- sistemsko traženje rešenja -...
TRANSCRIPT
Archi
v #
Niš, jul 2015.
530577-TEMPUS-1-2012-1-RS-TEMPUS-JPCR
IPROD: IMPROVEMENT OF PRODUCT DEVELOPMENT
STUDIES IN SERBIA AND BOSNIA AND HERZEGOVINA
Inovacioni menadžment - Sistemsko traženje rešenja -
Archi
v #
TRIZ
Na osnovu istraživanja patenata, ruski inženjer Altšuler je 1956. godine publikovao svoju teoriju nalaženja rešenja problema.
On je analizirao veliki broj postojećih patenata i objavio svoj rad «Zakonitosti pronalazaka». Ove zakonitosti čine osnovu niza metoda. Ova zbirka metoda popularno je nazvana TRIZ (rus. “Теория Решения Изобретательский Задач» - Teorija inventivnog rešavanja problema) i obuhvata područje modeliranja funkcija i sistematskog traženja. Principi evolucije tehničkih sistema predstavljaju TRIZ parcijanu metodu.
Henrik Altšuler (Генрик Саулович Алтшуллер)
TRIZ je alat za rešavanje problema, analizu i predviđanja
koja proizilazi iz studija obrazaca pronalazaka u globalnoj
patentnoj literaturi.
Archi
v #
S-kriva
Pomoću principa evolucije preuzeta su ispitivanja, da se aktuelni
tehnički problemi dovedu u analogiju sa biološkom evolucijom
razvoja. Pokazalo se da za tehničke sisteme i njihov razvoj važe opšta
pravila.
Primena principa evolucije tehničkih sistema počinje sa uvođenjem
razmatranja sistema preko tehnološke S-krive. Zbog toga će kod
primene pravila evolucije tehničkih sistema uvodi apstraktni cilj daljeg
razvoja razmatranog sistema. Ovaj cilj, odnosno misaoni podsticaj, čini
osnovu za dalje traženje rešenja preko sistematskih, intuitivnih ili
asocijativnih metoda. Kod primene principa evolucije svrsishodno je
znati sledeće osnovne postupke.
U početku analize treba učiniti pokušaj, kako za sopstvene proizvode,
tako i za proizvode konkurencije, da se uoče (alociraju) odgovarajuce
faze S-krive datog sistema. Od rezultata ove alokacije zavise dalji
postupci.
• Sistem u fazi I
Razvoj tehničkog sistema biće rešen preko osnovnih istraživanja i otkrića novog
fizičkog efekta.
• Sistem u fazi II
Paraleno sa uvođenjem sistema na tržište, vrši se i dalji razvoj tehnologije u smislu
optimizacije sistema, sto dovodi do kvalitetnog proizvoda.
• Sistem u fazi III
Sistem je dostigao visoki nivo; dalja njegova tehnička poboljšanja su teška i
povezana sa visokim troškovima. Znatno poboljšanje kvaliteta sistema moguće je
samo kroz uvodjenje sasvim nove tehnologjje (tehnoloski skok).
Postupci kod primene evolucionih
principa tehničkih sistema
Dobijanje tehnološke S-krive za razmatrani sistem
Pravila
funkcionisanjaPravila
funkcionisanja
Pravila
optimizacijePravila
optimizacije
Pravila
prelazaPravila
prelaza
Tok definisanja cilja kod traženja rešenja
Sistem u fazi I
Sistem u fazi I
Sistem u fazi II
Sistem u fazi II
Sistem u fazi III
Sistem u fazi III
I II III
Archi
v #
Cilindrični – konični zupčanik
S-kriva - zupčanici
Antikiterski mehanizam
1. vek p.n.e.
Sat-kula – Sibiu
1492.
Archi
v #
Bio zupčanici Issus coleoptratus
(otkriveno 2013.)
S-kriva - zupčanici
Archi
v #
S-kriva
Istorijski se razmatra razvoj tehničkih sistema preko takozvane evolucione odnosno tehnološke S-krive.
