TRIZ (pron. “trees”)

Una introducción con fines académicos.

Teoría de la solución de problemas inventivos.

Recopilación por José Alberto Santos

Es el acrónimo ruso de lo que se puede traducir por “Teoría de Resolución de Problemas de Innovación”Desarrollada en 1946, por el científico ruso Genrikh Altshuller (1926 – 1998)

HISTORIA de Altshuller

Qué dio origen a Triz?

La pregunta central que dio origen a TRIZ fue: “¿Existen principios para la invención?”. De ser así, ¿cuántos? ¿cuáles? La única forma que tenía Altshuller de contestar era haciendo uso de la evidencia empírica: las soluciones reflejadas en las mejores patentes de invención registradas en la Oficina de la Armada en la que trabajaba.

Con la energía, disciplina y meticulosidad inusuales que lo caracterizaban, Altshullerrevisó miles de patentes, clasificándolas por el nivel de invención que reflejaban y los principios de solución que se aplicaban en las mismas. Los resultados de este esfuerzo monumental, unido al talento singular de Altshuller, fueron sorprendentes:

Se encontró que existían 40 Principios para generar soluciones creativas que se aplicaban una y otra vez en las más diversas ramas de la técnica.• Aparecieron 8 regularidades (leyes) que rigen la evolución en el tiempo de todos los sistemas técnicos.• Se identificaron 76 soluciones estándar para transformar sistemas con algunas deficiencias en sistemas mejorados. • Se descubrieron métodos únicos para resolver contradicciones sin tener que utilizar soluciones de compromiso, como es común en la práctica ingeniera habitual

Las repercusiones de estos hallazgos son inmensas. Por ejemplo, los 40 Principios constituyen una guía para enfocar los esfuerzos de búsqueda de los creadores. Con ello se puede reducir notablemente el tiempo necesario para realizar inventos. De hecho, la misma solución conceptual se puede aplicar en campos tan distantes como la agricultura y la fabricación de diamantes artificiales. Al ser desconocedores de estas posibilidades, los ingenieros se desgastan, los inventos demoran decenios y cuestan enormes cantidades de dinero.

Otro descubrimiento importante de TRIZ es el siguiente: sólo el 1% de los inventos registrados tiene rango de “descubrimiento”. El 85% de las invenciones tiene un nivel inferior y, además, sus soluciones se pueden transferir con facilidad de una rama del saber a otra. Conclusión: el 85% de lo que se investiga en un campo dado ya ha sido resuelto en otro. Sin embargo, allí no suele buscarse a causa de la “inercia psicológica” que abruma a nuestros ingenieros y profesionales en general. Al buscar solamente en el campo del saber que se domina, se excluye un inmenso potencial de soluciones que quedan “fuera de la caja”.

Altshuller estudió cerca de 200,000 patentesenfocando la metodología para encontrar lassoluciones inventivas.

Los clasifico en cinco categoriasNivel 1: Soluciones rutinariasLevel 2: Invenciones menores (existensistemas)Level 3: Fundamental cambio dentro del paradigamaLevel 4: Generación de invenciónLevel 5: Descubrimiento científico

Mov

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Nivel 5. Descubrimiento.

Ser pioneros en un nuevo sistema esencial.

Nivel 4. Inventando fuera del paradigma.

Un concepto para una nueva generación de un sistema existente, basados en cambiar el principio por la función primaria.

Nivel 3. Invención dentro del paradigma.

Mejoramiento esencial de un sistema existente

Nivel 2. Mejoramiento.

Pequeños mejoramientos de un sistema existente, usualmente con compromiso.

Nivel 1. Una solución aparente (No invención)

Soluciones establecidas, bien conocidas yaccesibles

Modelo General de TRIZ

Las Soluciones Estándar, por su parte, son todo un arsenal de métodos para resolver problemas que no ceden fácilmente al tratamiento convencional. Las soluciones creativas suelen ser muy similares a las soluciones convencionales, pero sin las desventajas de estas. Los mismos objetos que participan en el problema contienen lo necesario para generar la solución. Esa es otra peculiaridad extraordinaria de TRIZ: el uso de los recursos disponibles, accesibles, derivados y de bajo costo que están al alcance del sistema.

