Problem Solving e e Innovazione Sistematica
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Problem Solving
e
Innovazione Sistematica
Gaetano Cascini
Università degli Studi di Firenze
Dipartimento di Meccanica e Tecnologie Industriali
Laboratorio di Metodi e Tecniche per l’Innovazione
gaetano.cascini@unifi.it
Ciclo sviluppo prodotto: strumenti
1. Market Needs & 2. CONCEPTUAL 3. Engineering
Functional Spec’s DESIGN (Product & Process)
Market research, QFD, Brainstorming, Trial & VP (CAD, CAE, FEA,
Need Assessment etc. Error, Benchmarking etc. CAM, CAPP), DOE, etc.
4. Validation & 5. Production 6. Delivery & Cont.
Verification Material Req’s Planning, Improvement
RP, Prototypes, CIM, Preventive
Simulations etc. Maintenance
¾ Vincoli di budget e di tempo
¾ Cicli di sviluppo di un prodotto sempre più brevi
¾ Impiego ottimale delle risorse disponibili
¾ Vincoli ambientali
¾ Fronteggiare prodotti della concorrenza di elevata qualità e basso costo
¾ Maggiori possibilità di scelta per il cliente, personalizzazione del prodotto
¾ Complessità crescente dei sistemi ingegneristici e dei problemi associati
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
Creatività, crescita e formazione
Ribaud 1912
CREATIVITA’
Altshuller 1970
Zlotin 1980
0 14 21 ETA’
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
Inerzia Psicologica
È la tendenza a pensare sempre secondo un medesimo schema logico ed
a seguire gli stessi percorsi per trovare la soluzione a un problema; per
avere un’idea di come l’inerzia psicologica condizioni la vita quotidiana
si pensi a come si percorra la medesima strada per andare al lavoro
senza pensarci, o al fatto che si infila per prima sempre la stessa
gamba (solitamente la sinistra) nell’indossare un paio di pantaloni
(provare ad infilare prima l’altra per sentire quanto il nuovo “percorso”
risulti “strano”).
Nel formulare il problema da risolvere, l’inerzia psicologica può portare a
crearsi obiettivi errati; una tendenza tipica è quella di formulare il
problema in una forma che sia strettamente correlata al particolare
sistema ingegneristico che si sta analizzando. “Molti problemi di questo
tipo possono essere risolti spostando la descrizione del sistema
ingegneristico ad un più alto grado di astrazione” (V. Tsourikov).
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itStrumenti “tradizionali” (1/2)
¾ Brain Storming (Osborn, psicologo americano, 1953)
¾ Synectics (William Gordon, ricercatore americano, 1960)
Approccio sistematico per analizzare il problema da punti di vista
differenti:
1) Direct Analogy (DA): il soggetto è confrontato con soggetti analoghi in
natura o in diversi campi della scienza e della tecnica
2) Personal Analogy (PA): le persone che si trovano ad analizzare il
problema devono immedesimarsi nel sistema oggetto del loro studio
3) Symbolic Analogy (SA): generalizzazione del problema, analogia ad un
livello di astrazione più elevato
4) Imaginary Analogy (IA): introduzione di creature o oggetti immaginari
nel problema
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itStrumenti “tradizionali” (2/2)
¾ Six Thinking Hats (Edward De Bono, 1988)
¾ A WHITE hat – denotes a mode of thinking during which an objective
look at data and information is required.
¾ A RED hat – denotes the mode of thinking associated with feelings,
hunches, and intuition.
¾ A BLACK hat – denotes the mode of thinking associated with caution,
judgement, and looking logically at the negative aspects of a problem
– often described as the ‘devil’s advocate’ mode of thinking.
¾ A YELLOW hat - denotes the mode of thinking associated with
examining the feasibility and benefits of a given situation, and looking
logically at the positive aspects.
¾ A GREEN hat – denotes the mode of thinking associated with the
generation of new ideas, creative and ‘lateral’ thinking.
¾ A BLUE hat – denotes the mode of thinking associated with the
overall control and organisation of the thinking processes.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itExisting Intellectual Property Situation
Existing process of innovation creation is ineffective:
¾ It takes about 3,000 raw ideas to come up with 1 commercial success
¾ For 150 patent application, 112 patents issued; 9 of them will be supported
by the owners; 1 could be really successful.
¾ From 4 projects that enter development stage, only 1 becomes commercially
successful
¾ From 10 new products 9 fail in the first 4 years
¾ From 10 American companies only 1 tried to come up with a new product for
the last 10 years
¾ From 10 innovations 8 were originated from customers rather than producers
Miller, William L. and Langdon Morris.