Po predstavljanju tehničkog sistema u njegovoj evolucionoj krivi razmatraju se tri parametra: nivo (visina) pronalazaka, broj pronalazaka
godišnje i profitabilnost sistema. Pomoću njih je moguće da se pouzdano ustanovi stanje razvoja sistema i postavi u nekoj od tri faze
evolucione krive. Pri tome treba obratiti pažnju, da istorijski pogled unazad dovodi do pouzdane procene svake aktuelne situacije. Bitno je da
se ovi parametri međusobno postave i pozicioniraju na S-krivi kao i diskusija koja iz toga proizilazi.
Evoluciona kriva tehničkog sistema na primeru vazdušnog jastuka i mobilnih telefona
Faza II Faza IIIFaza I
Airbag postaje serijska oprema vozila
Daimler-Benz nudi Airbag
Tehnologizacija
Da li je naredna tehnologija u
izgledu?
Pe
rfo
rma
nsa
sis
tem
a (
np
r. s
na
ga
)
1951
1981
1999
Patentni crtež
Vreme
Archi
v #
Nivo pronalaska
Osnovni pronalasci novog tehničkog sistema, dovode najčešće do visokog nivoa pronalaska. Druga visoka tačka dobija se kroz pronalaske, vezane za prelomnu tačku u pogledu protabilnosti. Kao posledica dalje opada nivo pronalazaka koja se odnosi na ovaj sistem.
Pogled na patentnu literaturu na temu «Airbag» jasno odslikava pad nivoa pronalazaka u toku razvoja sistema . Za vreme osnovnog patenta iz 1951. godine centralni princip funkcionsanja koji je prijavljen za zaštitu, obuhvatao je aktuelni patentni opis zaključno sa poboljšanjima u detalje.
Prema Altšuleru patentna prava igraju važnu ulogu u primeni evolucionih principa tehničkih sistema. Dok su obimna patentna otkrića ranije bila naporna i skupa, danas stoje na raspolaganju nekoliko besplatnih Online banki podataka koje podržavaju odgovarajući softveri. Otkrića pomoću ovih banki podataka su često nepotpuna, tako da je obuhvaćen samo deo patentne literature preko tehničkih datoteka. Ovo važi naročito za sve patente, koji su prijavljeni pre 1975. godine.
Valter Linderer: 6. oktobar 1951: Patent Nr. 896312 DE – Einrichtung zum Schutze von in Fahrzeugen befindlichen Personen gegen Verletzungen bei Zusammenstößen (prev: Uređaj za zaštitu putnika u vozilima od povreda pri sudarima)
Džon Hetrik – 18. avgust 1953: U.S. patent #2,649,311: Safety cushion assembly for automotive vehicles (prev. Sklop sigurnosnog jastuka za automobilska vozila)
Razvoj nivoa (visine) pronalazaka
na primeru vazdušnog jastuka
Broj pronalazaka
Nivo pronalazaka
Profitabilnost
Performanse sistema
Vreme
Opadajući nivo
pronalazaka
Archi
v #
Profitabilnost
Broj pronalazaka
Nivo pronalazaka
Performanse sistema
Vreme
• Faza I: Pojedini osnovni pronalasci
• Faza II: Manje važni dodatni pronalasci• Faza III: Mnogo “manjih” pronalazaka za
optimizaciju sistema
Broj US-patentnih prijava na
temu “Airbag” od 1975
Broj pronalaska, Profitabilnost
Broj prijavljenih pronalazaka razvija se obrnuto
proporcionalno nivou pronalazaka. Manje osnovnih
pronalazaka rešava razvoj novog sistema, jer se tada kroz
mnoge pronalaske na nižem nivou teži tehničkoj perfekciji.
