia công tia lửa điện EDM, tia nước, laser).

Gia công áp lực: Dùng ngoại lực làm biến dạng dẻo kim loại ở thể nóng hoặc nguội (cán tạo tấm/thanh ray, kéo sợi kim loại qua lỗ khuôn, rèn tự do/khuôn, dập tấm vỏ ô tô).

Công nghệ Hàn: Nối các chi tiết kim loại thành liên kết không thể tháo rời bằng cách nung chảy cục bộ chỗ nối (hàn hồ quang, hàn hơi, hàn TIG/MIG) hoặc nung dẻo kết hợp ép lực (hàn tiếp xúc/hàn điểm).

2. Các công nghệ Điện – Điện tử phổ biến

Điện – Quang: Biến đổi điện năng thành ánh sáng; tiến hóa từ đèn sợi đốt (điện → nhiệt → quang, hiệu suất thấp) đến đèn phóng điện huỳnh quang và đèn LED (hiệu suất phát quang cao, tiết kiệm 80% điện).

Điện – Cơ: Biến điện năng thành cơ năng chuyển động quay (động cơ điện, quạt máy, máy bơm) hoặc chuyển động tịnh tiến (van điện từ solenoids, rơ-le điện từ).

Điều khiển & Tự động hóa: Ứng dụng PLC, vi điều khiển, cảm biến và robot công nghiệp vận hành dây chuyền sản xuất tự động liên hoàn.

Truyền thông không dây: Truyền tải tín hiệu dữ liệu âm thanh, hình ảnh qua sóng điện từ không cần dây dẫn (Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G, vệ tinh GPS).

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Phương pháp gia công cơ khí nào sau đây tạo ra hình dạng chi tiết bằng cách hớt bỏ lớp kim loại thừa dưới dạng phoi?

Câu 2: Ưu điểm vượt trội nhất của đèn chiếu sáng công nghệ LED so với đèn sợi đốt truyền thống là:

Bài 4 Công nghệ đột phá

Bài 4: Một số công nghệ mới

Tìm hiểu 7 trụ cột công nghệ mới định hình tương lai: Công nghệ Nano, Chuỗi CAD/CAM/CNC, In 3D (Additive Manufacturing), Năng lượng tái tạo, Trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT) và Robot thông minh.

Sơ đồ Bài 4: Chuỗi quy trình sản xuất cơ khí số hóa hiện đại CAD → CAM → CNC

1. Bảy trụ cột công nghệ mới tiêu biểu

1. Công nghệ Nano (Nanotechnology): Nghiên cứu, chế tạo và thao tác trên cấu trúc vật chất ở thang đo nano mét (1 – 100 nm). Vật liệu nano sở hữu tính chất cơ, lí, hóa đặc biệt (nhẹ hơn, bền gấp 10 lần thép, dẫn điện siêu việt, diệt khuẩn).

2. Chuỗi công nghệ tích hợp CAD / CAM / CNC: Sơ đồ khép kín: CAD (Thiết kế mô hình 3D trên máy tính) → CAM (Lập trình đường chạy dao và tạo mã lệnh gia công G-code) → CNC (Máy công cụ điều khiển số tự động cắt gọt) → Chi tiết hoàn thiện với độ chính xác micron.

3. Công nghệ In 3D (Sản xuất đắp lớp - Additive Manufacturing): Chia mô hình 3D số thành hàng ngàn lát cắt 2D siêu mỏng, sau đó đầu in đắp vật liệu (nhựa, kim loại, gốm, tế bào sinh học) tuần tự từng lớp chồng lên nhau. Cho phép tạo ra các chi tiết rỗng phức tạp mà phương pháp cắt gọt truyền thống không thể làm được.

4. Công nghệ Năng lượng tái tạo: Khai thác các nguồn năng lượng tự nhiên vô tận không phát thải khí nhà kính: pin mặt trời quang điện, tuabin điện gió, thủy triều, sóng biển và địa nhiệt.

5. Trí tuệ nhân tạo (AI) & 6. Internet vạn vật (IoT) & 7. Robot thông minh: AI mô phỏng năng lực nhận thức, học máy và ra quyết định; IoT kết nối hàng tỉ thiết bị cảm biến truyền dữ liệu qua Internet; Robot tự hành AI thực hiện các công việc phức tạp trong môi trường nguy hiểm hoặc dây chuyền lắp ráp ô tô chính xác tuyệt đối.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Thứ tự các công đoạn trong chuỗi sản xuất cơ khí chính xác hiện đại tích hợp máy tính là:

Câu 2: Công nghệ In 3D (Additive Manufacturing) tạo ra vật thể bằng nguyên lí cốt lõi nào?

Bài 5 Tiêu chí & Ra quyết định

Bài 5: Đánh giá công nghệ

Hệ thống tiêu chí đánh giá công nghệ (hiệu quả, độ tin cậy, kinh tế, môi trường) và tiêu chí đánh giá sản phẩm công nghệ nhằm đưa ra quyết định lựa chọn giải pháp tối ưu.

Sơ đồ Bài 5: Mô hình 5 Tiêu chuẩn cốt lõi đánh giá và lựa chọn công nghệ

1. Bốn tiêu chí cốt lõi đánh giá công nghệ

1. Tiêu chí Hiệu quả: Năng suất gia công, tốc độ chu kì, mức độ ổn định chất lượng và tính thẩm mĩ của sản phẩm hoàn thiện.

2. Tiêu chí Độ tin cậy: Độ chính xác kích thước, tuổi thọ máy móc, tỉ lệ phát sinh phế phẩm và khả năng hoạt động ổn định lâu dài.

3. Tiêu chí Kinh tế: Tổng chi phí đầu tư thiết bị ban đầu (CAPEX), chi phí vận hành (OPEX), giá thành trên từng đơn vị sản phẩm và thời gian thu hồi vốn.

4. Tiêu chí Môi trường: Mức độ phát thải khí độc, nước thải hóa chất, tiếng ồn, rung chấn và khả năng tái chế phế liệu.

Ví dụ so sánh SGK: Công nghệ ép phun nhựa (Plastic Injection) đòi hỏi làm khuôn mẫu thép rất đắt tiền nên chỉ hiệu quả khi sản xuất hàng loạt số lượng cực lớn (hàng triệu chiếc); ngược lại, In 3D phù hợp cho sản xuất đơn chiếc, tạo mẫu thử nghiệm nhanh mà không cần khuôn.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Khi cần sản xuất thử nghiệm một nguyên mẫu vỏ robot duy nhất để kiểm tra tính năng, công nghệ nào sau đây là lựa chọn kinh tế và tối ưu nhất?

Câu 2: Nhóm tiêu chí cốt lõi khi tiến hành thẩm định và đánh giá một công nghệ mới là:

Bài 6 Lịch sử & Xu thế CMCN 4.0

Bài 6: Cách mạng công nghiệp

Bốn cuộc cách mạng công nghiệp trong lịch sử nhân loại, đặc trưng công nghệ bản lề và những tác động sâu sắc đến cơ cấu việc làm, quản trị số và nền kinh tế thông minh.