4th Generation R&D, John Wiley & Sons, Inc, 1999.
Conclusion: Less than 10% of R&D efforts are properly
used and produce substantial results!
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTRIZ: Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch
Teoria per la Soluzione Inventiva di Problemi
E’ al tempo stesso un metodo ed un insieme di strumenti sviluppati in Russia a
partire dal 1946 da Genrich Altshuller (1926-1998), con l’obiettivo di
catturare il processo creativo in ambito tecnico e tecnologico, codificarlo e
renderlo così ripetibile e applicabile: una vera e propria teoria
dell’invenzione.
L’approccio di Altshuller allo studio della creatività non si avvalse dei contributi
psicologici o sociologici, o almeno si rivolse ad essi solo in minima parte. Il
suo fu un approccio squisitamente sperimentale, e come Galileo dedusse
le leggi della meccanica dall’osservazione dei fenomeni naturali, così
Altshuller studiando il risultato dell’attività inventiva espressa nei brevetti,
dedusse le leggi che governano l’evoluzione dei sistemi tecnici.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTRIZ: Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch
Teoria per la Soluzione Inventiva di Problemi
Il complesso architettonico che costituisce TRIZ si basa su tre osservazioni:
1) i sistemi tecnici evolvono secondo leggi oggettive e tendono a massimizzare il
loro grado di idealità, espressa come rapporto tra le funzioni utili fornite dal
sistema e le funzioni dannose insite nel sistema;
2) Qualsiasi problema tecnico specifico può essere ricondotto, mediante un
processo di astrazione, ad un modello generale, ed i processi logici di
risoluzione possono essere raggruppati in un numero finito di “principi
risolutivi”.
3) Dato il numero finito di modelli del problema e di principi risolutivi, soluzioni
concettualmente identiche possono essere applicate a problemi tecnici
apparentemente diversi. Ne deriva che la conoscenza svolge un ruolo centrale
e fondamentale nell’attività inventiva.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itProblemi e soluzioni si ripetono… Cosa hanno in comune una nocciolina, un diamante ed un peperone ?!?!?! Per dividere in due metà “pure” diamanti grezzi che presentano cricche al loro interno andreste mai a cercare la soluzione nel campo delle macchine per l’industria alimentare?!? La soluzione: 1. Mettere una certa quantità del prodotto in un recipiente in pressione 2. Aumentare lentamente la pressione all’interno della camera 3. Abbassare repentinamente la pressione Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
TRIZ: Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch
Teoria per la Soluzione Inventiva di Problemi
In altre parole, qualcuno, da qualche parte nel mondo, ha già
risolto un problema “analogo” a quello che ci si trova ad
affrontare.
Su questa impalcatura concettuale Altshuller e collaboratori hanno
costruito nel corso degli anni un insieme di strumenti per:
¾ analizzare un sistema tecnico ed estrarne un modello;
¾ applicare al modello del problema i principi risolutivi più efficaci;
¾ ricercare fra i modelli di soluzione conosciuti quelli più idonei per il
problema analizzato.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTRIZ: Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch
Teoria per la Soluzione Inventiva di Problemi
Eccellenza
Idealità
Risorse Filosofia
Funzionalità
Contraddizioni
Spazio/Tempo/Interfaccia
Processo completo per
la definizione/soluzione
Metodo
di problemi
Principi Inventivi IFR
Contraddizioni Trend evolutivi
S-Fields
Analisi Knowledge Strumenti
Trimming Subversion
Funzionale Effetti
Analysis
Superamento IP Risorse Separazione
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itInvention Creativity Levels
Level 1 45% 45%
Apparent or Conventional 40%
32%
Solutions 35%
30%
25%
18%
Level 2 20%
15%
Small Invention Inside
10%
Paradigm 4% 1%
5%
0%
Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5
Level 3
Substantial Invention Inside Technology
Level 4 95% of inventive
Invention Outside Technology
problems in any
Level 5 field have already
Discovery been solved in some
other field
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itInnovations – Main Condition for
Technological Evolution
Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5
68,3% 27.1% 4,3% 0.24% 0.06%
solutions solutions solutions solutions solutions
Dozens Hundreds Thousands Dozens and Millions Number of trails with
hundreds using Trail-and-Error
thousands method for creativity
σ
2σ
3σ
4σ
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itDescription of Invention Creativity Levels
Period for
% of implementation Responsibility and
Level Effect on product or process
solutions results
(estimation)
Small cost reduction About 90% of
1 68,3 and/or improvement of Months engineers.