Ovaj razvoj takođe se može dokumentovati na primeru
vazfušnog jastuka. Ideja vazduhom napunjenog jastuka kao
sigurnosnog sistema za automobile pojavila se već 1951.
godine kao patent. Do kraja 80-tih godina prijavljeno je manji
broj patenata iz te oblasti, uprkos tome što je u tom periodu
Airbag razvijen do serijske proizvodnje. Tek početkom
devedesetih godina kada je sistem češće bio serijska oprema
vozila, naglo raste broj prijavljenih patenata iz te oblasti.
Razvoj broja prijavljenih patenata stoji u uskoj vezi sa
profitabilnošću sistema. Ekonomski bilans tehničkih sistema
je do njihovog otkaza odnosno do početka faze II negativan.
Profitabilni su oni sistemi koji se nalaze u fazi III. Naravno
ako se obuhvate veliki broj preduzeća koji takve sisteme
razvijaju, onda to objašnjava visok broj prijavljenih patenata.
Broj instaliranih Airbag-jedinica raste od nule u 1981. godini
do 80 miliona u 1999. godini. Danas se proizvodi 300 miliona
jedinica godišnje.
Različiti nivoi traženja rešenja u
procesu razvoja proizvoda
Archi
v #
Pravila evolucije tehničkih sistema
1. Kompletnost delova sistema
2. «Energerska» prohodnost (spremnost) sistema
3. Podešavanje ritmike delova sistema
4. Uvećanje stepena idealnosti sistema
5. Neravnomernost razvoja delova sistema
6. Prelaz sa makro na mikro ravan
7. Prelaz na viši sistem
8. Prelaz na promenljivo delovanje materijal-okolina
Archi
v #
1. Kompletnost delova sistema
«Potrebni uslov za radnu sposobnost tehničkog sistema je da
glavni delovi sistema imaju minimalnu funkcionalnu
sposobnost na istom nivou.»
Najčešće jedan osnovni pronalazak ne može samostalno
pouzdano da obezbedi funkciju novog sistema. Potrebni su
dalji usmereni koraci razvoja da bi se sistem funkcionalno
oblikovao. U ovoj situaciji za dalji razvoj sistema treba rešiti
sledeća pitanja:
• Gde još postoje funkcionalni nedostaci kod razmatranog
sistema?
• Kako je moguće ukloniti te funkcionalne nedostatke?
Primer «Airbag»:
Patent od 1951. godine opisuje prinzip funkcionisanja Airbag-a
koji je i danas važeći. Pokazalo se ipak u toku daljeg razvoja,
da na osnovu u patentu datog tehničkog rešenja za vazdušni
jastuk, gasgenerator i «okidač» nisu mogli da omoguće
funkcionalnu sposobnost sistema. Posledica toga je da se za
svaki parcijalni sistem moralo razraditi funkcionalno sposobno
rešenje.
Kompletnost delova sistema
Generator
Vazdušna vreća
Upravljački uređaj
Kućište
Archi
v #
2. «Energerska» prohodnost (spremnost) sistema
«Potrebni uslov radne sposobnosti tehničkog sistema je
energetski tok kroz sve delove sistema.»
Pored funkcionalne sposobnosti parcijalnih sistema, za
funkcionisanje kompletnog sistema mora takođe da bude
obezbeđen prenos energije između pojedinih delova sistema.
Primer «Airbag»:
Pokazalo se da naduvavanje vazdušne vreće komprimovanim
vazduhom, kako je bilo predviđeno patentom iz 1951, ne ide
dovoljno brzo. Nedovoljni protok energije i materijala između
gasgeneratora i vazdušne vreće, mogao je biti rešen tek
primenom pirotehničkog gasgeneratora.
Obezbeđenje “energetske prohodnosti”
Punjenje vazdušne vreće komprimovanim
vazduhom
Punjenje vazdušne vreće pomoću pirotehničkog
gasgeneratora
Sistem ne ispunjava funkciju zbog sporog
punjenja
Sistem sigurno ispunjava funkciju brzim punjenjem
Airbag-a
Archi
v #
3. Podešavanje ritmike delova sistema
«Potrebni uslov radne sposobnosti sistema je podešenost
ritmike (na primer frekvencije oscilovanja ili periodičnosti)
delova sistema.»
