Mô phỏng Công nghệ

Chọn một cổng logic, bấm các công tắc đầu vào (0/1) và xem mức logic lan theo dây tới đèn đầu ra; bảng chân lí bên cạnh tô sáng đúng dòng đang xét, kèm biểu thức đại số Boole. Chế độ bộ cộng bán phần ghép cổng XOR và AND để tính tổng S và nhớ C của hai bit; nút Chạy tự động lần lượt duyệt mọi tổ hợp đầu vào.

Điện năng từ nhà máy qua máy biến áp tăng áp, đường dây cao áp, máy biến áp hạ áp rồi tới hộ tiêu thụ. Bấm chọn cấp điện áp truyền tải 22 kV, 110 kV, 220 kV hay 500 kV và kéo chiều dài đường dây, tiết diện dây để thấy điện trở đường dây R = ρL/S, công suất hao phí ΔP = P²R/U² và hiệu suất truyền tải thay đổi; dây nóng đỏ khi hao phí lớn. Biểu đồ cột so sánh hao phí ở bốn cấp điện áp cho thấy vì sao phải truyền tải ở điện áp cao.

Học sinh dựng một chi tiết từ khối cơ bản (khối hộp bo góc, trụ, lỗ khoét xuyên, mấu chìa) với kích thước bằng mm trong khung 3D xoay được, xem ba hình chiếu vuông góc, rồi cắt lớp như phần mềm slicer: chọn chiều dày lớp, mật độ infill, số lớp vỏ, bật support cho phần nhô quá 45°. Mô phỏng in từng lớp, ước tính thời gian in, chiều dài và khối lượng sợi nhựa PLA (1,24 g/cm³), chi phí vật liệu, biểu đồ đánh đổi độ bền – khối lượng – thời gian theo infill, và kết thúc bằng thẻ nghề kĩ thuật viên CAD, kĩ thuật viên in 3D.

Dây chuyền gồm nhiều trạm nối tiếp, mỗi trạm có thời gian gia công riêng; bấm Chạy để xem chi tiết chạy trên băng tải, ùn lại thành hàng chờ trước trạm chậm nhất (trạm nghẽn) còn các trạm khác phải chờ việc. Bấm vào một trạm rồi kéo thanh trượt để đổi thời gian gia công của trạm đó, hoặc lắp robot / thêm trạm song song cho trạm nghẽn và thấy nhịp sản xuất, năng suất giờ và sản lượng mỗi ca thay đổi ngay.

Ngôi nhà có chín đồ dùng điện quen thuộc kèm công suất thật: đèn LED 9 W, quạt 60 W, ti vi 100 W, tủ lạnh, nồi cơm điện 700 W, máy giặt 500 W, bàn là 1000 W, ấm siêu tốc 1800 W và điều hoà 900 W. Học sinh bấm để bật hoặc tắt từng thiết bị, bấm mũi tên để tăng giảm số giờ dùng mỗi ngày, rồi xem điện năng A = P(kW) × t(h) của từng thiết bị, tổng số kWh cả tháng và tiền điện tính theo biểu giá bậc thang của EVN.

Một lứa vật nuôi (gà thịt, vịt, lợn thịt hoặc bò thịt) được nuôi từ lúc mới nhập chuồng đến khi xuất chuồng. Học sinh đặt mức khẩu phần ăn, chọn kiểu chuồng trại và việc tiêm vaccine, rồi bấm Chạy để xem khối lượng tăng theo ngày, lượng thức ăn đã dùng và hệ số chuyển hoá thức ăn FCR = thức ăn ăn vào chia cho khối lượng tăng. Trong lúc nuôi có thể bấm Cho ăn thêm, Dọn chuồng và Tiêm vaccine; nếu chuồng bẩn hoặc không tiêm phòng thì vật nuôi dễ mắc bệnh, chậm lớn và hao hụt đàn.

