Reka Bentuk dan Teknologi nota, bab 1

Penyelesaian masalah secara inventif

Buku teks Reka Bentuk dan Teknologi Tingkatan 2 KSSM (Sasbadi, 2017), halaman 1–21

Matlamat bab ini

Murid boleh mengenal pasti masalah bukan inventif dan masalah inventif (1.1.1)
Murid boleh menerangkan proses penyelesaian masalah bukan inventif dan inventif (1.1.2)
Murid boleh membuat hubung kait antara produk dengan objek dari segi fungsinya (1.2.1)
Murid boleh melukis sistem fungsi (1.2.2)
Murid boleh membina model fungsi dengan menggunakan garisan interaksi (1.2.3)
Murid boleh mengenal pasti dan menganalisis percanggahan fizikal (1.3.1)
Murid boleh mencadangkan pemilihan prinsip inventif (1.3.2)
Murid boleh menjustifikasikan cadangan perubahan reka bentuk berdasarkan pemilihan prinsip inventif (1.3.3)
Murid boleh menghasilkan lakaran produk yang memfokuskan bahagian yang mempunyai masalah inventif (1.3.4)

1.1Pengenalpastian masalah

Setiap hari kita menghadapi masalah kecil, seperti pisau yang tumpul atau penutup balang yang terlalu ketat. Sesetengah masalah selesai begitu sahaja. Sesetengah masalah pula melahirkan masalah baharu apabila kita memperbaikinya. Bab ini mengajar cara memikirkannya secara sistematik.

1.1.1 Masalah bukan inventif dan masalah inventif

Masalah bukan inventif ialah masalah yang tidak mempunyai kesan sampingan apabila usaha penambahbaikan dilakukan.

Masalah inventif ialah masalah yang mempunyai kesan sampingan apabila usaha penambahbaikan dilakukan.

Contoh bukan inventif: pisau tumpul. Penyelesaiannya ialah mengasah pisau. Selepas diasah, pisau boleh digunakan semula dan tidak timbul masalah baharu.

Tangan mengasah pisau pada batu asah — Mengasah pisau tumpul: masalah selesai tanpa kesan sampingan.

Contoh inventif: penutup balang kuih yang longgar menyebabkan biskut lemau. Penutup dibuat lebih ketat, tetapi kini timbul masalah baharu, iaitu penutup terlalu ketat untuk dibuka.

Empat panel: penutup balang longgar, biskut lemau, balang ditutup ketat, budak sukar membuka penutup — Penambahbaikan penutup balang melahirkan masalah baharu.

Gambar rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 2.

Contoh inventif dalam buku teks ialah meja yang tidak dapat menampung beban. Kaki meja kayu diganti dengan kaki besi supaya kuat. Masalah beban selesai, tetapi meja menjadi lebih berat dan memerlukan lebih ramai orang untuk mengalihkannya (ms. 4).

Meja berkaki kayu bergoyang di bawah timbunan buku, dan meja berkaki besi yang kukuh — Kiri: meja tidak dapat menampung beban. Kanan: kaki besi menyelesaikan masalah itu.

Dua lelaki mengangkat meja kayu dan empat lelaki mengangkat meja berkaki besi — Kesan sampingan: meja berkaki kayu diangkat oleh dua orang, meja berkaki besi memerlukan empat orang.

Rajah 1.1.1 hingga 1.1.4: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 4.

	Masalah bukan inventif	Masalah inventif
Kesan sampingan	Tiada	Ada
Contoh	Pisau tumpul diasah	Kaki meja diganti besi, meja menjadi berat
Cara menyelesaikan	Carta alir lima langkah	Empat fasa dan prinsip inventif

Satu soalan ujian: "Selepas masalah diselesaikan, adakah timbul masalah baharu?" Ya = inventif. Tidak = bukan inventif.

TRIZ ialah akronim bahasa Rusia (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch) yang bermaksud Teori Penyelesaian Masalah Inventif. Proses dalam bab ini diadaptasi daripada TRIZ, yang dibangunkan oleh Genrich Altshuller (ms. 4–5).