current generation Profitability and
Essential improvement Market Share, short
2 27.1 1 – 2 years
of current generation term plans
R&D people
Creation of new 1 – 5 years Intellectual
3 4.3 property, middle-
generation
and long term
plans
Creation of brand new 5 – 10 years Special individuals
4 0.24
generation in R&D of
Creation of brand new companies,
5 – 20 years
5 0.06 products and/or universities,
processes government, etc.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itClassical Idea Generation
Individual Personal
experience talent
How
Can I
Tacit knowledge = Intuition Invent
New Ideas,
Invention,
Innovation
Tomas Alva Edison
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTRIZ-based Idea Generation
Explicit knowledge –
How to create new ideas New Ideas,
for system evolution Concepts,
Inventions,
Innovations,
etc.
Tacit knowledge
= Intuition
Genrich
Altshuller Personal
talent
Generalized History of
experience evolution in
Individual
of inventors technology,
experience
(patent science,
fond) society, art, etc.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itDirected Evolution vs.
Traditional Way of New Product Generations
Traditional Way Traditionally, evolution goes Directed
Psychological Inertia through Trial & Error method. Evolution
The majority of trials fail
because they are influenced Way
by psychological inertia.
Psychological Inertia
Product
Evolution
Patterns
Trials
In Directed Evolution, the
Product
majority of trials are
productive because they Evolution
follow Patterns of evolution. Patterns
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTRIZ: Fondamenti
TRIZ TRIZ
MODELLO SOLUZIONE
GENERALE GENERICA
DEL PROBLEMA
ANALISI E GENERAZIONE
ASTRAZIONE RZIA ICA SOLUZIONI
INE LOG
S ICO
P
PROBLEMA SOLUZIONE
SPECIFICO SPECIFICA
¾ CONTRADDIZIONI
¾ IDEALITÀ
¾ FUNZIONALITÀ
¾ IMPIEGO DELLE RISORSE
¾ SPAZIO – TEMPO – INTERFACCIA
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itCONTRADDIZIONI La ricerca TRIZ ha mostrato che le invenzioni più rilevanti sono emerse da situazioni in cui l’inventore è riuscito ad evitare con successo i compromessi che convenzionalmente vengono accettati come inevitabili. Al contrario è proprio dall’individuazione e dal superamento delle contraddizioni che portano all’adozione di compromessi che emergono le soluzioni più innovative ed efficaci. Fra i vari strumenti che il TRIZ offre per supportare gli utenti nel superamento delle contraddizioni uno dei più semplici e più utilizzati è la Matrice delle Contraddizioni (v. dopo), una matrice 39 x 39 mediante la quale descrivere a livello astratto la contraddizione presente nel sistema analizzato e che fornisce le tre/quattro strategie più efficaci per il suo superamento Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
CONTRADDIZIONI
Problemi differenti in campi di applicazione diversi possono portare ad
una medesima contraddizione a livello astratto…
… statisticamente risulta che i percorsi che conducono al
superamento di tale contraddizione sono un numero strettamente
limitato e non dipendono dal campo di applicazione
ES.:
velocità veicolo ⇔ usura pneumatici
velocità di trasmissione dati ⇔ integrità dei dati
velocità di elettroplaccatura ⇔ quantità di materiale
SPEED ⇔ LOSS OF SUBSTANCE
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itIDEALITÀ
Dall’imponente analisi di brevetti Altshuller constatò che qualsiasi sistema
evolve in modo da accrescere la sua “idealità” e che tale processo ha
luogo attraverso una serie di curve evolutive dalla caratteristica forma ad S
La transizione da una curva ad S alla
I=
∑ Useful functions successiva è predicibile ed in
∑ ∑
Harmful functions + Costs generale l’evoluzione
l’idealità segue tipicamente un
verso
Valore/ numero limitato di percorsi
Idealità evolutivi tipici che possono quindi
Obsolescenza essere utilizzati come strumento
per la ricerca di soluzioni.