Ba mạch điện tử tương tự cơ bản trên cùng một màn hình: chỉnh lưu nửa chu kì một diode, chỉnh lưu cầu bốn diode và tầng khuếch đại dùng transistor. Đồ thị vẽ điện áp vào hình sin và điện áp ra sau chỉnh lưu; kéo điện dung tụ lọc để thấy điện áp một chiều bớt nhấp nhô, kéo điện trở tải để thấy độ nhấp nhô tăng khi dòng tải lớn. Ở chế độ khuếch đại, tăng hệ số khuếch đại hoặc biên độ tín hiệu vào quá mức thì tín hiệu ra bị xén (méo).

Nguồn xoay chiều u = U√2·sin(ωt) cấp cho tải thuần trở, tải R–L (động cơ, chấn lưu), tải R–C hoặc R–L–C nối tiếp. Đồ thị u(t) và i(t) chạy theo thời gian thực cho thấy dòng điện chậm pha sau điện áp ở tải cảm và sớm pha ở tải dung; giản đồ vectơ bên cạnh dựng U_R, U_L, U_C và góc lệch pha φ. Kéo thanh trượt R, L, C để thấy tổng trở Z, hệ số công suất cosφ và công suất tác dụng P = UIcosφ thay đổi, kể cả khi mạch cộng hưởng.

Một hecta rừng trồng được theo dõi trong 30 năm: cây lớn lên, trữ lượng gỗ tăng theo quy luật tăng trưởng của từng loài, độ che phủ và lượng CO₂ hấp thụ tăng theo. Học sinh chọn loài cây, mật độ trồng, kiểu khai thác (khai thác chọn, khai thác dần, khai thác trắng) và chu kì khai thác, bấm Chạy để xem đồ thị trữ lượng theo năm, hoặc bấm Khai thác ngay và Trồng lại. Mô phỏng so sánh sản lượng gỗ cộng dồn giữa khai thác bền vững và khai thác quá mức làm rừng suy thoái, đất bị xói mòn.

Tủ điện trong nhà gồm aptomat tổng, aptomat chống dòng rò (RCCB 30 mA) và các aptomat nhánh cấp cho chiếu sáng, ổ cắm, điều hoà, bình nóng lạnh, bếp điện. Bấm vào từng nhánh để đóng – cắt và xem dòng điện I = P/(U·cosφ) của nhánh và của toàn nhà; bấm nút sự cố để gây quá tải, ngắn mạch hoặc rò điện qua người và quan sát aptomat nào tác động trước. Bấm Đóng lại để phục hồi cấp điện.

Ngôi nhà có một cụm đèn chiếu sáng và một máy điều hoà: chọn đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang compact hay đèn LED cho cùng độ sáng 800 lm, đặt số giờ dùng và nhiệt độ điều hoà rồi bấm Chạy để công tơ điện quay và cộng dồn điện năng trong 30 ngày. Màn hình hiện điện năng A = P·t, tiền điện tính theo biểu giá bậc thang và lượng CO₂ phát thải; biểu đồ cột so sánh ba loại đèn cho thấy đèn LED tiết kiệm bao nhiêu phần trăm.

Cầu phân áp gồm một cảm biến (quang điện trở LDR hoặc nhiệt điện trở NTC) và một biến trở tạo ra điện áp Vout, đưa vào transistor hoặc mạch so sánh để bật đèn LED, quạt hay còi. Kéo thanh ánh sáng hoặc nhiệt độ để xem điện trở cảm biến, Vout và dòng qua tải thay đổi; đồ thị cho đường đặc tính của cảm biến và Vout kèm ngưỡng chuyển. Đổi chỗ cảm biến lên nhánh trên hay xuống nhánh dưới để đảo tác dụng: bật khi tối hay khi sáng, báo lạnh hay báo nóng.