Sơ đồ Bài 6: Lược đồ tiến trình 4 cuộc Cách mạng công nghiệp của nhân loại

1. Bảng đối chiếu 4 cuộc cách mạng công nghiệp

Cuộc CMCN	Thời gian & Đặc trưng	Thành tựu mang tính bước ngoặt
CMCN Lần 1	Cuối thế kỉ XVIII — Động cơ hơi nước & Cơ giới hóa	Máy hơi nước James Watt, máy dệt cơ khí, luyện kim than đá; mở đầu kỉ nguyên công nghiệp hóa.
CMCN Lần 2	Cuối thế kỉ XIX — Điện năng & Sản xuất hàng loạt	Nhà máy điện, động cơ đốt trong, dây chuyền băng chuyền Henry Ford, luyện thép lò cao.
CMCN Lần 3	Thập niên 1970 — Máy tính, Bán dẫn & Tự động hóa	Bóng bán dẫn, máy vi tính, Internet, bộ điều khiển PLC, robot công nghiệp cánh tay đơn.
CMCN Lần 4	Từ năm 2011 — Công nghệ số, AI, IoT & Hệ thống CPS	Trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn (Big Data), điện toán đám mây, in 3D, xe tự hành, nhà máy thông minh.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Phát minh công nghệ nào đánh dấu bước ngoặt khởi đầu cho cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất?

Câu 2: Đặc trưng cốt lõi của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (CMCN 4.0) là sự kết hợp giữa:

Bài 7 Hướng nghiệp kĩ thuật

Bài 7: Ngành nghề kĩ thuật, công nghệ

Tìm hiểu đặc trưng nghề nghiệp, môi trường làm việc và yêu cầu phẩm chất của hai nhóm ngành lớn: Cơ khí chế tạo và Điện – Điện tử – Viễn thông; phương pháp tự định hướng nghề nghiệp.

Sơ đồ Bài 7: Cây phân nhánh các nhóm ngành nghề Kĩ thuật & Công nghệ tương lai

1. Các nhóm ngành nghề kĩ thuật công nghệ tiêu biểu

Ngành Cơ khí: Thiết kế, chế tạo, gia công chi tiết, lắp ráp, vận hành và bảo trì máy móc, robot, ô tô, thiết bị áp lực. Yêu cầu: đọc hiểu bản vẽ kĩ thuật thành thạo, tư duy không gian tốt, sử dụng thành thạo phần mềm CAD/CAM, tính cẩn trọng và kỉ luật an toàn lao động cao.

Ngành Điện, Điện tử & Viễn thông: Thiết kế mạch điện tử, lập trình nhúng, lắp đặt và vận hành hệ thống điện thông minh, hạ tầng mạng truyền dẫn 5G, trạm biến áp, tự động hóa PLC. Yêu cầu: tư duy logic toán học, khả năng phân tích sơ đồ mạch và vận hành máy đo hiện sóng, đồng hồ đo điện.

2. Ba câu hỏi đối chiếu khi lựa chọn nghề nghiệp kĩ thuật

1. Bản thân là ai? Sở thích cá nhân, năng lực tư duy kĩ thuật, tính cách cẩn thận tỉ mỉ và giá trị nghề nghiệp hướng tới.

2. Ngành nghề đang cần gì? Nhu cầu nhân lực của thị trường lao động trong nước và quốc tế, môi trường làm việc, cơ hội thăng tiến.

3. Cần chuẩn bị những gì? Lộ trình học tập, rèn luyện ngoại ngữ, kĩ năng công nghệ thông tin và tinh thần kỉ luật lao động chuyên nghiệp.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Kĩ năng nào sau đây là kĩ năng chuyên môn cơ bản bắt buộc đối với một kĩ sư ngành Cơ khí chế tạo máy?

Câu 2: Khi lựa chọn nghề nghiệp thuộc lĩnh vực kĩ thuật - công nghệ, học sinh cần đối chiếu giữa 3 yếu tố cốt lõi nào?

Chương II

Vẽ kĩ thuật

Bài 8 – Bài 16

Bài 8 Tiêu chuẩn TCVN & ISO

Bài 8: Bản vẽ kĩ thuật và tiêu chuẩn trình bày

Bản vẽ kĩ thuật là 'ngôn ngữ của kĩ thuật' tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia TCVN và quốc tế ISO về khổ giấy, nét vẽ, tỉ lệ, chữ viết và quy ước ghi kích thước.

Sơ đồ Bài 8: Tỉ lệ phân chia 5 khổ giấy chính và bố trí Khung tên bản vẽ (TCVN 7285)

1. Khổ giấy, khung vẽ và khung tên

Các khổ giấy chính (TCVN 7285:2003): Gồm 5 khổ giấy chuẩn: A0 (1189 × 841 mm), A1 (841 × 594 mm), A2 (594 × 420 mm), A3 (420 × 297 mm), A4 (297 × 210 mm). Mỗi khổ giấy kế tiếp được tạo thành bằng cách chia đôi khổ giấy liền trước theo chiều dài.

Khung vẽ và Khung tên: - Khung vẽ: Vẽ bằng nét liền đậm, cách mép giấy 10 mm (riêng mép trái cách 20 mm để đóng tập).
- Khung tên: Bắt buộc đặt ở góc phải phía dưới của bản vẽ; thể hiện: tên gọi chi tiết/công trình, vật liệu, tỉ lệ, tên người vẽ, ngày vẽ, người kiểm tra, tên trường/lớp hoặc cơ quan thiết kế.

2. Tỉ lệ, Nét vẽ, Chữ viết và Quy ước ghi kích thước

Tỉ lệ (Scale): Tỉ lệ = (Kích thước đo trên hình vẽ) / (Kích thước thật tương ứng trên vật thể).
- Tỉ lệ nguyên hình: 1:1.
- Tỉ lệ thu nhỏ: 1:2, 1:5, 1:10...
- Tỉ lệ phóng to: 2:1, 5:1, 10:1...
Quy tắc vàng: Con số kích thước ghi trên bản vẽ luôn luôn là kích thước thực của vật thể, không phụ thuộc vào tỉ lệ bản vẽ thu nhỏ hay phóng to.

Năm loại nét vẽ tiêu chuẩn (TCVN 8-24:2002): - Nét liền đậm: Đường bao thấy, cạnh thấy.
- Nét liền mảnh: Đường kích thước, đường gióng, đường gạch mặt cắt (bề rộng bằng 1/2 nét đậm).
- Nét đứt mảnh: Đường bao khuất, cạnh khuất.
- Nét gạch chấm mảnh: Đường tâm, trục đối xứng.
- Nét lượn sóng mảnh: Đường giới hạn một phần hình cắt cục bộ.