Maturità Avendo come scopo ultimo il Risultato
Finale Ideale (RFI) inteso come
quel sistema in grado di fornire
tutti i benefici e le funzionalità
Infanzia/Crescita richieste senza costi o problemi
associati, il TRIZ invita ad
abbandonare la tradizionale
concezione secondo cui è
Nascita opportuno partire dalla situazione
attuale per la soluzione di un
Concepimento problema, suggerendo al contrario
Tempo di iniziare la ricerca della soluzione
proprio a partire dal RFI.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itIDEALITÀ
Don’t Start Here Start Here
A CURRENT IDEAL
SITUATION FINAL
B
RESULT
C
…. Intermediate
solutions
Function achieved
without cost or harm
Number of options increases as we
head back in this direction
IFR
Solution search space at any
Today’s
position back from the IFR
Solution
Space
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itIDEALITÀ
PROBLEMA: Progettare un dispositivo di apertura del tetto
di una serra in modo tale che questa sia chiusa al di
sotto di una certa temperatura T* ed aperta al di sopra.
SISTEMA IDEALE: il tetto della serra si alza e si abbassa
da solo in funzione della temperatura
PROPOSTA DI SOLUZIONE:
realizzare il tetto della serra
con un vetrocamera nella
cui intercapedine si
inserisce un fluido volatile
che sotto T* è allo stato
liquido e sopra T* è allo
stato gassoso
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itIDEALITÀ
NON PORRE MAI LIMITI ALL’IDEALITA’:
OTTENERE I BENEFICI DI UNA FUNZIONE SENZA CHE CI
SIA ALCUN DISPOSITIVO CHE LA COMPIE
Esempio: tessuti self-cleaning !!
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itFUNZIONALITÀ Sebbene sia doveroso riconoscere che l’importanza e l’efficacia dell’analisi funzionale siano emerse a partire dal pionieristico lavoro di Larry Miles sulla Value Engineering, è necessario sottolineare che l’approccio TRIZ alla definizione ed all’analisi delle funzionalità presenta elementi distintivi di assoluto rilievo: 1) Qualsiasi sistema è caratterizzato da una Funzione Utile Principale (FUP), cosicché qualsiasi componente che non contribuisce al compimento di tale funzione è in ultima analisi dannoso. 2) L’analisi funzionale tradizionale è tipicamente focalizzata sulle azioni “positive” che si scambiano i componenti del sistema. Al contrario l’analisi funzionale TRIZ pone l’accento sia sulle funzioni utili, sia su quelle dannose, come strumento per identificare contraddizioni, azioni inefficienti, eccessive o dannose. 3) L’analisi funzionale è il fondamento su cui basare la condivisione di conoscenza fra diversi settori tecnologici: in questa ottica uno schiaccianoci è una soluzione specifica al problema “rimuovere il guscio (della noce)”, così come un detersivo in polvere non è altro che una soluzione specifica al problema “rimuovere particelle solide (di sporco)”. Una classificazione del sapere su base funzionale è la chiave con cui un produttore di detersivo in polvere può esaminare come altri settori aziendali hanno risolto il medesimo problema (“rimuovere particelle solide”). In altre parole “le soluzioni cambiano, le funzioni rimangono invariate”. Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
FUNZIONALITÀ PROBLEMA: per effettuare test di resistenza dei materiali alla corrosione di acidi si usa mettere i provini da testare all’interno di una vasca placcata in oro e si realizzano prove accelerate in forno… per ridurre i costi dell’attrezzatura si ricorre a materiali non nobili, ma si corrodono anche i recipienti… Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
IMPIEGO DELLE RISORSE La teoria TRIZ più di qualsiasi metodo precedente ha posto enfasi sul massimo impiego di tutto ciò che è interno al sistema. In termini “TRIZici”, Risorsa è qualsiasi cosa all’interno del sistema non sia impiegato al massimo delle sue potenzialità. La ricerca di tali risorse rivela nuove opportunità attraverso le quali migliorare il sistema esaminato. È il caso di segnalare che fra le Risorse bisogna mettere anche gli elementi dannosi del sistema (calore da smaltire, scarti di lavorazione, fenomeni di risonanza, etc.). Ad esempio, una risonanza meccanica, tradizionalmente vista come un fenomeno da evitare accuratamente è attualmente usata in diverse applicazioni innovative quali aspirapolvere, verniciatori, convogliatori etc. Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
IMPIEGO DELLE RISORSE ESEMPIO Le bottiglie dell’acqua minerale frizzante usano la pressione della CO2 come risorsa per aumentare la rigidezza del sistema (infatti rispetto a quelle dell’acqua naturale hanno uno spessore inferiore ed hanno una geometria più semplice) Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