Học sinh vào vai thợ điện nhận phiếu công việc: đặt đèn, công tắc một chiều, hai công tắc hai chiều cho đèn cầu thang, ổ cắm và ổ cấp điện bếp lên bản vẽ mặt bằng; chọn tiết diện dây, dòng định mức aptomat, RCD 30 mA và dây nối đất cho bốn mạch (chiếu sáng, ổ cắm, ổ cắm bếp, bếp điện). Nút Kiểm tra lắp đặt chạy lần lượt các phép thử: đủ phiếu công việc, đảo chiều cầu thang, thông mạch dây PE, quá tải Ib ≤ In ≤ Iz, thử RCD và sụt áp; bản dự toán vật tư và giờ công cập nhật liên tục. Bật điện để thử công tắc, cắm tải và thấy aptomat nhảy; cuối cùng là thẻ hồ sơ nghề thợ điện.

Một mẫu thực phẩm được để ở nhiệt độ tuỳ chọn: vi khuẩn trên thực phẩm nhân đôi theo thời gian thế hệ phụ thuộc nhiệt độ, nhanh nhất trong vùng nguy hiểm 5–60 °C và gần như dừng lại trong tủ lạnh 0–5 °C hay ngăn đông −18 °C. Học sinh kéo nhiệt kế để đổi nhiệt độ, chọn phương pháp bảo quản (để ngoài, tủ lạnh, đông lạnh, phơi khô, muối chua, đóng hộp) rồi bấm Chạy để xem số vi khuẩn, đồ thị theo thời gian và thời điểm thực phẩm hỏng.

Kéo thực phẩm vào bữa sáng, bữa trưa, bữa tối và bữa phụ để lên thực đơn một ngày. Mô phỏng cộng năng lượng (kcal, kJ), chất bột đường, chất đạm, chất béo, chất béo bão hoà, đường, chất xơ, muối, vitamin C, canxi và sắt rồi so với nhu cầu tham khảo theo tuổi, giới tính, mức vận động. Xem thêm mô hình đĩa ăn (tỉ lệ các nhóm thực phẩm) và nhãn dinh dưỡng đèn giao thông của từng món.

Học sinh vào vai kĩ thuật viên bảo trì một dây chuyền băng tải có động cơ, băng tải, hai cảm biến quang, hộp đấu dây và bảng đèn báo PLC. Một lỗi ngẫu nhiên xuất hiện (cảm biến bị che bẩn, băng mòn trượt, ổ bi động cơ quá nhiệt, dây lỏng ở cầu đấu); học sinh đọc triệu chứng (mã lỗi, đèn báo, sản lượng, rung lắc), chọn bộ phận rồi đo bằng đồng hồ vạn năng, nhiệt kế hồng ngoại, máy đo rung, máy đo tốc độ, cắt điện khoá thẻ trước khi sửa, điều chỉnh hoặc thay chi tiết. Điểm tính bằng thời gian dừng máy và chi phí; phần cuối so sánh bảo trì phòng ngừa với sửa khi hỏng qua một năm mô phỏng và có thẻ hồ sơ nghề.

Bốn tình huống tai nạn điện thường gặp trong nhà: chạm vào dây pha hở, cầm thiết bị có vỏ kim loại bị rò điện, sửa điện khi chưa cắt nguồn và thả diều vướng đường dây. Học sinh chọn điện trở của người, việc đi dép cách điện và biện pháp bảo vệ (nối đất vỏ thiết bị, aptomat chống giật RCD 30 mA), rồi bấm Chạm vào dây để thấy dòng điện I = U/R chạy qua người, giá trị tính bằng miliampe đặt trên thang mức độ nguy hiểm và thời gian tiếp xúc. Aptomat chống giật ngắt mạch trong 0,1 giây còn nối đất làm điện áp tiếp xúc giảm xuống mức an toàn.