Quy ước ghi kích thước: Kích thước dài dùng đơn vị milimét (mm) nhưng không cần ghi đơn vị sau con số; kích thước góc ghi độ, phút, giây; đường gióng kích thước vẽ vượt quá đầu mũi tên kích thước từ 2 đến 4 mm; trước con số kích thước đường kính ghi kí hiệu Ø, bán kính ghi R.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Khi vẽ một chi tiết cơ khí theo tỉ lệ thu nhỏ 1:2, con số kích thước ghi trên bản vẽ phải là:

Câu 2: Loại nét vẽ nào sau đây được quy ước để biểu diễn đường bao thấy và cạnh thấy của vật thể?

Bài 9 PPCG1 & PPCG3

Bài 9: Hình chiếu vuông góc

Phương pháp chiếu góc thứ nhất (PPCG1) và phương pháp chiếu góc thứ ba (PPCG3). Mối quan hệ gióng hàng hình học giữa 3 hình chiếu cơ bản: hình chiếu đứng, bằng và cạnh.

Sơ đồ Bài 9: Bố trí và mối quan hệ gióng hàng 3 hình chiếu vuông góc (PPCG1)

1. Phương pháp chiếu góc thứ nhất (PPCG1 - Tiêu chuẩn Việt Nam)

Vật thể được đặt trong góc phần tư thứ nhất, nằm ở giữa người quan sát và các mặt phẳng hình chiếu:

Hình chiếu đứng (Front view): Chiếu từ trước tới lên mặt phẳng hình chiếu đứng. Thể hiện chiều dài và chiều cao của vật thể.

Hình chiếu bằng (Top view): Chiếu từ trên xuống lên mặt phẳng hình chiếu bằng; mở xoay xuống dưới 90°. Nằm ở ngay phía dưới hình chiếu đứng. Thể hiện chiều dài và chiều rộng.

Hình chiếu cạnh (Left view): Chiếu từ trái sang lên mặt phẳng hình chiếu cạnh; mở xoay sang phải 90°. Nằm ở ngay bên phải hình chiếu đứng. Thể hiện chiều rộng và chiều cao.

Mối quan hệ gióng hàng hình học bắt buộc:

Hình chiếu đứng và hình chiếu bằng có cùng chiều dài (đường gióng thẳng đứng).
Hình chiếu đứng và hình chiếu cạnh có cùng chiều cao (đường gióng nằm ngang).
Hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh có cùng chiều rộng (liên hệ qua góc 45°).

2. Trình tự 4 bước vẽ ba hình chiếu vuông góc

Bước 1 - Phân tích vật thể: Chia vật thể phức tạp thành các khối hình học cơ bản (khối hộp chữ nhật, hình trụ, chóp cụt), chọn hướng chiếu chính diện chứa nhiều đặc trưng nhất làm hướng chiếu đứng.

Bước 2 - Vẽ bao hình hộp: Vẽ bao hình chữ nhật bao quanh ba hình chiếu bằng nét liền mảnh theo đúng mối tương quan gióng hàng dài – rộng – cao.

Bước 3 - Vẽ chi tiết bộ phận: Dựng các đường rãnh, gờ lồi, lỗ thủng, mặt nghiêng liên hệ đồng thời trên cả ba hình chiếu.

Bước 4 - Hoàn thiện nét vẽ & Ghi kích thước: Tẩy các nét dựng thừa; tô đậm các cạnh thấy (nét liền đậm), vẽ cạnh khuất (nét đứt mảnh), vẽ đường tâm trục (nét gạch chấm mảnh); ghi đầy đủ các kích thước theo tiêu chuẩn.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Trong phương pháp chiếu góc thứ nhất (PPCG1), vị trí bố trí chuẩn của hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh so với hình chiếu đứng là:

Câu 2: Mối liên hệ gióng hàng hình học nào sau đây giữa hai hình chiếu là luôn luôn đúng?

Bài 10 Biểu diễn cấu tạo bên trong

Bài 10: Hình cắt và mặt cắt

Hình cắt và mặt cắt giúp thể hiện rõ nét cấu trúc rỗng bên trong của chi tiết máy. Phân biệt mặt cắt (rời, chập) và hình cắt (toàn phần, bán phần, cục bộ).

Sơ đồ Bài 10: So sánh phân biệt trực quan Mặt cắt (Cross section) và Hình cắt (Sectional view)

1. Khái niệm Mặt cắt và Hình cắt

Mặt cắt (Section): Chỉ biểu diễn phần vật thể nằm trực tiếp trên mặt phẳng cắt tưởng tượng. Phần kim loại bị cắt qua được gạch bằng nét liền mảnh nghiêng 45° so với đường bao.
- Mặt cắt rời: Vẽ ở ngoài hình chiếu, đường bao nét liền đậm.
- Mặt cắt chập: Vẽ trực tiếp ngay trên hình chiếu tương ứng, đường bao nét liền mảnh.

Hình cắt (Cutaway / Sectional view): Bao gồm mặt cắt và hình chiếu của phần vật thể còn lại nằm ở phía sau mặt phẳng cắt.
- Hình cắt toàn bộ: Dùng một mặt phẳng cắt bổ đôi toàn bộ vật thể.
- Hình cắt bán phần: Ghép một nửa hình chiếu với một nửa hình cắt (ngăn cách bởi trục đối xứng), dùng cho vật thể đối xứng.
- Hình cắt cục bộ: Chỉ cắt một phần nhỏ để thể hiện lỗ hoặc rãnh, ranh giới vẽ bằng nét lượn sóng mảnh.

Kí hiệu quy ước: Vị trí mặt phẳng cắt được đánh dấu bằng nét cắt (nét gạch chấm đậm ở hai đầu), có hai mũi tên vuông góc chỉ hướng nhìn của mắt và hai chữ cái in hoa đặt tên mặt cắt (ví dụ: A–A).

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Điểm khác biệt cốt lõi giữa 'Mặt cắt' và 'Hình cắt' trong vẽ kĩ thuật là:

Câu 2: Để biểu diễn một phần nhỏ cấu tạo bên trong của chi tiết (hình cắt cục bộ), đường ranh giới giữa phần hình cắt và phần hình chiếu được vẽ bằng nét gì?

Bài 11 Hình biểu diễn 3D

Bài 11: Hình chiếu trục đo

Hình chiếu trục đo biểu diễn hình ảnh không gian ba chiều bằng phép chiếu song song. Nắm vững hai loại trục đo phổ biến: Hình chiếu trục đo vuông góc đều và Xiên góc cân.

Sơ đồ Bài 11: So sánh thông số Hình chiếu trục đo Vuông góc đều vs Xiên góc cân

1. Khái niệm và các thông số cơ bản

Gắn hệ trục toạ độ vuông góc Oxyz lên ba chiều dài, rộng, cao của vật thể. Chiếu vật thể cùng hệ trục lên mặt phẳng chiếu theo phương chiếu l (không song song với trục nào):

Góc trục đo: Góc giữa các trục hình chiếu X'O'Y', Y'O'Z', X'O'Z'.

Hệ số biến dạng: - Trục O'X' (dài): hệ số p.
- Trục O'Y' (rộng): hệ số q.
- Trục O'Z' (cao): hệ số r.

