บทที่ 1

บทที่ 1

เรื่อง ระบบทางเทคโนโลยี

ความสัมพันธ์ของวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์กับเทคโนโลยี

ทักษะที่สำคัญของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร คือ การแปลงรูปธรรมให้เป็นนามธรรมและแปลงนามธรรมให้เป็นรูปธรรม

การแปลงรูปธรรมให้เป็นนามธรรม

หมายถึง การเปลี่ยนปรากฎการณ์ที่เป็นกฎธรรมชาติให้เป็นคณิตศาสตร์ เช่น ตัวอย่างรูปด้านล่างจะเห็นว่าเป็นการแสดงให้เห็นถึงการมองธรรมชาติของนักวิทยาศาสตร์ซึ่งมีมุมมองในแต่ละจุดที่อาศัยหลักการทางวิทยาศาสตร์ และถูกถ่ายทอดมาเป็นภาษาทางคณิตศาสตร์

การแปลงนามธรรมให้เป็นรูปธรรม

หมายถึง การดัดแปลงคณิตศาสตร์ให้อยู่ในรูปแบบใหม่ ที่อธิบายปรากฎการณ์ธรรมชาติได้ลึกซึ้งขึ้น เช่น หลุมดำเป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ แต่มนุษย์ก็ทราบว่า เอกภพเกิดมาอย่างไร เมื่อ 14,600 ล้านปีที่แล้ว ทั้งๆ ที่เรามีวิทยาการสมัยใหม่เมื่อประมาณ 300 ปีเท่านั้นเอง

ยังคงมีอีกหลายตัวอย่างที่วิทยาศาสตร์สัมพันธ์กับคณิตศาสตร์แล้วก็ให้เกิดเป็นเทคโนโลยี เพราะปัญหาความต้องการของมนุษย์ส่วนใหญ่เกี่ยวพันกัับกฎธรรมชาติ และเมื่อเราเอากฎธรรมชาติมาทำงานร่วมกันและต้องการรู้จักพฤติกรรมของการรวม เราจึงนำคณิตศาสตร์ที่เราดัดแปลงได้มาจำลอง (Simulation) ให้เราได้เรียนรู้และเข้าใจจากรูปภาพ เช่น กราฟ เป็นต้น

วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ช่วยกันทำให้มนุษย์เข้าใจธรรมชาติดังนี้

• ใช้ฐานความรู้เดิมต่อยอดไปสู่ความรู้ใหม่

• มนุษย์ประสานพลังงานความคิดของตนเองเพื่อสร้างสองศาสตร์นี้

• ใช้ประสานเชื่อมโยงธรรมชาติกับธรรมชาติเพื่อเข้าใจธรรมชาติลึกซึ้งมากขึ้น

อีกศาสตร์หนึ่งที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีโดยตรงเพราะเป็นศาสตร์ที่ทำให้เกิดผู้สร้างเทคโนโลยี นั้นก็คือ วิศวกรรมศาสตร์ ซึ่งวิศวกรรมศาสตร์สร้างเทคโนโลยีจากธรรมชาตินอกตัวมนุษย์ เพื่อตอบสนองความต้องการของธรรมชาติในตัวมนุษย์ เรียกว่าเชื่อมธรรมชาติกับโลก โดยโลกในที่นี้มี 2 ส่วน คือ โลกที่เป็นวัตถุส่ิงของ (หรือที่เราเรียกว่า เทคโนโลยี) กับโลกภายในมนุษย์ (หรือที่เรียกว่า ธรรมชาติภายในมนุษย์ อันได้แก่ ความต้องการ ความอยาก ความกลัว เป็นต้น)

เทคโนโลยีที่สร้างจึงเป็นตัวแทนโลกภายในมนุษย์ เช่น สร้างเทคโนโลยีสงครามเพราะโลกภายในต้องการอำนาจควบคุมผู้อื่น สร้างเทคโนโลยีการแพทย์เพราะกลัวความตาย เป็นต้น

ระบบทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อน

ระบบ หมายถึง การอยู่ร่วมกันขององค์ประกอบต่างๆ เพื่อบรรลุภารกิจหรือเป้าหมาย เราเรียกองค์ประกอบนี้ว่า ระบบย่อย ซึ่งทำงานด้วยตัวเอง มีอิสระ โดยการทำงานทั้งหมดถูกออกแบบเพื่อให้ระบบใหญ่บรรลุเป้าหมาย