Dovoljno tačno vremensko ili funkcionalno podešavanje
parcijalnih funkcija sistema igra u mnogim slučajevima
odlučujući značaj za globalnu funkciju sistema. Ako ova
saglasnost kod sistema nije obezbeđena, mora se pokušati sa
primenom principa podešavanja (upravljanje ili regulisanje).
Primer «Airbag»:
U patentu od 1951. predviđeno je da aktiviranje Airbag-a
izvodi sam vozač ili preko udarne poluge integralnog
prekidača. Obadva rešenja nisu osigurala pouzdano aktiviranje
Airbag-a kod sudara (saobraćajnih nezgoda). Tek
elektromehanički senzor sudara omogućio je izradu efikasnog
sigurnosnog sistema.
Podešavanje vremenski usaglašenog
delovanja
Ručno aktiviranje Airbag-a
Aktiviranje Airbag-a preko elektromehaničkog senzora
udara
Funkcija sistema je osigurana kroz
pouzdano aktiviranje
Funkcija sistema nije osigurana zbog neade-
kvatnog upravljanjaAktiviranje Airbag-a preko
prekidača na udarnoj polugi
Archi
v #
4. Uvećanje stepena idealnosti sistema
«Razvoj sistema odvija se u smeru uvećanja njegove
idealnosti.»
Idelanost je relativno apstraktni pojam, koji kod različitih
tehničkih sistema dobija različiti značaj. Idealni sistem je
«nepostojeći» sistem. Pri tome se misli, da bude ispunjena
zadata funkcija sa minimalnim utroškom resursa. U primeni
mora vrlo često individualno biti definisano, šta se u
konkretnom slučaju pod idealnošću razume. Upravo diskusija o
tome (šta se u konkretnom slučaju pod idealnim sistemom
razume) može da dovede do mnogobrojnih poboljšanja ili do
novih tehničkih rešenja.
Primer «Airbag»:
Kao idelani Airbag može se definisati Airbag koji u svim
mogućim slučajevima nezgoda nudi dovoljnu zaštitu ljudi. To
je i pravac u kome teče razvoj automobila. Primenom različitih
Airbag-a treba uvek omogućiti što bolju zaštitu u kritičnim
situacijama.
Uvećanje idealnosti sistema
Obimna zaštita putnika sa više različitih Airbag-a
Čeoni Airbag
Pojedinačni Airbag vozača
Temeni Airbag
Bočni Airbag
Archi
v #
5. Neravnomernost razvoja delova sistema
„Razvoj delova sistema odvija se neravnomerno: ukoliko je sistem
komplikovaniji veća je neravnomernost razvoja njegovih delova“
S obzirom na njihove parcijalne sisteme, tehnički sistemi razvijaju
se neravnomerno. To znači da u svakom razmatranom sistemu
postoji aktuelno tehničko «usko grlo». Za dalji razvoj postojećih
sistema moraju takva uska grla da se identifikuju i prevaziđu. Kada
se to uspe, onda drugi parcijalni sistem preuzima ulogu uskog grla,
pa se na njemu koncentrišu aktivnosti vezane za razvoj sistema.
Primer «zaštita putnika»
Razvoj sistema zaštite putnika u putničkim vozilima pokazuje vrlo
jasno nehomogenost tehničkog razvoja. Sigurnosni pojasevi čine
osnovu za sigurnost putnika u vozilima. Po njihovom uvođenju
razvojne aktivnosti koncentrišu se na sigurno oblikovanje
karoserije. Pri tome se pokazalo da zaštita putničkog prostora kod
sudara sa velikom brzinom moguća samo kroz odgovarajuće čvrsto
oblikovanje zone sudara. Kaiš kao sistem za pričvršćivanje nije
dovoljan kod delovanja takvih ubrzanja na putnike, tako da se i
Airbag koristi kao dodatni sistem zaštite. Kod ugradnje ovih
sistema, ponovo se postavlja pitanje usavršavanja i dogradnje
karoserije.