2. Hai loại hình chiếu trục đo thông dụng

A. Hình chiếu trục đo vuông góc đều (Isometric): - Phương chiếu l vuông góc với mặt phẳng chiếu.
- Góc trục đo: ∠X'O'Y' = ∠Y'O'Z' = ∠X'O'Z' = 120°.
- Hệ số biến dạng quy ước: p = q = r = 1.
- Hình tròn nằm trên các mặt phẳng tọa độ bị biến dạng thành hình elip.

B. Hình chiếu trục đo xiên góc cân (Cabinet/Dimetric): - Mặt phẳng X'O'Z' song song với mặt phẳng chiếu.
- Góc trục đo: ∠X'O'Z' = 90°; ∠X'O'Y' = ∠Y'O'Z' = 135°.
- Hệ số biến dạng: p = r = 1; riêng q = 0,5 (chiều rộng rút ngắn một nửa).
- Hình tròn nằm trên mặt phẳng song song X'O'Z' vẫn giữ nguyên là hình tròn.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Trong hình chiếu trục đo vuông góc đều, góc giữa các trục đo và hệ số biến dạng quy ước lần lượt là:

Câu 2: Đặc điểm nổi bật của hình chiếu trục đo xiên góc cân giúp việc vẽ các chi tiết có mặt trụ tròn trở nên rất thuận tiện là gì?

Bài 12 Phép chiếu xuyên tâm

Bài 12: Hình chiếu phối cảnh

Phương pháp tạo hình biểu diễn phối cảnh bằng phép chiếu xuyên tâm, mô phỏng chân thực hiệu ứng xa gần mắt người quan sát; ứng dụng trong bản vẽ kiến trúc xây dựng.

Sơ đồ Bài 12: Nguyên lí Phép chiếu phối cảnh 1 điểm tụ (F) và 2 điểm tụ (F1, F2)

1. Nguyên lí phép chiếu phối cảnh

Dùng phép chiếu xuyên tâm: tâm chiếu là Điểm nhìn (mắt người quan sát); mặt phẳng chiếu thẳng đứng gọi là Mặt tranh; đường giao giữa mặt phẳng tầm mắt và mặt tranh gọi là Đường chân trời (t–t):

Phối cảnh một điểm tụ: Mặt tranh song song với một mặt của vật thể. Các đường thẳng song song trong không gian vuông góc với mặt tranh sẽ hội tụ về một điểm tụ duy nhất (F) nằm trên đường chân trời. Thường dùng vẽ nội thất phòng ở, hành lang dài, đường phố thẳng.

Phối cảnh hai điểm tụ: Mặt tranh không song song với mặt nào của vật thể. Các đường thẳng theo phương ngang hội tụ về hai điểm tụ (F₁ và F₂) nằm ở hai phía trên đường chân trời. Thường dùng vẽ ngoại thất phối cảnh góc công trình kiến trúc nhà ở, cầu đường.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Phép chiếu nào sau đây được dùng để xây dựng hình chiếu phối cảnh?

Câu 2: Khi vẽ phối cảnh một điểm tụ, điểm tụ F luôn luôn nằm trên đường thẳng nào?

Bài 13 Quy ước cơ khí TCVN

Bài 13: Biểu diễn quy ước ren

Quy chuẩn vẽ quy ước ren trục (ren ngoài) và ren lỗ (ren trong), cách đọc kí hiệu ren (ren hệ mét M, ren thang Tr) và biểu diễn mối ghép ren.

Sơ đồ Bài 13: Tiêu chuẩn quy ước vẽ ren ngoài (Ren trục thấy)

1. Quy ước vẽ ren thấy và ren khuất (TCVN 12-85)

Ren nhìn thấy (Ren ngoài trục hoặc Ren trong cắt qua): - Đường đỉnh ren: Vẽ bằng nét liền đậm.
- Đường chân ren: Vẽ bằng nét liền mảnh.
- Đường giới hạn ren: Vẽ bằng nét liền đậm.
- Trên hình chiếu vuông góc với trục ren: Vòng đỉnh ren vẽ kín bằng nét liền đậm; vòng chân ren vẽ hở khoảng 1/4 cung tròn (vẽ 3/4 vòng) bằng nét liền mảnh.

Ren bị che khuất: Tất cả các đường đỉnh ren, chân ren và giới hạn ren đều vẽ bằng nét đứt mảnh.

2. Kí hiệu ren và Mối ghép ren

Đọc kí hiệu ren: - M10 × 1: Ren hệ mét (M), đường kính đỉnh 10 mm, bước ren mịn 1 mm (nếu ren bước lớn thường không ghi bước, ví dụ: M10).
- Tr20 × 2 LH: Ren thang (Tr), đường kính 20 mm, bước ren 2 mm, hướng xoắn trái (LH - Left Hand).

Quy ước vẽ mối ghép ren: Tại phần ren trục ăn khớp lồng vào ren lỗ, quy ước vẽ ren trục che khuất phần ren lỗ (các đường đỉnh và chân ren của trục được ưu tiên vẽ rõ).

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Theo tiêu chuẩn TCVN, trên hình chiếu vuông góc với trục ren, đường chân ren nhìn thấy được quy ước vẽ như thế nào?

Câu 2: Kí hiệu ren 'M12 x 1.25 LH' cho biết thông tin gì về chi tiết ren?

Bài 14 Bản vẽ chi tiết & Bản vẽ lắp

Bài 14: Bản vẽ cơ khí

Cấu trúc, nội dung và phương pháp đọc, lập Bản vẽ chi tiết (hình biểu diễn, kích thước, yêu cầu kĩ thuật Ra/Rz, dung sai) và Bản vẽ lắp (bảng kê chi tiết, trình tự tháo lắp).

Sơ đồ Bài 14: So sánh thành phần Bản vẽ chi tiết (Detail) và Bản vẽ lắp (Assembly)

1. Bản vẽ chi tiết (Detail Drawing)

Bản vẽ chi tiết là tài liệu kĩ thuật thể hiện riêng biệt một chi tiết máy, gồm 4 nội dung:

Hình biểu diễn: Các hình chiếu vuông góc, hình cắt, mặt cắt thể hiện trọn vẹn hình dáng bên trong và ngoài.
Kích thước: Ghi đầy đủ kích thước các phần tử để gia công chế tạo và kiểm tra.
Yêu cầu kĩ thuật: Ghi chỉ dẫn về độ nhám bề mặt (Ra hoặc Rz, trị số càng nhỏ bề mặt càng nhẵn bóng); dung sai kích thước gia công cho phép; nhiệt luyện, xử lí bề mặt (mạ crôm, sơn phủ).
Khung tên: Tên chi tiết, vật liệu (thép C45, gang xám HT150), tỉ lệ, người vẽ, cơ sở chế tạo.