Seorang murid menukar bateri jam dinding yang kehabisan kuasa, dan jam itu berfungsi semula tanpa masalah lain. Adakah ini masalah inventif?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Bukan inventif. Penyelesaian tidak menimbulkan kesan sampingan atau masalah baharu.

1.1.2 Proses penyelesaian masalah

A. Masalah bukan inventif: carta alir lima langkah

Carta alir: mula, lima langkah, jawapan Tidak kembali ke langkah 2, jawapan Ya ke selesai — Carta alir penyelesaian masalah bukan inventif (dilukis semula daripada Rajah 1.1.5, ms. 5).

Mengenal pasti masalah.
Menyenaraikan pilihan untuk menyelesaikan masalah.
Membuat pilihan.
Melaksanakan pilihan.
Menilai sama ada masalah berjaya diselesaikan atau tidak. Ya: selesai. Tidak: kembali ke langkah 2 dan cuba pilihan lain.

Jika penilaian menunjukkan masalah belum selesai, kita kembali ke langkah 2 (senarai pilihan), bukan ke langkah 1, kerana masalah itu sudah dikenal pasti.

B. Masalah inventif: empat fasa

Strategi inventif berbeza daripada cara biasa. Masalah khusus yang sukar diselesaikan terus (kerana ada halangan) diubah menjadi masalah umum, dicari kaedah penyelesaian umum, kemudian dijadikan penyelesaian khusus semula.

Masalah khusus ke meringkaskan masalah, ke masalah umum, ke penyelesaian umum, ke penyelesaian khusus; halangan penyelesaian menyekat laluan terus — Penyelesaian masalah inventif (dilukis semula daripada Rajah 1.1.6, ms. 6).

Fasa	Penerangan	Dalam contoh meja
1. Analisis punca masalah	Analisis fungsi: kenal pasti komponen dan punca masalah	Fungsi muka meja, kaki meja dan skru dianalisis
2. Model masalah	Percanggahan fizikal	Meja perlu berat (tampung beban) dan ringan (mudah dialihkan)
3. Kaedah penyelesaian	Pilih kaedah pemisahan ruang atau masa	Pemisahan masa
4. Model penyelesaian	Kaedah penyelesaian spesifik: pilih prinsip inventif	Kedinamikan

Menentukan kaedah pemisahan. Tanya: "Adakah percanggahan itu berlaku pada masa yang sama?"

Jawapan	Kaedah dipilih
Ya, pada masa yang sama	Pemisahan ruang
Tidak, pada masa yang berlainan	Pemisahan masa

Cawan kopi panas dipegang dengan tangan, kemudian dipegang pada pemegang cawan yang sejuk — Cawan panas sukar dipegang (kiri); pemegang cawan yang sejuk memudahkan (kanan).

Rajah 1.1.8 dan 1.1.9: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 7.

Pada cawan, bahagian badan cawan panas dan bahagian pemegang sejuk wujud serentak tetapi di tempat berbeza, jadi kaedah yang sesuai ialah pemisahan ruang.

Contoh: meja yang mesti kuat tetapi mudah dialihkan

Fasa 1: skru, kaki dan muka meja dianalisis. Fasa 2: meja perlu berat dan ringan. Fasa 3: beban ditampung dan meja dialihkan pada masa berlainan, jadi pilih pemisahan masa. Fasa 4: pilih prinsip kedinamikan (ms. 6–7, 18).

Namakan empat fasa penyelesaian masalah inventif mengikut urutan.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Analisis punca masalah, model masalah, kaedah penyelesaian, model penyelesaian.

1.2Analisis fungsi

Analisis fungsi membantu kita memahami sistem sesuatu produk supaya punca masalah dapat dikesan dengan tepat. Setiap bahagian produk perlu berfungsi dan menyokong bahagian lain.

Sistem ialah beberapa elemen yang berkait antara satu dengan yang lain dan saling mempengaruhi dalam pembinaan sesuatu produk supaya produk itu berfungsi dengan sempurna.

Rak kasut kayu dengan label kayu beroti, skru, paku, muka rak dan kerangka rak — Komponen sebuah rak kasut: kayu beroti, skru, paku, muka rak dan kerangka rak.