En TRIZ, a diferencia de otros métodos que tienden a expandir el espacio de búsqueda de soluciones al máximo, se hace todo lo contrario: se postula que las soluciones más creativas se encontrarán “cerca” de los objetos que están directamente involucrados en el problema, y se evita resolver introduciendo más y más recursos u objetos extraños. Esta condición de “mundo cerrado”, lejos de ser una restricción, se convierte en una fuente de solución de ideas originales y creativas.

Herramientas:Herramientas:

Se entiende como la capacidad para combinar ideas o sistemas de una manera original o para establecer asociaciones poco comunes entre las ideas.

Herramientas:

Es la transformación de una idea en un producto vendible nuevo o mejorado o en un proceso operativo

Inercia Psicológica

La solución de problemas dependede las competenciasen la solución de problemas.Los problemas a resolver, a menudosolo son resueltos con conocimiento y experiencia.

La inercia Psicológicase presenta en diversas formas

HábitosHistoria/TradicionesPolíticas/ProcedimientosRoles/Guías o métodosEducaciónExperiencias pasadas

Ley de Idealidad y del Resultado Final ideal (RFI)

No es compleja

No es costosa

No emplea tiempo

No usa esfuerzo Humano

No consume energía

Y, sin embargo la función se cumple de manera adecuada.

Donde:D: representa un sistema que busca la

idealidadΣfu: suma de las funciones útiles del

sistemaΣFn: suma de las funciones dañinas

causadas por el sistemaΣFs: suma de los gastos generados por

el sistemaFn y Fs se interpretan como costos del

sistema

Combinando contradiciones e idealidad

La integración de la contradicción y la idealidad ayudan a resolver problemas inventivos.

La idealidad ayuda a aclarar la solución.La contradicción ayuda a describir el estado problema-solución.

Métodos y herramientas de TRIZMatriz de la contradicción (39 x 39) Nivel de invención Patrones en la evolución de sistemas tecnológicosAnálisis de Sustancia-Campo Ley de Idealidad y del Resultado Final ideal (RFI) Sistema de sistemas y de recursos Los efectos científicos y técnicos ARIZ: Algoritmo para solucionar problemas inventivos Determinación de anticipación de fallas y evolución dirigida del producto

Matriz de la contradicción (39 x 39):

Las contradicciones de clasifican en:

Contradicciones Técnicas: representan el conflicto entre dos elementos de un mismo sistema

Contradicciones Físicas: implican contradicciones de un mismo elemento físico, donde parece obvio que una característica no puede ser y no ser a la vez.

Contradicciones Humanas: se debe a lo que Altshuller llamó “Inercia psicológica” que consiste en un bloqueo o resistencia a aceptar un cambio, producto de la creatividad de otros.

Lista de las 39 características1. Peso de objeto móvil 2. Peso de objeto estacionario 3. Longitud del objeto móvil 4. Longitud del objeto estacionario 5. Área del objeto móvil 6. Área del objeto inmóvil 7. Volumen de objeto móvil 8. Volumen de objeto estacionario 9. Velocidad 10. Fuerza 11. Tensión o presión 12. Forma 13. Estabilidad de la composición del objeto 14. Resistencia 15. Duración de la acción por un objeto móvil 16. Duración de la acción por un objeto estacionario 17. Temperatura 18. Intensidad de la iluminación * (jerga) 19. Uso de la energía moviendo el objeto