เทคโนโลยี เป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือพัฒนาขึ้น ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งชิ้นงานหรือวิธีการเพื่อใช้แก้ปัญหา สนองความต้องการ หรือเพิ่มความสามารถในการทำงานของมนุษย์ การทำงานของเทคโนโลยีแต่ละชนิดจะมีลักษณะที่แตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ และจะมีการทำงานอย่างเป็น ระบบ (System) ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว ซึ่งเทคโนโลยีเป็นองค์ประกอบของหลายส่วน (Parts) ที่ถูกออกแบบและให้ทำงานร่วมกัน การทำงานของแต่ละชิ้นสัมพันธ์กัน ระบบจะใช้เรียกการทำงานของสิ่งที่มีส่วนประกอบตั้งแต่สองส่วนขึ้นไปรวมเข้าด้วยกันและแต่ละส่วนจะทำงานสัมพันธ์กันเพื่อให้สามารถทำงานได้ตามหน้าที่ (Function) ซึ่งส่วนประกอบต่างๆ ล้วนมีหน้าที่เฉพาะอย่าง เพื่อให้สามารถทำงานได้ตามวัตถุประสงค์

ระบบย่อย คือ การรวมองค์ประกอบต่างๆ ของระบบเข้าด้วยกัน เพื่อบรรลุภารกิจหรือเป้าหมาย ซึ่งระบบย่อยจะทำงานด้วยตัวเองและเป็นอิสระ โดยการทำงานทั้งหมดของระบบย่อยจะถูกออกแบบมาเพื่อให้ระบบใหญ่บรรลุเป้าหมาย

ระบบพบได้ทั้งในธรรมชาติและระบบที่มนุษย์สร้างขึ้น ซึ่งในที่นี้จะกล่าวถึงระบบที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือเรียกว่าระบบทางเทคโนโลยี

ซึ่งประกอบไปด้วย ตัวป้อน (input) กระบวนการ (process) ผลผลิตหรือผลลัพธ์ (output/outcome) ทรัพยากรทางเทคโนโลยี (Resource) ปัจจัยที่เอื้อหรือขัดขวางต่อเทคโนโลยี (Consideration) และบางระบบอาจมีข้อมูลย้อนกลับ (Feedback)

องค์ประกอบของระบบทางเทคโนโลยี

ตัวป้อน(input)

คือ ความต้องการด้านต่างๆของมนุษย์/ ปัญหาของมนุษย์ที่ต้องการการแก้ไขเพื่อให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้อย่างมีความสุข โดยตัวป้อนจะต้องตอบสนองความต้องการพื้นฐานของมนุษย์

กระบวนการเทคโนโลยี(technological process)

เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากทรัพยากรมาเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ใช้ในการแก้ปัญหาที่ใช้ในการแก้ปัญหา ความจำเป็นหรือความต้องการของมนุษย์ โดยขั้นตอนของกระบวนการทางเทคโนโลยี มี 7 ขั้นตอน ดังนี้

ผลผลิตหรือผลลัพธ์ (output/outcome)

ผลผลิต(Outcome) หรือ ผลลัพธ์(Output) เป็นผลจากกระบวนการแก้ปัญหา เป็นสิ่งที่ได้จากการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบของระบบเทคโนโลยีโดยอยู่ในรูปของสิ่งของ หรือวิธีการ ที่ตอบสนองความจำเป็นในชีวิตประจำวัน (need) หรือความต้องการ (wants)ของมนุษย์ทำให้การทำงานมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้น

ทรัพยากรทางเทคโนโลยี(Resource)

คือสิ่งที่ต้องใช้ในกระบวนการเทคโนโลยีเพื่อแก้ปัญหา ซึ่งทรัพยากรทางเทคโนโลยีมี 7 ส่วน คือ

1. คน >>> ความรู้เฉพาะด้าน เช่น พันธุวิศวกรรม

2. ข้อมูล ข่าวสาร สารสนเทศ

3. วัสดุ >>> ธรรมชาติ , มนุษย์สังเคราะห์ขึ้น

4. เครื่องมือ เครื่องจักร อุปกรณ์

5. พลังงาน

6. ทุน/ทรัพย์สิน

7. เวลา

ปัจจัยที่เอื้อหรือขัดขวางต่อระบบเทคโนโลยี(Consideration)