Foto: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 8.

1.2.1 Hubung kait antara produk dengan objek dari segi fungsinya

Istilah	Maksud
Produk (sistem)	Gabungan beberapa komponen yang menjalankan fungsi
Fungsi (tindakan)	Tugas yang dilakukan oleh produk untuk mengubah objek sasaran
Objek (penerima kesan)	Penerima kesan akibat fungsi produk
Komponen	Bahagian kecil yang berfungsi menyokong sistem

Contoh produk, fungsi dan objek (Jadual 1.2.1, ms. 9)
Produk	Fungsi	Objek
Meja	Memegang	Buku
Cawan	Memegang	Air
Klip	Memegang	Kertas
Kereta	Mengangkut	Manusia

Ayat mudah: produk + fungsi + objek. "Kereta mengangkut manusia": produk = kereta, fungsi = mengangkut, objek = manusia.

Komponen yang pincang menjejaskan fungsi seluruh produk. Contohnya, skru kerusi yang berkarat dan patah menyebabkan tempat duduk atau penyandar tertanggal.

1.2.2 Melukis sistem fungsi

Untuk sebuah meja, komponen dan fungsinya ialah (Jadual 1.2.2, ms. 10):

Komponen	Fungsi	Objek
Muka meja	Memegang	Buku
Kaki meja	Memegang	Muka meja
Skru	Memegang	Kaki meja / muka meja
Lantai	Memegang	Kaki meja

Supersistem ialah faktor persekitaran yang memberi kesan kepada produk, seperti lantai, cahaya dan kelembapan.

Lantai memegang kaki meja, kaki meja memegang muka meja, muka meja memegang buku; skru memegang kaki meja dan muka meja — Model fungsi meja yang berfungsi dengan baik (dilukis semula daripada Rajah 1.2.2, ms. 10).

Rangkaian fungsi bermula daripada lantai (supersistem) yang memegang kaki meja, kaki meja memegang muka meja, dan muka meja memegang buku. Skru memegang kaki dan muka meja supaya kekal stabil. Jika lantai tidak rata, kedudukan meja tidak stabil walaupun komponen lain berfungsi.

Dalam model fungsi meja, apakah fungsi yang dilakukan oleh kaki meja dan siapakah objeknya?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Fungsi: memegang. Objek: muka meja.

1.2.3 Membina model fungsi dengan garisan interaksi

Garisan interaksi menunjukkan sama ada hubungan antara dua komponen berjalan baik atau bermasalah. Simbol 2, 3 dan 4 menunjukkan masalah fungsi (Jadual 1.2.3, ms. 11).

Empat jenis garisan: lurus nipis berguna, putus-putus tidak mencukupi, tebal berlebihan, bergelombang bermasalah — Empat simbol garisan interaksi.

Simbol	Maksud
Garisan lurus nipis	Berguna (normal)
Garisan putus-putus	Berguna tetapi tidak mencukupi
Garisan lurus tebal	Berguna tetapi berlebihan
Garisan bergelombang	Bermasalah (harmful)

Hafal: nipis = normal, putus = kurang, tebal = lebih, gelombang = rosak.

Contoh: meja Ahmad bergoyang kerana skru yang mengikat muka meja dengan kaki meja berkarat. Dalam model fungsi, kelembapan ditunjukkan dengan garisan bergelombang kepada skru. Garisan dari skru ke kaki meja dan muka meja menjadi putus-putus kerana skru tidak lagi memegang dengan cukup kuat. Hubungan kaki meja dengan muka meja dan muka meja dengan buku juga menjadi putus-putus, seperti dalam Rajah 1.2.3 buku teks.

Model fungsi meja bermasalah dengan kelembapan bergelombang ke skru, skru dibulatkan — Model fungsi meja yang bermasalah (dilukis semula daripada Rajah 1.2.3 dan 1.2.4, ms. 11–12).

A. Masalah fungsi dan punca masalah

Dua langkah mencari punca masalah: (i) kenal pasti masalah pada model fungsi, iaitu garisan yang putus, tebal atau bergelombang; (ii) kenal pasti komponen yang terlibat. Dalam contoh meja, punca masalah ialah skru, yang dibulatkan pada model.