SPAZIO – TEMPO – INTERFACCIA L’esperienza TRIZ (ma anche di altri metodi di supporto alla creatività) riconosce estrema importanza al guardare o pensare ad un sistema da tutte le angolazioni possibili: modificando la prospettiva del problema, zoomando fino all’estremo dettaglio o viceversa allargando l’orizzonte all’ambiente in cui il sistema è inserito, modificando la scala dei fenomeni temporali, prendendo in esame il passato ed il futuro di un oggetto o di un evento spesso si raggiungono con estrema facilità soluzioni altrimenti inarrivabili per il fatto che la mente umana raramente è portata ad esaminare sistematicamente le diverse alternative nello SPAZIO, nel TEMPO e di INTERFACCIA. Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
I 9 SCHERMI
pen display user, paper, storage
in shop, user desk, chair, location,
SUPERSYSTEM
preparing light, wear effects
to write environment of environment
assemble, storing effect
pack/deliver, pen being
SYSTEM re - filling,
store, prepare used to
‘the pen’ wear factors,
to write write
disposal
component re- usability,
manufacture
parts, ink recyclability
SUBSYSTEM of individual
flowing of component
components
through nib parts
PAST PRESENT FUTURE
Before ‘writing’ Person writing After ‘writing’
begins has finished
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itPRINCIPI INVENTIVI: esempi
N. 1 – SEGMENTATION
- divide a system into separate parts or sections:
- Multiple pistons in an internal combustion engine
- Multi-engined aircraft
- make a system easy to put together and take apart:
- Rapid-release bicycle saddle/wheel/etc fasteners
- Quick disconnect joints in plumbing and hydraulic systems
- increase the amount of segmentation:
- 16 and 24 valve versus 8 valve internal combustion engines
- Multi-blade cartridge razors
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itPRINCIPI INVENTIVI: esempi
N. 35 – PARAMETER CHANGE
- change an object`s physical state (e.g. to a gas, liquid, or solid):
- Transport oxygen or nitrogen or petroleum gas as a liquid, instead of a gas, to reduce
volume
- Dry ice
- change the concentration or consistency:
- Liquid versus bar or powder detergents
- Concentrated or de-hydrated orange juice makes transportation easier
- change the degree of flexibility;
- change the temperature;
- change the pressure;
- change other parameters.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itPRINCIPI INVENTIVI: esempi
N. 15 – DYNAMIZATION
- allow a system or object to change to achieve optimal operation
under different conditions:
- Adjustable steering wheel (or seat, or back support, or mirror position...)
- Loose (sand) particles inside a tyre give it self-balancing properties
- Gel fillings inside seat allow it to adapt to user
- Shape memory alloys/polymers
- split an object or system into parts capable of moving relative to
each other:
- Articulated lorry
- Folding chair/mobile phone/laptop/etc
- if an object or system is rigid or inflexible, make it movable or
adaptable:
- Flexible joint
- Place sand inside tyre to produce self-balancing properties
- Use different stiffness fibres in toothbrush
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itPRINCIPI INVENTIVI: esempi
N. 13 – INVERSION: “the other way around”
- use an opposite action(s) used to solve the problem (e.g. instead of
cooling an object, heat it):
- Loose (sand) particles inside a tyre give it self-balancing properties
- To loosen stuck parts, cool the inner part instead of heating the outer part
- Vacuum casting
- make movable objects fixed, and fixed objects movable:
- Rotate the part instead of the tool.
- Wind tunnels
- Moving sidewalk with standing people
- Drive through restaurant or bank
- turn the object, system or process 'upside down':
- Clean bottles by inverting and injecting water from below; the water then drains by
itself
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itCONTRADDIZIONI
I risultati più efficaci si ottengono quando si
superano contraddizioni tecniche o
Weight
contraddizioni fisiche. Si è in presenza di una
contraddizione tecnica quando cercando di Cost
Volume
migliorare una caratteristica del sistema
Environmental
analizzato, se ne compromette una seconda
Impact
(es. voglio aumentare la potenza di un Manufacturability
motore, ma il suo ingombro/peso cresce). Si Use-ability Efficiency
è in presenza di una contraddizione fisica Reliability
Performance
quando si desidera che una determinata Durability
caratteristica sia aumentata e ridotta al
tempo stesso (es. voglio un’auto spaziosa etc
per aumentarne le capacità di carico, ma la
voglio più piccola per parcheggiarla più
comodamente).