2. Bản vẽ lắp (Assembly Drawing)

Bản vẽ lắp thể hiện hình dáng và vị trí tương quan ăn khớp giữa các chi tiết trong một cụm máy hoặc sản phẩm hoàn chỉnh:

Gồm: Hình biểu diễn tổng thể cụm, kích thước chung (dài × rộng × cao), kích thước lắp ghép, Bảng kê chi tiết (số thứ tự, tên chi tiết, số lượng, vật liệu) và Khung tên.
Đọc bản vẽ lắp để hiểu rõ nguyên lí hoạt động cơ học, công dụng của cụm và xác định đúng trình tự tháo dỡ, lắp ráp các chi tiết.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Thành phần nào sau đây có mặt trên Bản vẽ lắp nhưng KHÔNG có trên Bản vẽ chi tiết đơn lẻ?

Câu 2: Kí hiệu độ nhám bề mặt Ra trên bản vẽ chi tiết cơ khí có ý nghĩa gì?

Bài 15 Mặt bằng, Mặt đứng & Mặt cắt

Bài 15: Bản vẽ xây dựng

Tìm hiểu cấu trúc hồ sơ bản vẽ kiến trúc ngôi nhà: Mặt bằng các tầng (bản vẽ quan trọng nhất), Mặt đứng bên ngoài, Mặt cắt thẳng đứng và hệ thống kí hiệu quy ước kiến trúc.

Sơ đồ Bài 15: Ba bản vẽ kiến trúc nền tảng trong hồ sơ thiết kế xây dựng ngôi nhà

1. Ba bản vẽ kiến trúc cốt lõi của ngôi nhà

Mặt bằng (Floor plan): Hình cắt bằng tưởng tượng tạo bởi mặt phẳng nằm ngang cắt qua ngôi nhà (thường ở độ cao khoảng 1,5 m ngang cửa sổ). Thể hiện vị trí tường, cột, vách ngăn, cửa đi, cửa sổ, cầu thang và cách bố trí công năng các phòng, bàn ghế, thiết bị vệ sinh. Đây là bản vẽ quan trọng nhất.

Mặt đứng (Elevation): Hình chiếu vuông góc thể hiện vẻ đẹp hình khối kiến trúc bên ngoài của ngôi nhà (cửa đi, ban công, mái ngói, màu sơn trang trí mặt tiền).

Mặt cắt (Building section): Hình cắt tạo bởi mặt phẳng thẳng đứng cắt dọc hoặc ngang qua nhà; thể hiện kết cấu sàn, trần, dầm, mái, móng và cao độ chiều cao các tầng, chiều cao cửa sổ.

2. Kí hiệu quy ước kiến trúc và Trình tự đọc bản vẽ nhà

- Dùng kí hiệu quy ước thống nhất cho cửa đi đơn, cửa đi hai cánh, cửa sổ lùa, cầu thang bộ lên tầng, bồn cầu, chậu rửa.

- Trình tự đọc chuẩn: Xem Mặt đứng để hình dung kiến trúc tổng thể bên ngoài → Đọc Mặt bằng từng tầng để hiểu cách phân chia diện tích, vị trí cửa đi lại → Đọc Mặt cắt để xác định chiều cao thông thủy các phòng và kết cấu dầm sàn móng.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Trong hồ sơ bản vẽ thiết kế ngôi nhà, bản vẽ nào đóng vai trò quan trọng nhất thể hiện công năng và cách bố trí phòng ốc?

Câu 2: Bản vẽ Mặt cắt của ngôi nhà cho người thợ xây biết được thông tin kỹ thuật quan trọng nào?

Bài 16 Phần mềm CAD

Bài 16: Vẽ kĩ thuật với sự trợ giúp của máy tính

Ứng dụng hệ thống CAD (Computer-Aided Design) trong thiết kế kĩ thuật hiện đại: giao diện làm việc, nhóm lệnh vẽ 2D cơ bản, lệnh hiệu chỉnh và các chế độ hỗ trợ chính xác.

Sơ đồ Bài 16: Chuỗi 4 bước thiết kế mô hình hóa 3D trên phần mềm máy tính (CAD)

1. Khái niệm và Lợi ích của CAD

CAD (Computer-Aided Design) là quá trình thiết kế, lập bản vẽ với sự trợ giúp đắc lực của phần mềm máy tính (AutoCAD, SolidWorks, Inventor):

Ưu điểm vượt trội so với vẽ tay: - Độ chính xác tuyệt đối đến nhiều chữ số thập phân.
- Tốc độ vẽ nhanh, dễ dàng sao chép, chỉnh sửa không để lại vết tẩy xóa.
- Quản lí bản vẽ theo các Lớp (Layers) riêng biệt (lớp nét thấy, nét khuất, nét tâm, kích thước).
- Lưu trữ dữ liệu số gọn nhẹ, dễ dàng truyền qua mạng và liên kết trực tiếp với máy gia công CNC.

Giao diện cơ bản phần mềm CAD: - Vùng đồ họa: Không gian vô tận để vẽ hình.
- Dòng lệnh (Command Line): Nhập tên lệnh và thông số tọa độ.
- Thanh công cụ Ribbon: Chứa các biểu tượng lệnh vẽ và chỉnh sửa.
- Thanh trạng thái: Bật tắt chế độ bắt điểm, lưới tọa độ.

2. Các nhóm lệnh 2D cơ bản trong AutoCAD

Nhóm lệnh vẽ hình cơ bản (Draw): LINE (vẽ đoạn thẳng), CIRCLE (vẽ đường tròn), ARC (vẽ cung tròn), RECTANGLE (vẽ hình chữ nhật), POLYGON (vẽ đa giác đều).

Nhóm lệnh hiệu chỉnh (Modify): TRIM (cắt xén nét thừa), FILLET (bo tròn góc), CHAMFER (vát phẳng góc), OFFSET (tạo đối tượng song song/đồng tâm), COPY (sao chép), MOVE (di chuyển), MIRROR (lấy đối xứng).

Chế độ trợ giúp thông minh: - OSNAP (Object Snap - F3): Bắt điểm chính xác (đầu mút Endpoint, trung điểm Midpoint, tâm đường tròn Center, giao điểm Intersection).
- ORTHO (F8): Khóa con trỏ chỉ di chuyển theo phương thẳng đứng hoặc nằm ngang vuông góc.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Trong phần mềm AutoCAD, lệnh nào sau đây được dùng để cắt xén bỏ các đoạn thừa của đối tượng giao nhau?

Câu 2: Chức năng bắt điểm tự động Object Snap (OSNAP - phím F3) trong phần mềm CAD có tác dụng gì?

Chương III

Thiết kế kĩ thuật

Bài 17 – Bài 22

Bài 17 Bản chất & Nghề nghiệp

Bài 17: Khái quát về thiết kế kĩ thuật

Thiết kế kĩ thuật là hoạt động sáng tạo giải quyết vấn đề thực tiễn bằng cách vận dụng toán học, khoa học và công nghệ; vai trò phát triển sản phẩm mới và các nghề nghiệp thiết kế.