Zavisnost između različitih
sigurnosnih sistema
Sigurnosni kaiš
Zategnuti kaiš
Karoserija
Airbag
Zaštita putnika
Archi
v #
6. Prelaz sa makro na mikro ravan
„Razvoj radnih organa sistema izvodi se najpre na makro ravan a
na kraju na mikro ravan.“
Kod mnogih sistema može da se uoči, da proces tehničke
optimizacije obuhvata najpre makroskopski oblik (geometrijski
oblik, raspodela masa, itd.). Ako je u ovom pogledu postignut
maksimum, dalji razvoj koncentriše se na mikroskopsku promenu
strukture u cilju poboljšanja funkcije. Pri tome mikroskopske
promene mogu da budu na primer površina ili struktura materijala.
Primer „senzor sudara“
Senzor sudara u upravljačkom delu Airbag-a razvijao se od
jednostavnog elektromehaničkog inercijalnog prekidača do jako
minijaturnog senzora ubrzanja, pomoću koga je moguće dobiti
tačni kvantitativni odziv prema jačini sudara. Smanjenje dimenzija
(minijaturizacija) ima za posledicu ne samo značajno smanjenje
cene, već i poboljšanje funkcije kompletnog sistema “Airbag”.
Porast minijaturizacije
Mikromehanički senzor ubrzanja u silicijumskoj
tehnologiji
Elektromehanički senzor sudara
Mikromehanički senzor ubrzanja u hibridnoj
tehnologiji
Archi
v #
7. Prelaz na viši sistem
“Po iscrpljivanju njegovih razvojnih mogućnosti sistem biva
prihvaćen kao deo višeg sistema”.
Ako se razmatrani sistem nalazi u fazi III na evolucionoj krivi
razvoja, mora prema mogućnosti da se traži tehnološki skok. Važan
podsticaj za takav tehnološki skok dobija se često kroz sistematsko
proširenje granica sistema. Zbog toga ne treba sistem biti izolovan,
već u vezi sa svojom okolinom. Na osnovu ovakve sveobuhvatne
analize može da se izvede formulacija cilja, što može da dovede do
sasvim novih rešenja.
Primer “Airbag”
Klasični Airbag služi za zaštitu putnika u vozilu. Proširenje granice
sistema može da se izvede kroz sledeće pitanje: “Može li se razviti
takav Airbag da kompletan unutrašnji prostor vozila uključujući i
putnike štiti od posledica sudara? Još radikalnije pitanje glasi:
“Može li Airbag kompletno vozilo od sudara da štiti?” ili “Može li
sistem generalno da umanji sudar?”
Proširenje granica sistema
Zaštita kompletnog vozila
(uključujući i putnike) od
posledica sudara
Zaštita putnika kod
deformacije vozila
Archi
v #
8. Prelaz na promenljivo delovanje materijal-okolina
«Razvoj tehničkih sistema teče u pravcu uvećanja udela i uloge naizmeničnog delovanja materijal-okolina».
Tehnološki skok dobija se često zamenom klasičnih mehaničkih interakcija principima delovanja, baziranih
na daljinskom delovanju. Zbog toga treba kod traženja sasvim novih principa delovanja uvek postaviti
pitanje, kako aktuelni zadatak može da se reši «bezkontaktno» (strujno polje, elektromagnetno polje, itd.).
Primer «Airbag»
«Da li je kod upravljanja Airbag-om svrsishodno, primeniti senzore koji upozoravaju na sudar tek kod pojave
mehaničkog oštećenja? Nije li bolje da oni reaguju «bezkontaktno», pre nego što dođe do mehaničkog
dodira? Dobija li se na ovaj način veća sigurnost? Ili može li sudar preko odgovarajućih mera potpuno biti
izbegnut?