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itCONTRADDIZIONI TECNICHE
bad Traditional
bad
Design
Strategy
Parameter
Parameter
B B
R IZ
T
good good
good bad good bad
Parameter A Parameter A
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itMATRICE DELLE CONTRADDIZIONI
Parameter Which
Gets Worse
1,4,7
Parameter
To Be
Improved
Length
Weight
Area
Force Inventive
etc Principles
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itESEMPIO: LAVAGGIO BOTTIGLIE Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
ESEMPIO: OCCHI ROSSI
reducing pupil size
reduces opportunity
for reflection
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itESEMPIO: PIZZA BOX US 5,423,477 – US 5,472,139 Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
ALTRI ESEMPI :
Cioccolatini ripieni
PROBLEMA: Chocolate candies of the type "chocolate syrup in a chocolate
bottle" are produced by first preparing bottles from chocolate paste, then
pouring thick chocolate syrup into them. To increase productivity, it would
be convenient to heat the syrup before it is poured, thus increasing its
fluidity. However, the hot syrup would melt the chocolate bottles.
CONTRADDIZIONE TECNICA:
Ease of Manufacture PRINCIPI
VS 13 – Inversion – The Other Way Around
Stability of Object’s Composition
SOLUZIONE: the syrup is frozen
in molds in the shape of the
inner cavity of the bottle,
which are then dipped into a
melted chocolate paste
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itCONTRADDIZIONI FISICHE Separazione: 1. In spazio 2. In tempo 3. Su condizione 4. Transizione a macro/micro level Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
CONTRADDIZIONI FISICHE: esempio
Penna a sfera
PROBLEMA: Affinché una penna consenta una scrittura “morbida” è opportuno
che l’inchiostro possa fluire agevolmente; d’altro canto bisogna evitare che
la penna rilasci inchiostro quando non viene usata per scrivere
CONTRADDIZIONE FISICA:
L’inchiostro deve essere poco viscoso per garantire comfort di scrittura e molto
viscoso per non imbrattare
SOLUZIONE GENERALE:
separazione su condizione – poco viscoso mentre si scrive
molto viscoso quando la penna è riposta
SOLUZIONE SPECIFICA: Thixotropy
Special sort of substance called 'stir-thickening' liquid: when you stir the slime you are adding kinetic energy to it. This
kinetic energy makes it change by becoming thicker and harder. When you stop stirring it changes back and
becomes runny again. The chemical name for when things get thicker when you stir them is 'dilatancy'. The opposite
of dilatancy is called 'thixotropy' or 'stir thinning'. There are not many stir-thickening substances around your home
but there are a lot of stir-thinning substances as you can see below. Your home is full of stir thinning liquids.
Tomato ketchup, honey, emulsion paint, toothpaste and mustard are all stir-thinning liquids. If you want to get ketchup
out of its bottle you shake it up to stir it and this makes it thinner and runnier. If a big pot of paint has been left a
while it will become thick and you cannot get it out of the pot. If you want to get it out of the pot then you have to stir
it up and this makes it runny again. The ink in ball point pens is also stir-thinning. If you turn a biro up-side-down the
ink will not flow out...so how come you can write with it? Well, at the tip of the biro is a small steel ball which churns
up the ink as you write (that's why it's called a 'ball point' pen). Since the ink is stir-thinning it becomes runny and
flows out of the pen and onto your paper, but only when you roll the ball in the pen by writing with it...clever eh?
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTREND EVOLUTIVI Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
TREND EVOLUTIVI ESEMPI Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it
TREND EVOLUTIVI: esempi
DYNAMIZATION
Fully Fluid or Field
Immobile Jointed
Flexible Pneumatic Based
System System
System System System
EXAMPLES:
steering systems
power transmission means
doors/security systems
ruler/measuring devices
chair, desk-lamps
sound recording (vinyl to tape to optical)
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTREND EVOLUTIVI: esempi
DYNAMIZATION
Generic Problem Generic Solutions
Fully Fluid or Field
Immobile Jointed
Flexible Pneumatic Based
System System
System System System
Specific Specific Quale sarà il futuro per…
Problem Solution Siringa
(Rigid Blade) ?