Sơ đồ Bài 17: Bản chất hoạt động Thiết kế kĩ thuật — Biến Ý tưởng & Tri thức thành Sản phẩm

1. Khái niệm và Mục tiêu của Thiết kế kĩ thuật

Thiết kế kĩ thuật (Engineering Design) là hoạt động sáng tạo đặc thù nhằm phát hiện và giải quyết vấn đề hoặc đáp ứng nhu cầu thực tiễn của con người bằng cách vận dụng tri thức toán học, khoa học tự nhiên và công nghệ.

• Sản phẩm đầu ra: Bản vẽ thiết kế, mô hình tính toán, nguyên mẫu thử nghiệm và bộ hồ sơ kĩ thuật để đưa vào sản xuất hàng loạt.

• Đặc điểm: Quá trình mang tính lặp đi lặp lại (thử nghiệm → sai sót → tinh chỉnh cải tiến); luôn phải cân bằng hài hòa giữa các yếu tố kĩ thuật, chi phí tài chính, thẩm mĩ và bảo vệ môi trường.

2. Vai trò và Các ngành nghề liên quan

Vai trò thúc đẩy xã hội: Phát triển sản phẩm mới đáp ứng tiện nghi; cải tiến nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có; biến tri thức nghiên cứu thành giải pháp sản xuất thực tiễn; nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia.

Các nghề nghiệp tiêu biểu: Kiến trúc sư công trình / quy hoạch cảnh quan, kĩ sư thiết kế cơ khí chế tạo máy, nhà thiết kế nội thất, thiết kế sản phẩm công nghiệp (Industrial Designer), kĩ sư thiết kế vi mạch điện tử, nhà thiết kế thời trang.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Bản chất của hoạt động Thiết kế kĩ thuật trong đời sống là gì?

Câu 2: Người làm nghề thiết kế kĩ thuật cần hội tụ những năng lực phẩm chất nào sau đây?

Bài 18 Quy trình chuẩn 7 bước

Bài 18: Quy trình thiết kế kĩ thuật

Quy trình 7 bước chuẩn của thiết kế kĩ thuật: từ xác định vấn đề, tìm hiểu tổng quan, xác định yêu cầu, đề xuất giải pháp, xây dựng nguyên mẫu đến kiểm chứng và lập hồ sơ kĩ thuật.

Sơ đồ Bài 18: Chu trình 7 bước Thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process)

1. Bảy bước chuẩn của Quy trình thiết kế kĩ thuật

Bước 1 - Xác định vấn đề: Phát hiện nhu cầu thực tế cần giải quyết (Ai gặp vấn đề? Ở đâu? Tại sao cần giải quyết? Mục đích là gì?).

Bước 2 - Tìm hiểu tổng quan: Thu thập thông tin, nghiên cứu các giải pháp/sản phẩm đã có trên thị trường, tra cứu kiến thức khoa học liên quan để kế thừa điểm mạnh và tránh lặp lại sai lầm.

Bước 3 - Xác định yêu cầu (Tiêu chí thiết kế): Thiết lập bảng thông số kĩ thuật cụ thể: chức năng bắt buộc, kích thước, khối lượng, độ an toàn, chi phí ngân sách, thẩm mĩ và tác động môi trường.

Bước 4 - Đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp: Dùng kĩ thuật động não đưa ra nhiều phương án sơ bộ; so sánh đối chiếu với bảng tiêu chuẩn để chọn phương án tối ưu nhất.

Bước 5 - Xây dựng nguyên mẫu (Prototype): Lập bản vẽ thiết kế chi tiết và chế tạo một phiên bản sản phẩm thử nghiệm hoạt động thực tế (có thể dùng vật liệu mô phỏng như gỗ, mica, in 3D).

Bước 6 - Thử nghiệm và đánh giá: Vận hành thử nghiệm nguyên mẫu trong điều kiện thực tế hoặc mô phỏng số; đo đạc thông số, ghi nhận lỗi sai sót. Nếu không đạt yêu cầu → quay lại bước 4 hoặc bước 5 để cải tiến.

Bước 7 - Lập hồ sơ kĩ thuật: Hoàn thiện bộ tài liệu thuyết minh, bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết, quy trình công nghệ chế tạo, hướng dẫn sử dụng và đăng kí bảo hộ sở hữu trí tuệ (nếu có).

Bản chất lặp của quy trình: Thiết kế không bao giờ là đường thẳng một chiều mà là một vòng lặp phản hồi liên tục giữa bước thử nghiệm kiểm chứng và bước đề xuất cải tiến nguyên mẫu cho đến khi đạt chuẩn hoàn hảo.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Sau khi chế tạo nguyên mẫu (Prototype) và tiến hành thử nghiệm, nếu kết quả đo đạc không đạt yêu cầu đề ra thì người thiết kế cần phải làm gì?

Câu 2: Mục đích chính của bước 'Tìm hiểu tổng quan' trong quy trình thiết kế kĩ thuật là:

Bài 19 Sản phẩm & Nguồn lực

Bài 19: Những yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế kĩ thuật

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng từ phía sản phẩm (thẩm mĩ, nhân trắc học Ergonomics, an toàn, năng lượng, vòng đời sản phẩm LCA, phát triển bền vững) và các yếu tố nguồn lực (tài chính, công nghệ).

Sơ đồ Bài 19: Các yếu tố trọng yếu ảnh hưởng đến thiết kế sản phẩm kĩ thuật

1. Các yếu tố thuộc về Sản phẩm

Thẩm mĩ công nghiệp (Aesthetics): Đường nét hình khối hài hòa, tỉ lệ vàng cân đối, phối màu sắc tinh tế, xử lí bề mặt tạo cảm xúc thị giác và xúc giác tích cực cho người sử dụng.

Nhân trắc học (Ergonomics): Sự tương thích hoàn hảo giữa kích thước, tư thế chuyển động của cơ thể người với sản phẩm. Nguyên tắc: Thiết kế tư thế làm việc trung tính, nút bấm nằm trong tầm với tự nhiên, không bắt cơ thể cúi gập quá mức, loại bỏ cạnh sắc nhọn gây tì đè tổn thương mô cơ.

Yếu tố An toàn: Cách điện, cách nhiệt, phòng chống cháy nổ, bảo vệ các bộ phận chuyển động nguy hiểm; quy ước mã màu an toàn: Màu đỏ báo nguy hiểm/dừng khẩn cấp, Màu vàng/hổ phách cảnh báo thận trọng, Màu xanh an toàn/cho phép hoạt động.

Vòng đời sản phẩm (LCA) & Phát triển bền vững: Đánh giá toàn diện từ khâu khai thác nguyên liệu → Chế tạo → Sử dụng → Thải bỏ tái chế; tiết kiệm năng lượng, không dùng hóa chất độc hại, thiết kế dễ tháo lắp để tái chế.

2. Các yếu tố thuộc về Nguồn lực

Nguồn lực Tài chính: Ngân sách dự án giới hạn; phải cân đối tối ưu giữa chi phí sản xuất và giá bán thương mại để đảm bảo tính cạnh tranh trên thị trường.

