Tiểu luận PHÂN TÍCH SỰ PHÁT TRIỂN HỆ ĐIỀU HÀNH iOS THEO LÝ THUYẾT GIẢI BÀI TOÁN SÁNG CHẾ TRIZ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CAO HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – KHÓA 22 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC TIỂU LUẬN PHÂN TÍCH SỰ PHÁT TRIỂN HỆ ĐIỀU HÀNH iOS THEO LÝ THUYẾT GIẢI BÀI TOÁN SÁNG CHẾ TRIZ Giảng viên: GS. TSKH Hoàng Kiếm Học viên thực hiện: Bùi Thị Danh - 12 11 011 TP. HCM 12/2012 Bùi Thị Danh – 12 11 011 2 Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Hoàng Kiếm đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt thời gian học chuyên đề này. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, trang bị kiến thức quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên em trong thời gian học tập và nghiên cứu. Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành bài tiểu luận nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô. Tp. Hồ Chí Minh, 12/2012 Học viên thực hiện Bùi Thị Danh Bùi Thị Danh – 12 11 011 3 Phụ lục PHẦN 1. Tổng quan về các kỹ thuật hỗ trợ tư duy sáng tạo ......................................................5 1.1. Sáu chiếc mũ tư duy (Six Thinking Hats) ......................................................................5 1.2. Não công (Brainstorming) .............................................................................................5 1.3. Mindmaps .....................................................................................................................6 1.4. DO IT ...........................................................................................................................6 1.5. TRIZ .............................................................................................................................7 PHẦN 2. TRIZ – Phương pháp luận giải các bài toán sáng chế .................................................8 2.1. Giới thiệu ......................................................................................................................8 2.2. 40 nguyên tắc cơ bản của TRIZ ................................................................................... 10 2.3. 39 yếu tố trong ma trận mâu thuẫn .............................................................................. 15 2.4. Chương trình rút gọn quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định ................. 16 2.5. Chương trình đầy đủ quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định - thuật toán ARIZ 16 PHẦN 3. Áp dụng TRIZ cho SỰ PHÁT TRIỂN CỦA hệ điều hành IOS ................................ 18 3.1. Giới thiệu .................................................................................................................... 18 3.2. Hành trình phát triển của hệ điều hành iOS ................................................................. 18 3.2.1. iOS 1.0................................................................................................................. 18 3.2.2. iOS 2.0 – Thêm ứng dụng .................................................................................... 20 3.2.3. iOS 3.0 – Thêm nhiều tính năng mới .................................................................... 21 3.2.4. iOS 4.0 – cho phép đa nhiệm................................................................................ 21 3.2.5. iOS 5.0................................................................................................................. 21 3.2.6. iOS 6.0................................................................................................................. 22 3.3. Dự đoán thiết kế cho phiên bản kế tiếp ........................................................................ 22 PHẦN 4. Kết luận ................................................................................................................... 23 Bùi Thị Danh – 12 11 011 4 Lời nói đầu Tư duy sáng tạo mang lại sự phát triển và phồn thịnh cho xã hội loài người. Nhờ tư duy sáng tạo, con người giải quyết các vấn đề nhanh chóng, hiệu quả và khoa học. Cũng nhờ tư duy sáng tạo mà con người đã tạo ra những cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật có tác động mạnh mẽ lên sự phát triển của nhân loại. Những nghiên cứu cho thấy, con người mới chỉ sử dụng một phần rất nhỏ của khả năng bộ não. Để cải thiện điều này, ngành khoa học về tư duy sáng tạo ra đời. Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu về các phương pháp, thủ thuật để phát huy khả năng tư duy sáng tạo của cá nhân, nhóm. Trong giới hạn của tiểu luận này, em xin trình bày sơ lược về một số phương pháp và tập trung chủ yếu vào phương pháp luận giải quyết bài toán sáng chế TRIZ của tác giả Genrich Altshuller. Áp dụng phân tích cho sự phát triển của hệ điều hành iOS và thử dự đoán thiết kế trong tương lai. Nội dung của bài tiểu luận gồm 4 phần chính:  Phần 1: Tổng quan về các kỹ thuật hỗ trợ tư duy sáng tạo  Phần 2: TRIZ – Phương pháp luận giải các bài toán sáng chế  Phần 3: Áp dụng TRIZ cho sự phát triển của hệ điều hành iOS  Phần 4: Kết luận Bùi Thị Danh – 12 11 011 5 PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT HỖ TRỢ TƯ DUY SÁNG TẠO Tư duy sáng tạo là tài nguyên cơ bản nhất của con người. Sáng tạo giúp cho công việc được thực hiện đơn giản hơn và tốt hơn. Trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay, tư duy sáng tạo đóng vai trò càng quan trọng. Có hàng trăm kỹ thuật hỗ trợ nâng cao kỹ năng tư duy sáng tạo được phát triển bởi nhiều tác giả. Dưới đây là một số kỹ thuật phổ biến. 1.1. Sáu chiếc mũ tư duy (Six Thinking Hats) Được phát minh bởi Edward de Bono vào những năm 1980. Theo phương pháp này thì có 6 chiếc mũ tưởng tượng và chúng ta sẽ lần lượt đội rồi bỏ xuống theo thứ tự. Mỗi chiếc mũ tương ứng với một loại tư duy. Trong một nhóm, tất cả các thành viên của nhóm phải đội mũ cùng màu vào cùng một thời điểm. 1.2. Não công (Brainstorming) Thuật ngữ não công đưa ra bởi Alex Osborn và được mô tả trong cuốn sách “Applied Imagination”. Các tác giả khác cũng diễn giải cho thuật ngữ này và dưới đây là hướng dẫn trích từ cuốn sách của Michael Morgan. Não công thích hợp cho nhóm gồm nhiều người. Nó là một quá trình với bốn qui tắc như sau:  Bài toán phải được định nghĩa và phát biểu rõ ràng  Phải có một ai đó ghi nhận lại tất cả các ý tưởng phát sinh trong quá trình  Số thành viên trong nhóm phải phù hợp  Phải có một người chịu trách nhiệm: dừng các chỉ trích, mọi ý tưởng đều được chấp nhận và ghi lại, khích lệ mọi người xây dựng dựa trên ý tưởng của những người khác, khuyến khích những ý tưởng khác thường. HÌNH 1: SÁU CHIẾC MŨ TƯ DUY Bùi Thị Danh – 12 11 011 6 1.3. Mindmaps Được phát triển bởi Tony Buzan. Mind- maps được xem như là một phương pháp hiệu quả để ghi chú và hữu ích cho việc phát sinh các ý tưởng bằng sự liên tưởng. Để tạo một mind-map, người ta bắt đầu với ý chính ở trung tâm của trang giấy và tỏa ra các hướng xung quanh, tạo nên một cấu trúc tăng trưởng và có tổ chức với các từ khóa và hình minh họa chính. Những hình vẽ tạo nên sự liên tưởng gần như tức thời và các đường nối cho phép diễn đạt ý tưởng nhanh hơn việc trình bày bằng câu chữ. 1.4. DO IT Được mô tả đầy đủ trong cuốn sách “The Art of Creative Thinking” của Robert W. Olson xuất bản năm 1980. Tên của nó được viết tắt từ 4 chữ sau:  Define : định nghĩa bài toán/vấn đề  Open: mở rộng và hướng đến nhiều giải pháp có thể có  Identify: xác định giải pháp tốt nhất  Transform: chuyển thành hành động một cách hiệu quả. DO IT thiết kế 10 chất xúc tác giúp chúng ta định nghĩa, mở rộng, xác định và chuyển đổi một cách sáng tạo. Các chất xúc tác gồm:  Define o Mind Focus (tập trung) o Mind Grip (kẹp chặt) o Mind Stretch (giãn ra)  Open o Mind Prompt (gợi nhớ) o Mind Surprise (làm bất ngờ) o Mind Free (giải phóng) o Mind Synthesis (tổng hợp)  Identify o Mind integrate (tích hợp) HÌNH 2: MINH HỌA MIND-MAPS Bùi Thị Danh – 12 11 011 7 o Mind Strengthen (tăng cường) o Mind Synergise (hiệp lực) 1.5. TRIZ Là một phương pháp luận giải quyết các bài toán sáng chế, được xây dựng bởi Genrich Altschuller và cộng sự từ năm 1946. Đây được xem là một phương pháp luận tìm kiếm những giải pháp kỹ thuật mới, cho kết quả khả quan, ổn định khi giải những bài toán khác nhau, thích hợp cho việc dạy và học với đông đảo quần chúng. Chi tiết về TRIZ sẽ được đề cập chi tiết ở phần sau. Bùi Thị Danh – 12 11 011 8 PHẦN 2. TRIZ – PHƯƠNG PHÁP LUẬN GIẢI CÁC BÀI TOÁN SÁNG CHẾ 2.1. Giới thiệu Như đề cập ở phần 1, TRIZ được đề xuất và xây dựng bởi Genrich Altshuller và các cộng sự từ năm 1946. Nó được phát triển dựa trên các mẫu vấn đề và giải pháp tương ứng, chứ không phải dựa trên sự sáng tạo tự phát hay trực giác của một cá nhân hoặc nhóm nào đó. Hơn ba triệu bằng sáng chế đã được phân tích để phát hiện ra quy luật chung của việc giải quyết vấn đề và sau đó hệ thống hóa lại bên trong TRIZ. Hạt nhân của TRIZ là thuật toán giải các bài toán sáng chế, viết tắt là ARIZ. Trong suốt quá trình nghiên cứu đó, các tác giả đã phát hiện ra 3 điều quan trọng nhất:  Các bài toán và giải pháp được lặp lại trong các ngành công nghiệp và khoa học khác nhau.  Mô hình phát triển của kỹ thuật cũng được lặp lại trong các ngành công nghiệp và khoa học khác nhau.  