Gelatiera
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itCURVE A “S”
Performance
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itS-curve
(performance)
# Inventions
RELATIONSHIP
BETWEEN Level of
TECHNICAL Inventions
EVOLUTION
CURVES Profitability
Part Count
Time (or effort))
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itTraditional Innovation Process
Weak
Identify
Identify Formulate
Formulate Develop
Develop Evaluate
Evaluate Implement
Implement
Problem
Problem Problem
Problem Concepts
Concepts
Widely Used Techniques
Reli ab ili ty
Trial & Reliability rk et Robust Design
y E Ma ch
S t ud Cad/Cam r r or Analysis ea r
Brainstorming Res
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itThe Added Value of TRIZ
Identify
Identify Formulate
Formulate Develop
Develop Evaluate
Evaluate Implement
Implement
Problem
Problem Problem
Problem Concepts
Concepts
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itInnovazione Sistematica
FMA, HAZOP
oni i
zi od
TQ
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r et ing
FD
o
M
lab tri m or m
Q
l DF nst
Co n al MA a i
Br
co
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Theory of Constraints classico Technological Forecasting
Mo
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La
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tho
ee
us
d
in
Concurrent
tD
g
En
Engineering
es
ig
ue
n
al
V
And more…
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itESEMPI DI INTEGRAZIONE:
TRIZ – SWOT Analysis
SWOT Analysis:
Strengths-Weaknesses-Opportunities-Threats
S W S W S W
SUPERSYSTEM
T O T O T O
S W S W S W
SYSTEM
T O T O T O
S W S W S W
SUBSYSTEM
T O T O T O
PAST PRESENT FUTURE
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itESEMPI DI INTEGRAZIONE:
TRIZ – QFD
Eliminare le Risoluzione
attività non contraddizioni
necessarie (parametri in
(colonne vuote) conflitto)
Performance Measures Customer Rating
Importance (1-5)
Perf. Meas. 1
Perf. Meas. 2
Perf. Meas. 3
Perf. Meas. 4
Perf. Meas. 5
Perf. Meas. 6
Competitor 1
Competitor 2
Competitor 3
Competitor 4
Company
Customer Requirements
Need 1
Improve Need 2
Need 3
Need 4
Reduce Need 5
Need
Targets
Company Nuovi modi di
Competitor 1
Technical
Evaluation
Competitor 2 soddisfare le
Competitor 3
Competitor 4
esigenze del cliente
Absolute Importance (righe vuote)
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALCUNI ESEMPI (dal passato):
SEMINA PATATE (RUSSIA)
PROBLEMA: All’atto della semina delle patate, per piantarle nel terreno
le patate si incidono/tagliano rilasciando nel terreno del liquido che
attira le larve fuori dalle uova… le patate vengono bacate e solo
alcune crescono…
CONTRADDIZIONE TECNICA:
loss of substance VS speed/productivity
CONTRADDIZIONE FISICA:
le patate devono essere in terra per fare uscire fuori le larve, ma non
devono essere in terra per evitare di essere mangiate
SOLUZIONE: un mese prima della semina i contadini russi
innaffiavano i campi con acqua e patate macinate
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALCUNI ESEMPI (dal passato):
IDENTIFICAZIONE FUGHE GASDOTTO (ARIZONA)
PROBLEMA: Identificare le fughe di gas nei lunghi gasdotti in aree
deserte con il minimo dispendio di energie, di tempo e di soldi
SISTEMA IDEALE:
Le fughe di gas si segnalano da sole nel momento in cui si
verificano
RISORSE:
sole, terra/sabbia/sassi, aria… AVVOLTOI…
SOLUZIONE: piccole percentuali di gas derivante dalla putrefazione di
carni avariate venivano aggiunte al gas da trasportare…
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALCUNI ESEMPI (dal passato):
GHIACCIO SUGLI ELETTRODOTTI (ALASKA)
PROBLEMA: il ghiaccio che si forma sui cavi di trasmissione
dell’energia elettrica può portare alla rottura dei cavi stessi;
CONTRADDIZIONI TECNICA:
ridurre formazione ghiaccio VS dissipazione energia (effetto Joule)
ridurre dissipazione VS complessità del sistema
RIULTATO IDEALE:
Il sistema dissipa calore autonomamente solo quando la temperatura
scende sotto lo zero
SOLUZIONE: anelli di materiale con il punto di Curie
compreso fra 0 e 4ºC
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALTRI ESEMPI :
Protecting pipe bends from wear
PROBLEMA: A pneumatic transport system operating at a cement factory
moves sand and a finely-crushed raw material – clinker – along a pipeline
by compressed air. The pipes wear quickly, particularly where they bend
and the sand hits the wall. As a result, patches must be repeatedly welded
onto the worn areas of the pipe to repair it.