Nguồn lực Công nghệ & Nhân lực: Trình độ máy móc thiết bị hiện có quyết định độ chính xác gia công, vật liệu chế tạo khả thi và giới hạn hình dạng kết cấu sản phẩm.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Nhân trắc học (Ergonomics) trong thiết kế kĩ thuật nghiên cứu mối quan hệ cốt lõi giữa:

Câu 2: Trong quy ước màu sắc an toàn công nghiệp trên các nút bấm máy móc thiết bị, màu ĐỎ mang ý nghĩa gì?

Bài 20 Nguyên tắc Tối ưu & 6R

Bài 20: Nguyên tắc thiết kế kĩ thuật

Bốn nguyên tắc tối ưu hóa thiết kế (lặp đi lặp lại, đơn giản hóa, giải pháp tối ưu trong ràng buộc, tối thiểu tài chính) và nguyên tắc phát triển bền vững 6R bảo vệ môi trường.

Sơ đồ Bài 20: Năm nguyên tắc vàng trong Thiết kế kĩ thuật hiện đại

1. Bốn nguyên tắc Tối ưu trong thiết kế

1. Nguyên tắc lặp đi lặp lại: Không ngừng thử nghiệm, thu thập phản hồi của người dùng và điều chỉnh qua từng chu kì để đưa sản phẩm tiệm cận mức hoàn hảo.

2. Nguyên tắc đơn giản hóa: 'Đơn giản là đỉnh cao của sự tinh tế' (KISS - Keep It Simple, Stupid). Giảm bớt các chi tiết thừa thãi giúp giảm chi phí sản xuất, dễ lắp ráp, dễ sử dụng và ít bị hỏng hóc.

3. Giải pháp tối ưu trong ràng buộc: Không có giải pháp hoàn hảo tuyệt đối mà chỉ có giải pháp phù hợp nhất cân bằng hài hòa giữa các ràng buộc về thời gian, tiền bạc, công nghệ và tính năng.

4. Nguyên tắc tối thiểu chi phí tài chính: Đạt được mọi yêu cầu kĩ thuật đặt ra với mức chi phí sản xuất thấp nhất hợp lí để tối đa hóa hiệu quả kinh tế.

2. Nguyên tắc Phát triển bền vững và Nhóm nguyên tắc 6R

Hệ nguyên tắc 6R trong thiết kế sinh thái (Ecodesign):

• Rethink (Suy nghĩ lại): Đổi mới tư duy thiết kế, xem xét liệu sản phẩm có thực sự cần thiết hay có thể thay thế bằng dịch vụ chia sẻ.

• Refuse (Từ chối): Kiên quyết từ chối sử dụng các vật liệu độc hại không thể tái chế (nhựa dùng một lần, hóa chất độc).

• Reduce (Giảm thiểu): Cắt giảm lượng vật liệu và năng lượng tiêu hao trong quá trình chế tạo và sử dụng.

• Reuse (Tái sử dụng): Thiết kế các module chi tiết có thể tháo rời và tái sử dụng cho các mục đích khác.

• Repair (Sửa chữa): Thiết kế kết cấu mở, linh kiện tiêu chuẩn để người dùng dễ dàng tự sửa chữa và thay thế khi hỏng hóc.

• Recycle (Tái chế): Ưu tiên dùng vật liệu có khả năng tái chế 100% khi hết vòng đời sản phẩm.

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Nguyên tắc 'Đơn giản hóa' trong thiết kế kĩ thuật mang lại lợi ích nổi bật nào sau đây?

Câu 2: Chữ cái 'R' đầu tiên trong nhóm nguyên tắc thiết kế bền vững 6R có ý nghĩa nhắc nhở người thiết kế xem xét lại bản chất nhu cầu là:

Bài 21 Kĩ thuật sáng tạo & Công cụ

Bài 21: Phương pháp, phương tiện hỗ trợ thiết kế kĩ thuật

Bộ công cụ tư duy sáng tạo đỉnh cao: Động não (Brainstorming), Sơ đồ tư duy (Mindmap), Kĩ thuật 5W1H, Kĩ thuật SCAMPER, Bảng điểm PMI và ma trận đánh giá Rubric.

Sơ đồ Bài 21: Các phương pháp sáng tạo & Công cụ hỗ trợ ra quyết định thiết kế

1. Các phương pháp tư duy sáng tạo trong thiết kế

1. Động não (Brainstorming): Kĩ thuật huy động tối đa số lượng ý tưởng trong thời gian ngắn từ nhóm thiết kế. Quy tắc vàng: Tuyệt đối không chỉ trích, phán xét ý tưởng của người khác trong lúc động não; khuyến khích các ý tưởng táo bạo, kì lạ; sau đó mới phân loại và chọn lọc.

2. Kĩ thuật 5W1H (Hệ thống câu hỏi đào sâu): - What: Sản phẩm là cái gì? Chức năng cốt lõi là gì?
- Who: Ai là đối tượng người dùng mục tiêu?
- Where: Sản phẩm được sử dụng ở đâu (trong nhà, ngoài trời, dưới nước)?
- When: Khi nào sản phẩm được sử dụng?
- Why: Tại sao khách hàng lại cần sản phẩm này?
- How: Sản phẩm hoạt động như thế nào? Chi phí chế tạo bao nhiêu?

3. Kĩ thuật kích thích sáng tạo SCAMPER: - S - Substitute: Thay thế vật liệu, linh kiện khác?
- C - Combine: Kết hợp tính năng của 2 sản phẩm lại với nhau?
- A - Adapt: Thích nghi tính năng từ tự nhiên vào sản phẩm (mô phỏng sinh học)?
- M - Modify / Magnify / Minify: Thay đổi hình dạng, phóng to hoặc thu nhỏ lại?
- P - Put to other uses: Sử dụng vào mục đích khác?
- E - Eliminate: Loại bỏ các chi tiết phức tạp không cần thiết?
- R - Reverse / Rearrange: Đảo ngược trật tự hoặc cấu trúc sắp xếp?

2. Phương tiện hỗ trợ và Công cụ đánh giá

Bảng đánh giá PMI & Ma trận Rubric: - PMI: Đánh giá một phương án dựa trên điểm Cộng (Plus), điểm Trừ (Minus) và điểm Thú vị (Interesting).
- Rubric: Bảng ma trận chấm điểm phân cấp theo từng tiêu chí kĩ thuật định lượng cụ thể.

Phương tiện kĩ thuật hỗ trợ: Phần mềm CAD 2D/3D (AutoCAD, SolidWorks, Tinkercad), phần mềm mô phỏng động học/khí động học, máy in 3D tạo mẫu nhanh, máy cắt laser CNC, dụng cụ đo đạc kiểm tra cơ khí (thước kẹp panme, đồng hồ so).

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Nguyên tắc quan trọng nhất bắt buộc phải tuân thủ trong giai đoạn Động não (Brainstorming) tìm ý tưởng là gì?

