Mô phỏng Công nghệ Trung học phổ thông

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Mô hình cầu giàn thép bốn khoang với gối cố định một đầu và gối di động một đầu. Học sinh chọn kiểu giàn (Warren, Pratt, Howe), vật liệu, tiết diện thanh và đặt tải lên một nút bất kì của dàn dưới bằng cách bấm vào nút đó. Mô phỏng giải bài toán cân bằng nút để tính lực trong từng thanh, tô màu đỏ cho thanh chịu kéo và màu xanh cho thanh chịu nén, vẽ độ dày thanh theo độ lớn lực, tính ứng suất σ = F/A và so với ứng suất cho phép. Bấm Tăng tải dần để tìm tải trọng làm thanh đầu tiên bị phá hỏng.

Biểu đồ log–log kiểu Ashby đặt 24 vật liệu (kim loại, polymer, gỗ, composite GFRP và CFRP, gốm và thuỷ tinh, xốp) theo độ bền hoặc mô đun Young và khối lượng riêng. Nhập yêu cầu thiết kế cho một thanh chịu kéo hay một dầm công-xôn: tải, chiều dài, hệ số an toàn, khối lượng tối đa, giá và lượng phát thải CO₂ tối đa, chỉ dùng vật liệu tái chế rộng rãi. Đường giới hạn khối lượng theo chỉ số σ/ρ hoặc E/ρ lọc ra danh sách vật liệu đạt; phép thử so sánh tỉ số bền trên khối lượng của CFRP, GFRP, nhôm và thép.

Sơ đồ khối của một hệ thống kĩ thuật quen thuộc (bình nóng lạnh, điều hoà, nồi cơm điện, bể nước có phao) chạy theo thời gian thực: khối đặt giá trị, khối điều khiển, đối tượng và đầu ra, cùng đường phản hồi đưa giá trị đo được quay lại bộ điều khiển. Học sinh đặt giá trị mong muốn, bật hoặc tắt mạch phản hồi, bấm Gây nhiễu để mở nước lạnh hay mở cửa phòng, rồi so hai đồ thị: hệ kín bám sát giá trị đặt còn hệ hở vượt xa và mất kiểm soát.

Ba cụm lắp nhỏ (bánh xe có ổ bi trên trục, mối ghép bu lông hai tấm, puly lắp then trên trục) xoay được trong không gian 3D và tách rời dọc theo trục lắp bằng một thanh trượt. Mỗi chi tiết có số vị trí nối với bảng kê (vị trí, số lượng, tên gọi, vật liệu, kí hiệu chi tiết tiêu chuẩn như bu lông ISO 4017); bấm vào chi tiết thì dòng tương ứng sáng lên và ngược lại. Có bản vẽ lắp 2D dạng hình cắt dọc trục và chế độ trình tự lắp để học sinh lắp lại các chi tiết theo đúng thứ tự.

Đề bài cho ba hình chiếu vuông góc của một vật thể ghép từ các khối lập phương (hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh theo phương pháp chiếu góc thứ nhất, cạnh khuất vẽ nét đứt). Học sinh đặt khối theo từng tầng để dựng lại vật thể, xem hình chiếu trục đo của vật vừa dựng, hoặc chọn hình chiếu trục đo đúng trong bốn phương án; bấm Kiểm tra để thấy hình chiếu nào khớp và chỗ sai khác tô đỏ ngay trên đề. Có sáu vật thể mẫu khó dần và đề ngẫu nhiên; chế độ 3D cho dựng khối trực tiếp trong góc ba mặt phẳng hình chiếu.

Một chi tiết cơ khí 3D (bạc có vai, mặt bích có lỗ bu lông, giá đỡ có lỗ bậc) bị mặt phẳng cắt di động cắt ra; phần phía trước trượt đi để lộ mặt cắt được gạch 45°. Bên cạnh là bản vẽ theo phương pháp chiếu góc thứ nhất: hình cắt toàn bộ, một nửa hoặc cục bộ được dựng tự động từ khối 3D, hình chiếu bằng có vết mặt phẳng cắt (nét chấm gạch, đậm ở hai đầu, mũi tên và chữ A), hình cắt ghi A–A, diện tích phần gạch cập nhật khi dời mặt phẳng cắt.

Tấm kim loại gấp thành lăng trụ, hình trụ, trụ bị cắt vát, hình nón hoặc nón cụt được trải phẳng từng dải trong không gian 3D, kéo thanh trượt để gấp lại hay trải ra. Bên dưới là bản vẽ khai triển theo phương pháp chiếu góc thứ nhất: hình chiếu đứng, hình chiếu bằng chia 12 phần, đường gióng chuyển độ dài thật của đường sinh sang hình khai triển, đường gấp, chu vi πD, bán kính và góc ở tâm của hình quạt khai triển hình nón.

Cho thanh, cột, tấm kệ, trục hoặc chốt chịu kéo, nén, uốn, xoắn hoặc cắt, làm bằng thép, hợp kim nhôm, gỗ thông, nhựa acrylic hoặc bê tông, rồi tăng tải đến khi hỏng: xem ứng suất, biến dạng, chỗ hỏng và cách hỏng (chảy dẻo, đứt, cong oằn, nứt, bị cắt). Sau đó tạo hình cùng một dải tấm thành phẳng, gấp mép, lượn sóng, có gân, ghép lớp hoặc có vách và so sánh độ cứng dưới cùng một tải qua mô men quán tính mặt cắt. Màn thí nghiệm đo độ võng của thước mét kẹp một đầu hoặc kê hai đầu theo tải, chiều dài và bề dày để tìm suất Young.

Cùng một chi tiết máy (khối bậc có lỗ, gối đỡ chữ L có gân vát, khối chữ U có lỗ lệch, khối vát góc) được vẽ ba hoặc sáu hình chiếu, cạnh khuất nét đứt, đường tâm nét gạch chấm. Bấm chuyển giữa phương pháp chiếu góc thứ nhất (châu Âu) và góc chiếu thứ ba (Mỹ): các hình chiếu trượt về đúng vị trí mới, ký hiệu hình nón cụt trong khung tên đổi theo. Chế độ 3D cho thấy mặt phẳng hình chiếu nằm sau vật (góc thứ nhất) hay trước vật như tấm kính (góc thứ ba) và mở dần các mặt phẳng thành bản vẽ. Bài tập: chọn đúng hình chiếu cho ô có dấu ? trong bốn phương án.