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?