Câu 2: Trong kĩ thuật SCAMPER, chữ cái 'C' đại diện cho hành động sáng tạo nào?

Bài 22 Dự án STEM thực chiến

Bài 22: Dự án: Thiết kế sản phẩm đơn giản (Thiết bị lọc nước)

Thực hành trọn vẹn quy trình thiết kế kĩ thuật qua Dự án STEM chế tạo Cột lọc nước sinh hoạt đơn giản từ vật liệu lọc nhiều tầng, kiểm tra đánh giá chỉ số nước và an toàn sức khỏe.

Sơ đồ Bài 22: Cấu tạo các tầng vật liệu lọc trong mô hình Cột lọc nước STEM (Bài 22)

1. Nhiệm vụ và Cơ sở khoa học của các tầng lọc

Vận dụng kiến thức khoa học tự nhiên và kĩ thuật để thiết kế, chế tạo một thiết bị lọc nước mini xử lí nguồn nước ô nhiễm đục (nước suối, nước ao hồ, nước giếng khoan) thành nước sinh hoạt trong suốt:

Phương pháp cơ học: - Lớp sỏi cuội to & sỏi nhỏ: Giữ lại rác thô, cành lá, sinh vật thủy sinh.
- Lớp cát thạch anh mịn: Lọc giữ bùn đất, phù sa lơ lửng làm nước trong vắt.
- Lớp bông gòn / vải lọc: Ngăn chặn bụi mịn và giữ các hạt vật liệu lọc không bị lọt xuống dưới.

Phương pháp hóa – lí học: - Than hoạt tính (Activated Carbon): Có diện tích bề mặt tiếp xúc khổng lồ, cấu trúc vi xốp hấp phụ màu, mùi tanh hôi, độc tố hữu cơ và dư lượng thuốc trừ sâu.
- Hạt mangan / cát mangan: Oxy hóa và khử kết tủa kim loại nặng (sắt Fe, mangan Mn).
- Hạt nhựa trao đổi ion (Cation): Làm mềm nước cứng (loại bỏ ion Ca²⁺, Mg²⁺).

2. Quy trình chế tạo nguyên mẫu và Thử nghiệm đánh giá

Bước 1 - Lắp ráp cột lọc: Dùng vỏ bình nhựa hình trụ; bố trí các lớp vật liệu lọc theo thứ tự từ dưới lên trên: Bông gòn → Lưới lọc → Sỏi nhỏ → Than hoạt tính → Cát mịn → Sỏi to trên cùng.

Bước 2 - Thử nghiệm dòng chảy: Đổ nước đục mẫu vào miệng cột lọc; đo tốc độ dòng chảy (lưu lượng mL/phút); quan sát độ trong suốt của nước đầu ra.

Bước 3 - Đo đạc chỉ số bằng thiết bị: Dùng bút đo TDS (tổng chất rắn hòa tan), đo pH và độ dẫn điện trước và sau khi lọc để đánh giá định lượng hiệu quả xử lí của cột lọc.

CẢNH BÁO AN TOÀN QUAN TRỌNG TRONG SGK: Nước sau khi lọc qua mô hình tự chế dù có trong và hết mùi tanh cũng tuyệt đối không được uống trực tiếp ngay; vì thiết bị lọc cơ học đơn giản chưa thể tiêu diệt được vi khuẩn, virus siêu vi (muốn uống phải đun sôi hoặc lọc qua màng thẩm thấu ngược RO/chiếu tia cực tím UV và được kiểm nghiệm theo quy chuẩn QCVN của Bộ Y tế).

Mini-Quiz củng cố bài học (2 câu)

Chọn đáp án đúng nhất

Câu 1: Trong cột lọc nước đa tầng, lớp vật liệu 'Than hoạt tính' đóng vai trò then chốt gì?

Câu 2: Theo cảnh báo an toàn bắt buộc trong SGK Công nghệ 10, nước lọc qua mô hình thiết bị lọc tự chế tại lớp học:

Học phần tra cứu nhanh

Sơ đồ tra cứu nhanh từ khoá cốt lõi

Chủ đề	Trình tự / Nhóm cốt lõi
Hệ thống kĩ thuật	Đầu vào (vật liệu, năng lượng, thông tin) → Bộ phận xử lí → Đầu ra; Mạch kín có phản hồi (Feedback) tự điều chỉnh
Chuỗi CAD / CAM / CNC	CAD (Thiết kế 3D) → CAM (Lập trình đường dao G-code) → Máy CNC (Gia công cắt gọt tự động)
Bản vẽ xây dựng nhà	Mặt bằng (cắt ngang 1,5m, bố trí phòng) – Mặt đứng (hình dáng ngoài) – Mặt cắt (kết cấu tầng, dầm, mái, móng)
Quy trình thiết kế kĩ thuật	1. Xác định vấn đề → 2. Tổng quan → 3. Tiêu chí → 4. Giải pháp → 5. Nguyên mẫu → 6. Kiểm chứng thử nghiệm → 7. Hồ sơ kĩ thuật (Chu trình lặp)
Phương pháp sáng tạo	Động não (Brainstorming không chỉ trích) – Sơ đồ tư duy (Mindmap) – 5W1H – Kĩ thuật SCAMPER – Bảng điểm PMI – Rubric
Tiêu chí đánh giá	Hiệu quả (năng suất, chất lượng) – Độ tin cậy (chính xác, bền) – Kinh tế (chi phí, giá thành) – Môi trường (phát thải)
Thiết kế phát triển bền vững	Hệ nguyên tắc 6R: Rethink (suy nghĩ lại), Refuse (từ chối), Reduce (giảm thiểu), Reuse (tái sử dụng), Repair (sửa chữa), Recycle (tái chế)

Ghi chú quy chuẩn biên soạn và An toàn lao động kĩ thuật

1. Tài liệu tổng hợp kiến thức cốt lõi chuẩn theo SGK Công nghệ 10 – Thiết kế và Công nghệ (bộ Kết nối tri thức với cuộc sống), phục vụ trực tiếp cho việc học tập, tra cứu đồ họa và ôn luyện trực tuyến.

2. Tài liệu không thay thế các quy chuẩn kĩ thuật quốc gia hiện hành về bản vẽ (TCVN 7285, TCVN 8-24, ISO), sổ tay kĩ sư chế tạo máy hay các quy trình kiểm định chất lượng nước sinh hoạt chính thức của Bộ Y tế.

3. An toàn lao động: Trong các giờ học thực hành có sử dụng dao cắt, máy cưa, máy khoan, mỏ hàn điện, hóa chất hay nguồn điện cao áp, học sinh bắt buộc phải có sự hướng dẫn giám sát trực tiếp của giáo viên, trang bị đầy đủ kính bảo hộ, găng tay và tuân thủ nghiêm ngặt nội quy xưởng trường. Nước lọc từ mô hình lọc tự chế không được uống trực tiếp nếu chưa qua đun sôi hoặc kiểm nghiệm tiêu chuẩn.