PRINCIPI
CONTRADDIZIONE TECNICA:
11 – Beforehand Compensation – Cushion
Speed VS Object Stability
27 – Cheap Disposable
Speed VS Reliability 28 – Mechanical Substitution
SOLUZIONE: Instead of patching a worn
place, a small iron case can be
welded to it. The problem
disappears: sand immediately fills
the case, thereby protecting the pipe
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALTRI ESEMPI :
Seed Planting
1. What is the final aim of the system?
Planted seeds
1. What is the Ideal Final Result outcome?
Seeds plant themselves
1. What is stopping you from achieving this IFR?
Seeds need to be under the ground before they will germinate
1. Why is it stopping you?
Currently, we have to drill a hole to drop the seed into
1. How could you make the thing(s) stopping you disappear?
If the seed drilled its own hole
1. What resources are available to help create these circumstances?
Seeds, ground, air, atmosphere
1. Has anyone else been able to solve this problem?
Nature solves the problem itself, but too slow and unreliable for commercial planting.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALTRI ESEMPI :
Seed Planting
It turns out that a very elegant solution to this ‘self-planting’ seeds problem
definition involves projecting the seeds into the ground at very high speed
(via a very simple rotating drum). About 400m/s to be precise. If this
sounds counter-intuitive (the seed gets damaged, right?), think again.
We like this example for two reasons:
1) it is a great example of finding and using existing
resources. In this case, the resource comes in the
form of the 400m/s value – which happens to be
supersonic; which in turn means that as the seed is
projected a shock wave is formed immediately in
front of it, which then serves to protect the seed
during impact with the ground.
2) It is also a good example of the ‘opportunity finding’
(as opposed to ‘problem solving’) side of problem
solving; an industry that has knowledge of high
speed projectile motion seeking to apply that
knowledge in another sector.
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itALTRI ESEMPI :
A Comfortable Bicycle Seat
CONTRADDIZIONE TECNICA:
Length Stat. VS Shape
CONTRADDIZIONE FISICA:
Wide VS Small
Dynamization
Separation
Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.itBIBLIOGRAFIA
Bibliografia (TRIZ theory): Bibliografia (creatività e innovazione tecnica):
§ Genrich Altshuller: “How to learn to invent” § Edward De Bono: “Six Thinking Hats"
§ Genrich Altshuller: “Algorithm of Inventing” § Clayton M. Christensen: "The Innovator's Dilemma: When
§ Genrich Altshuller: “And suddenly the inventor appeared” New Technologies Cause Great Firms to Fail
§ Genrich Altshuller: “Creativity as an exact science” (Management of Innovation and Change Series)"
§ Genrich Altshuller: “The Innovation Algorithm - TRIZ, systematic § Todd Epstein, Robert W. Dilts: "Tools for Dreamers:
innovation and technical creativity” Strategies for Creativity"
§ Uri Fedoseev, Genrikh Altshuller, Lev Shulyak, Steven Rodman: § Robert A. Burgelman: "Strategic Management of
“40 Principles: TRIZ Keys to Technical Innovation” Technology and Innovation"
§ John Terninko, Alla Zusman, Boris Zlotin: “Systematic Innovation: § Min Basadur: "The Power of Innovation: How to Make
An Introduction to Triz (Theory of Inventive Problem Solving)” Innovation a Way of Life and Put Creative Solutions to
§ Kalevi Rantanen, Ellen Domb: “Simplified TRIZ: New Problem Work"
Solving Applications for Engineers & Manufacturing § Tony Buzan, Barry Buzan: "The Mind Map Book: How to
Professionals” Use Radiant Thinking to Maximize Your Brain's Untapped
§ Semyon D. Savransky: “Engineering of Creativity: Introduction to Potential"
TRIZ Methodology of Inventive Problem Solving” § Lisa J. Scheinkopf: "Thinking For a Change: Putting the
§ Darrell Mann: “Hands On Systematic Innovation” TOC Thinking Processes to Use"
§ Timokhov: “Natural Innovation -Examples of creative problem- § Richard J. Park: "Value Engineering: A Plan for Invention"
solving in Biology, Ecology and TRIZ” § James M. Higgins: “101 Creative Problem Solving
§ Dana Clarke: “TRIZ: Through the Eyes of an American TRIZ Techniques: The Handbook of New Ideas for Business”
Specialist” § Richard Fobes: “Creative Problem Solver's Toolbox: A
Complete Course in the Art of Creating Solutions to
Siti web: Problems of Any Kind”
http://www.apeiron-triz.org (Ass. Italiana per l’Innovazione Sistematica) § Morgan D. Jones: “The Thinker's Toolkit: Fourteen
http://www.aitriz.org/ (Altshuller Institute for TRIZ) Powerful Techniques for Problem Solving”
http://www.etria.net/ (European TRIZ Association) § J. M. Utterback: “Mastering the Dynamics of Innovation”
http://www.triz-journal.com/ (TRIZ journal)
http://www.creax.com/triz/triz.html Mailing List:
TRIZ Topica (www.topica.com)Puoi anche leggere