Các đổi mới sáng tạo thường sử dụng các tác động khoa học từ những lĩnh vực nằm ngoài lĩnh vực mà chúng được phát triển. Những phát hiện này được sử dụng trong ứng dụng của TRIZ nhằm tạo ra và cải tiến các sản phẩm, dịch vụ và hệ thống. Hình 3 mô tả quá trình tìm giải pháp cho vấn đề đặt ra theo TRIZ. Theo đó, từ vấn đề cụ thể cho một hoàn cảnh xác định, người dùng cần phát biểu lại thành một vấn đề tổng quát hơn. Dựa trên đó phát sinh giải pháp tổng quát theo TRIZ cho vấn đề thu được ở bước trước. Cuối cùng, cụ thể hóa giải pháp tổng quát cho ngữ cảnh của mình. Một trong các công cụ phân tích đầu tiên được công bố của TRIZ là 40 nguyên tắc sáng tạo. Những nguyên tắc bao trùm hầu như gần hết các bằng sáng chế có giải pháp thực sự sáng tạo. Theo cách tiếp cận này thì một giải pháp tiêu biểu có thể được tìm thấy bằng cách xác định mâu thuẫn cần giải quyết, xem xét trong số 40 nguyên tắc để áp dụng giải quyết mâu thuẫn rồi từ đó tiến gần đến “kết quả lý tưởng” cuối cùng. Một công cụ khác mở rộng của 40 nguyên tắc nói trên là ma trận mâu thuẫn (contradiction matrix). Trong ma trận này, các phần tử trái ngược được phân loại theo một danh sách gồm 39 yếu tố có tác động lẫn nhau. Các yếu tố lần lượt bắt cặp với nhau tạo nên một ma trận vuông có kích thước 39 x 39 và mỗi ô chứa tập con gồm 3 đến 4 nguyên tắc được áp dụng thường xuyên nhất để giải quyết các mâu thuẫn giữa hai yếu tố tương ứng của ô đó. Bùi Thị Danh – 12 11 011 9 HÌNH 3: QUÁ TRÌNH TRIZ CHO GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hình 4 là một phần minh họa của ma trận mâu thuẫn. Mục tiêu chính của ma trận mâu thuẫn là đơn giản quá trình chọn lựa các nguyên tắc phù hợp nhất để giải quyết mâu thuẫn. Tuy nhiên, sau một thời gian phân tích thì G. Altschuller nhận thấy rằng nó chưa phải là một cụ hiệu quả và ngưng sử dụng. Ông tiến hành nhiều nghiên cứu khác và phát triển ARIZ để thay thế. HÌNH 4: MINH HỌA MA TRẬN MÂU THUẪN ARIZ là một thuật toán tìm kiếm các giải pháp sáng tạo bằng cách sáng định và giải Bùi Thị Danh – 12 11 011 10 quyết mẫu thuẫn. Nó bao gồm một “hệ thống giải pháp sáng tạo tiêu chuẩn được sử dụng để thay thế cho 40 nguyên tắc cơ bản và ma trận mâu thuẫn. ARIZ bao gồm mô hình SuField và 76 tiêu chuẩn sáng tạo. Một số chương trình máy tính dựa trên TRIZ đã được phát triển nhằm hỗ trợ cho các kỹ sư và người phát minh tìm kiếm các giải pháp sáng tạo cho các bài toán kỹ thuật. Một số còn được thiết kế áp dụng các phương pháp luận TRIZ khác với mục tiêu chỉ ra và dự đoán các tình huống khẩn cấp và lường trước các hoàn cảnh có thể dẫn đến kết quả không mong muốn. 2.2. 40 nguyên tắc cơ bản của TRIZ 1) Nguyên tắc phân nhỏ - Chia đối tượng thành các phần độc lập - Làm đối tượng trở nên tháo lắp được - Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng 2) Nguyên tắc tách khỏi - Tách phần gây “phiền phức” hay ngược lại tách phần duy nhất “cần thiết” ra khỏi đối tượng 3) Nguyên tắc phẩm chất cục bộ - Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất. - Các phần khác nhau của đối tượng phải có chức năng khác nhau - Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất đối với công việc. 4) Nguyên tắc phản đối xứng - Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng (nói chung là giảm bậc đối xứng) 5) Nguyên tắc kết hợp - Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho hoạt động kết cận - Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận 6) Nguyên tắc vạn năng - Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của các đối tượng khác. 7) Nguyên tác “chứa trong” - Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba… - Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác Bùi Thị Danh – 12 11 011 11 8) Nguyên tắc phản trọng lượng - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác có lực nâng - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động… 9) Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ - Gây ứng suất trước đối với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại) 10) Nguyên tắc thực hiện sơ bộ - Thực hiện trước sự thay đổi cần nó, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng - Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển. 11) Nguyên tắc dự phòng - Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn. 12) Nguyên tắc đẳng thế - Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng 13) Nguyên tắc đảo ngược - Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hành động ngược lại (ví dụ không làm nóng mà làm lạnh đối tượng) - Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại phần đứng yên thành chuyển động. 14) Nguyên tắc cầu (tròn) hóa - Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu. - Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn. - Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm 15) Nguyên tắc linh động - Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc - Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau. 16) Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa” - Nếu như khó nận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút”. Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn. Bùi Thị Danh – 12 11 011 12 17) Nguyên tắc chuyển sang chiều khác - Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều), tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hóa khi chuyển sang không gian (ba chiều) - Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng - Đặt đối tượng nằm nghiêng - Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước. - Sử dụng các luồng ánh sang tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước. 18) Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học - Làm đối tượng dao động - Nếu đã có dao động, tăng tần số dao động (đếm tần số siêu âm) - Sử dụng tần số cộng hưởng. - Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện - Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ. 19) Nguyên tắc tác động theo chu kỳ - Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung) - Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ. - Sử dụng các khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác. 20) Nguyên tắc liên tục tác động có ích - Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải) - Khắc phục vận hành không tải và trung gian - Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay 21) Nguyên tắc vượt nhanh - Vượt qua các giai đoạn cho hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn - Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết 22) Nguyên tắc biến hại thành lợi - Sử dụng những tác nhân có hại (ví dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi. - Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp các tác nhân có hại khác - Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn hại nữa. 23) Nguyên tắc quan hệ phản hồi - Thiết lập quan hệ phản hồi - Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó Bùi Thị Danh – 12 11 011 13 - Nguyên tắc sử dụng trung gian - Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp 24) Nguyên tắc tự phục vụ - Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa. - Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lượng dư. 25) Nguyên tắc sao chép - Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao. - Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với các tỷ lệ cần thiết. - Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sang nhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại. 26) Nguyên tắc “rẻ” thay thế cho “đắt” - Thay đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn (chẳng hạn như về tuổi thọ) 27) Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học - Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị - Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng. - Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định. - Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ 28) Nguyên tắc sử dụng các kết cấu khí và lỏng - Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng; nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực 29) Nguyên tắc sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng - Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối - Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng. 30) Nguyên tắc sử dụng các vật liệu nhiều lỗ - Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết nhiều lỗ (miếng đệm, tấm phủ…) - Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bổ tẩm nó bằng chất nào đó 31) Nguyên tắc thay đổi màu sắc - Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài - Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trường bên ngoài - Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các Bùi Thị Danh – 12 11 011 14 chất phụ gia màu, huỳnh quang. - Nếu các chất phụ gia đó được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu. - Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp 32) Nguyên tắc đồng nhất - Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước. 33) Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần - Phần đối tượng đã hoàn thành nhiệm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hòa tan, bay hơi…) hoặc phải biến dạng. - Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc. 34) Nguyên tắc thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng - Thay đổi trạng thái đối tượng - Thay