B. Analisis berantai punca dan kesan

Tujuannya ialah memahami rantaian punca dan kesan. Soalan "Mengapa?" ditanya berulang kali sehingga punca masalah diperoleh.

Meja bergoyang dengan timbunan buku — Meja yang tidak stabil (Rajah 1.2.5, ms. 13).

Meja tidak stabil, mengapa, muka meja dan kaki meja tidak stabil, mengapa, skru longgar, mengapa, skru berkarat, mengapa, kelembapan — Analisis punca dan kesan (dilukis semula daripada Rajah 1.2.6, ms. 13).

Kesimpulan: meja tidak stabil kerana skru berkarat dan patah akibat kelembapan cuaca (supersistem). Halangan yang menyebabkan masalah boleh dikelompokkan seperti berikut (Jadual 1.2.4, ms. 12):

Jenis halangan	Contoh
Semula jadi	Panas, hujan, kelembapan
Sains dan fizik	Momentum, graviti
Sifat asas objek	Kebolehan manusia

Jangan berhenti pada kesan. "Skru longgar" ialah kesan. Punca sebenar ialah kelembapan, yang hanya ditemui selepas bertanya "Mengapa?" sehingga tiada jawapan lagi.

Pada model fungsi, garisan antara kelembapan dengan skru bergelombang. Apakah maksudnya dan apakah jenis halangan itu?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Bermasalah (harmful): kelembapan merosakkan skru. Jenis halangan: semula jadi.

1.3Percanggahan fizikal

Penyelesaian inventif biasanya memerlukan murid berfikir secara kritis, mengenal pasti masalah, mencadangkan perubahan reka bentuk dan menghasilkan lakaran.

1.3.1 Mengenal pasti dan menganalisis percanggahan fizikal

Percanggahan fizikal ialah keadaan yang berlawanan antara satu dengan yang lain yang diperlukan dalam suatu objek, misalnya besar lawan kecil. Parameter ialah ciri sesuatu komponen yang boleh diukur atau diubah, seperti saiz, beban dan ketinggian. Percanggahan fizikal berlaku apabila satu parameter diperlukan dalam dua keadaan yang bertentangan.

Parameter meja	Percanggahan fizikal
Saiz	Besar lawan kecil
Beban	Berat lawan ringan
Ketinggian	Tinggi lawan rendah

Daripada empat kaedah pemisahan, murid hanya menggunakan dua: pemisahan ruang dan pemisahan masa.

Objek	Percanggahan	Soalan penentu	Kaedah
Kerusi	Tinggi lawan rendah	Adakah kerusi perlu tinggi dan rendah pada masa yang sama? Ya: murid berlainan ketinggian dalam kelas.	Ruang
Khemah	Besar lawan kecil	Adakah khemah perlu besar dan kecil pada masa yang sama? Tidak: besar semasa digunakan, kecil semasa disimpan.	Masa

Jadual 1.3.1: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 15.

Pemisahan ruang: percanggahan berlaku pada masa yang sama. Pemisahan masa: pada masa yang berlainan. Jangan terbalikkan.

Sebuah payung perlu besar semasa hujan dan kecil semasa disimpan di dalam beg. Pemisahan apakah yang sesuai?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Pemisahan masa, kerana besar dan kecil diperlukan pada masa yang berlainan.

1.3.2 Mencadangkan pemilihan prinsip inventif

Selepas kaedah pemisahan ditentukan, pilih prinsip inventif yang sesuai. Setiap kaedah ada tujuh prinsip.