ปัจจัยที่ขัดขวาง(Constraints)คือ สิ่งที่เป็นข้อจำกัดหรือข้อคำนึงถึงในการสร้างสรรค์ และพัฒนาเทคโนโลยี เช่น จุดประสงค์

,ศาสนา,กฎหมาย,ความเชื่อ,วัฒนธรรมท้องถิ่น,ทุน ทักษะที่จำกัด และข้อจำกัดทางเวลา

หากวิเคราะห์ระบบทางเทคโนโลยีอย่างละเอียด เราจำเป็นต้องมองลึกไปถึงระบบย่อยของเทคโนโลยี (Technology sub-systems)

ซึ่งเป็นหน่วยที่ย่อยลงมาของระบบทางเทคโนโลยี การแบ่งระบบเป็นระบบย่อยจะส่งผลให้ระบบนั้นเล็กลง และลดความซับซ้อน ทำให้เรามองเห็นกระบวนการการทำงานของระบบได้ชัดเจนขึ้น เช่น เขื่อนเป็นระบบเทคโนโลยีที่ประกอบด้วยระบบเทคโนโลยีย่อยๆ เช่น ระบบน้ำ ระบบไฟฟ้า และระบบเครื่องกล

ระบบย่อยต่างๆ ของเทคโนโลยีนั้นมีความก้าวหน้าไม่เท่ากัน การวิเคราะห์ว่าระบบย่อยส่วนใดยังสามารถพัฒนาให้ดีขึ้นหรือมีประสิทธิภาพดีขึ้นกว่าเดิมเป็นจุดเริ่มต้นในการค้นหาและสร้างสรรค์เทคโนโลยีใหม่ๆ เพ่ิมมากขึ้น

ระบบแบบเปิด (Open-Loop System)

เป็นระบบที่ต่ำของผลลัพธ์ไม่มีผลต่อการควบคุมกระบวนการของระบบ ไม่มีการนำเอาค่าของผลลัพธ์ที่ป้อนให้กับระบบ เช่น เตาไมโครเวพ อ่างอาบน้ำ เป็นต้น

ลักษณะเด่นของระบบเปิด

• ไม่มีการนำสัญญาณทางด้านผลลัพธ์กลับทางด้านตัวป้อน นั้นคือระบบไม่มีผลสะท้อนกลับ (Feedback)

• ระบบไม่มีความซับซ้อน

• เหมาะกับงานที่ไม่ต้องการความแม่นยำ

• ประหยัด

ระบบแบบปิด(Close-Loop System)

เป็นระบบที่นำสัญญาณจากผลลัพธ์ของระบบป้อนกลับมาเปรียบเทียบกับสัญญาณจากตัวป้อนให้กับระบบซึ่งผลต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองที่นำมาเปรียบเทียบนั้นจะเป็นค่าผิดพลาด (Error) เช่น เครื่องสุขภัณฑ์แบบชักโครก แอร์ เป็นต้น

ลักษณะเด่นของระบบแบบปิด

• มีการนำสัญญาณทางด้านผลลัพท์กลับทางด้านตัวป้อน นั้นคือระบบมีผลสะท้อนกลับ (Feedback)

• ระบบมีความซับซ้อน

• เหมาะกับงานที่ต้องการความแม่นยำ

• ค่าใช้จ่ายสูง

ระบบเทคโนโลยีที่ซับซ้อน

เทคโนโลยีบางอย่างอาจประกอบไปด้วยระบบย่อยหลายระบบ (Subsystems) ทำงานสัมพันธ์กันอยู่ หากระบบย่อยใดทำงานผิดพลาด จะส่งผลต่อการทำงานของเทคโนโลยีนั้นไม่สามารถทำงานได้ตามวัตถุประสงค์หรืออาจทำงานได้ไม่สมบูรณ์ ซึ่งเทคโนโลยีที่ประกอบด้วยระบบย่อยตั้งแต่สองระบบขึ้นไปทำงานร่วมกัน เรียกระบบนั้นว่า ระบบที่ซับซ้อน (complex system)

ตัวอย่างเทคโนโลยีที่ประกอบไปด้วยระบอบย่อยหลายส่วนทำงานร่วมกันเป็นระบบที่ซับซ้อน เช่น ระบบของเครื่องปรับอากาศ ระบบของรถยนต์ เป็นต้น