Mặt cắt một ao nuôi cá rô phi: ban ngày tảo quang hợp làm oxygen hoà tan tăng, ban đêm cá và vi sinh vật hô hấp làm oxygen giảm, thấp nhất vào lúc gần sáng. Học sinh chọn mật độ thả, lượng thức ăn, chế độ sục khí và tỉ lệ thay nước, rồi bấm Chạy để xem đồ thị oxygen hoà tan trong 48 giờ gần nhất, khối lượng cá theo ngày nuôi và tỉ lệ cá sống. Khi oxygen xuống dưới 3 mg/L cá nổi đầu và bỏ ăn, dưới 1,5 mg/L cá bắt đầu chết; bật quạt nước hoặc thay nước sẽ cứu được ao.

Một luống cây trồng được theo dõi từ ngày gieo đến ngày thu hoạch: cây nảy mầm, lớn lên, ra hoa và tạo hạt hoặc quả theo đúng số ngày của từng loại cây. Học sinh đặt mức tưới nước và bón phân, chọn loại sâu bệnh xuất hiện, rồi trong lúc chạy có thể bấm Tưới nước, Bón thúc, Làm cỏ – vun xới và Phòng trừ sâu bệnh đúng lúc. Mô phỏng hiện độ ẩm đất, dinh dưỡng, mức hại của sâu bệnh, chiều cao cây theo ngày và năng suất thu hoạch tính bằng tấn trên hecta.

Chọn máy tiện hoặc máy phay rồi bấm Chạy để xem chuyển động chính (phôi quay ở máy tiện, dao quay ở máy phay) và chuyển động chạy dao đưa lưỡi cắt đi hết chiều dài chi tiết, phoi bay ra và lớp kim loại dày t bị hớt đi. Thanh trượt đổi tốc độ trục chính n, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s; màn hình hiện tốc độ cắt v = πDn/1000 và thời gian gia công một lượt chạy dao.

Một chi tiết tròn xoay (ống lót, trục bậc, bạc có vai, puly đai thang) được vẽ đồng thời ở dạng hình khối ba chiều và ở dạng bản vẽ chi tiết gồm hình chiếu đứng, hình chiếu cạnh và các kích thước ⌀D, ⌀d, L. Học sinh đổi ba kích thước và thấy cả khối 3D lẫn bản vẽ thay đổi theo, kéo chuột trên khối để xoay nghiêng trục nhìn, bật hình cắt để thấy lỗ được vẽ bằng nét liền và phần vật liệu bị cắt được gạch mặt cắt nghiêng 45°, tắt hình cắt thì lỗ trở lại nét đứt.

Cắt dọc một xi lanh động cơ bốn kì: pít-tông, thanh truyền, trục khuỷu quay và hai xu-páp nạp – thải đóng mở đúng pha. Bấm Chạy để xem lần lượt bốn kì nạp, nén, cháy giãn nở, thải trong hai vòng quay trục khuỷu (720°), bugi đánh lửa (động cơ xăng) hoặc vòi phun phun nhiên liệu (động cơ diesel) ở cuối kì nén. Đồ thị công p–V vẽ theo thời gian thực; đổi vòng tua và tải để xem công suất và mô men thay đổi.

Sơ đồ truyền lực từ động cơ qua li hợp, hộp số, trục các đăng đến cầu chủ động và bánh xe: mỗi khâu quay với tốc độ khác nhau theo tỉ số truyền. Bấm Lên số / Về số, kéo bàn đạp ga và độ dốc mặt đường để xem lực kéo F_k = M_e·i_h·i_0·η/r_b, lực cản và gia tốc thay đổi; đồ thị lực kéo theo vận tốc cho cả 5 số cho thấy vì sao số thấp khoẻ mà chậm, số cao nhanh mà yếu.

Mẫu thử kim loại được kẹp trên máy kéo: kéo thanh trượt (hoặc bấm Kéo tự động) để tăng độ dãn, mẫu dài ra, thắt cổ chai rồi đứt. Đồ thị ứng suất σ = F/S₀ theo biến dạng ε = Δl/l₀ vẽ theo thời gian thực, đánh dấu giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy σ_ch và giới hạn bền σ_b. Đổi vật liệu để so sánh thép CT38, thép C45, gang xám (giòn), hợp kim nhôm và đồng.