Prinsip inventif bagi pemisahan ruang (Jadual 1.3.2, ms. 16)
Prinsip	Maksud ringkas	Contoh
1. Pembahagian (segmentation)	Membahagikan objek kepada beberapa bahagian kecil; mudah dileraikan	Perabot DIY
2. Pengekstrakan (taking out)	Mengeluarkan bahagian yang mengganggu daripada objek	Unit pendingin hawa dipisahkan di dalam dan di luar bangunan
3. Kualiti setempat (local quality)	Setiap bahagian memenuhi fungsi berbeza yang berguna	Bekas makanan berpetak
4. Penyarangan (nested doll)	Memasukkan satu objek ke dalam objek lain yang sama tetapi berlainan saiz	Antena radio yang boleh dipanjangkan
5. Filem nipis dan cangkerang boleh lentur	Membalut objek dengan lapisan nipis	Pelindung cahaya cermin kereta
6. Pengantara (intermediary)	Menambah bahagian atau proses antara dua objek	Sarung tangan ketuhar
7. Tidak simetri (asymmetry)	Mengubah bentuk simetri menjadi tidak simetri	Jam dinding berbentuk tidak sekata

Prinsip inventif bagi pemisahan masa (Jadual 1.3.3, ms. 17)
Prinsip	Maksud ringkas	Contoh
1. Kedinamikan (dynamization)	Memecahkan objek kepada bahagian yang boleh bergerak; mengubah bahagian tetap kepada bergerak	Meja makan boleh dilebarkan; stereng kereta boleh ditukar ketinggian
2. Tindakan awal (preliminary action)	Melakukan tindakan lebih awal untuk mengawal risiko	Beg udara dalam kereta
3. Tindakan berkala (periodic action)	Menukar tindakan berterusan kepada berkala	Lampu jalan menyala berkala
4. Tindakan keterlaluan (partial or excessive action)	Jika tidak berhasil, lakukan secara berlebihan atau berkurangan	Menabur gula atas donut
5. Pengembangan terma (thermal expansion)	Menggunakan pengembangan atau pengecutan bahan akibat haba	Pemutus litar
6. Pembuangan dan pemulihan (discarding and recovering)	Membuang bahagian yang telah menjalankan fungsinya	Kapsul ubat boleh larut
7. Tindakan berterusan yang berfaedah	Menjalankan sesuatu kerja secara berterusan	Jana kuasa elektrik, mesin pelelas

Jadual 1.3.2 dan 1.3.3: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 16–17 (dirumuskan).

Hanya satu kaedah dipilih, lalu pilih prinsip daripada jadual kaedah itu. Ruang dan masa: tujuh prinsip setiap satu, jumlah 14.

1.3.3 Menjustifikasikan cadangan perubahan reka bentuk

Dalam contoh meja: parameter beban, percanggahan berat lawan ringan. Soalan penentu: "Adakah meja perlu berat dan ringan pada masa yang sama?" Jawapan: Tidak, kerana meja menampung beban dan dialihkan pada masa berlainan. Kaedah: pemisahan masa. Prinsip dipilih: kedinamikan. Cadangan perubahan reka bentuk (Jadual 1.3.5, ms. 18):

A. Kaki meja boleh ditanggalkan daripada muka meja menggunakan ikatan skru boleh pasang buka.
B. Roda dipasang pada hujung kaki meja supaya mudah digerakkan.

1.3.4 Menghasilkan lakaran bahagian yang bermasalah

Lakaran hanya memfokuskan bahagian yang bermasalah, dilabel dengan jelas.

Lakaran meja dengan kaki dipasang dengan skru pada muka meja yang boleh dibuka semasa kerja pengalihan — Perubahan A: kaki meja yang boleh dibuka (Rajah 1.3.1).

Lakaran meja dengan roda dan pengunci roda pada hujung kaki meja — Perubahan B: roda dengan pengunci supaya meja tidak bergerak apabila digunakan (Rajah 1.3.2).

Rajah 1.3.1 dan 1.3.2: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 19.

Ringkasan: dari masalah ke lakaran

Kenal pasti masalah, analisis fungsi dan punca, nyatakan percanggahan fizikal, tentukan ruang atau masa, pilih prinsip inventif, cadangkan perubahan, kemudian lakar bahagian yang berubah dan labelkan.

Mengapakah roda pada kaki meja perlu dilengkapi dengan pengunci roda?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Apabila meja digunakan, roda perlu dikunci supaya meja tidak bergerak. Roda hanya perlu bergerak semasa meja dialihkan (ms. 19).