20. Uso de la energía por el objeto inmóvil 21. Energía * (jerga) 22. Pérdida de energía 23. Pérdida de sustancia 24. Pérdida de información 25. Pérdida de tiempo 26. Cantidad de sustancia/de la materia 27. Confiabilidad 28. Exactitud de la medida 29. Precisión de la fabricación 30. El daño externo afecta el objeto 31. factores dañosos Objeto-generados 32. Facilidad de la fabricación 33. Comodidad de uso 34. Facilidad de la reparación 35. Adaptabilidad o flexibilidad 36. Complejidad del dispositivo 37. Dificultad de la detección y de medir 38. Grado de la automatización 39. Productividad *

Lista de los 40 principiosPrincipio 1. Segmentación Principio 2. El tomar hacia fuera Principio 3. Calidad local Principio 4. Asimetría Principio 5. Combinación Principio 6. Universalidad Principio 7. “Jerarquizó la muñeca”Principio 8. Contra-peso Principio 9. Contra-acción preliminar Principio 10. Acción preliminar Principio 11. De antemano amortiguando Principio 12. EquipotentialityPrincipio 13. 'El contrario Principio 14. Spheroidality -curvatura Principio 15. Dinámica Principio 16. Acciones parciales o excesivas Principio 17. Otra dimensión Principio 18. Vibración mecánica Principio 19. Acción periódica Principio 20. Continuidad de la acción útil

Principio 21. El saltar Principio 22. “Bendición en disfraz” o “limones de la vuelta en la limonada”Principio 23. Regeneración Principio 24. “Intermediario”Principio 25. Autoservicio Principio 26. Copiado Principio 27. Objetos vivos cortos baratos Principio 28. Substitución de los mecánicos Principio 29. Neumática e hidráulica Principio 30. Cáscaras flexibles y películas finas Principio 31. Materiales porosos Principio 32. Cambios del color Principio 33. Homogeneidad Principio 34. Desecho y recuperación Principio 35. Cambios del parámetro Principio 36. Transiciones de la fase Principio 37. Extensión termalPrincipio 38. Oxidantes fuertes Principio 39. Atmósfera inerte Principio 40. Materiales compuestos

Matriz de Altshuller

Patrones en la evolución de sistemas tecnológicos• Ciclo vital del nacimiento, del crecimiento, de la madurez y de la muerte.

Ejemplo: el Vapor-motor y los propulsores substituyeron los barcos, por los remos

• Tendencia de la idealidad de aumento. Ejemplo: Impresoras con una resolución y velocidades de impresión mejores

• Desarrollo desigual de subsistemas dando por resultado contradicciones. Ejemplo: Los aeromotores de gran alcance se convirtieron más rápidamente que el diseño del ala

• Primero para emparejar piezas y piezas más últimas de la unión mal hecha (a la ventaja del aumento). Ejemplo: Embolsar el cuchillo con una lámina, entonces muchas láminas, finalmente con la tijera, los destornilladores, los abrelatas de poder etc. (el cuchillo suizo del ejército)

• La complejidad de aumento siguió por simplicidad con la integración. Ejemplo: PWB con la porción de componentes que conducen al circuito integrado

• Transición de la sistema de macros al micro-system. Ejemplo: Hojas de cristal rodadas al cristal de flotador Los rodillos de acero con la reducción de diámetros conducen en última instancia a las moléculas de la lata fundida que actúan como rodillos

• La tecnología sigue dinamismo y controlabilidad de aumento. Ejemplo: Indicador de madera, al indicador telescópico, al indicador del laser

• Implicación humana que disminuye con el aumento de la automatización. Ejemplo: Todos los controles a bordo en el satélite

Análisis de Sustancia-Campo

En la TRIZ y en especial cuando se lleva a cabo un análisis de “sustancia-campo” la señalización de las flechas es la siguiente:

a) Línea llena: Efecto deseado

b) Línea punteada: Efecto deseado pero insuficiente

c) Línea curva: Efecto dañino, indeseado o nulo

d) Línea ancha: Quiere decir “el sistema evoluciona a otro estado”.

Sistema de sistemas y de recursos

SubsistemasSistemasSuprasistemas

Recursos del espacio Recursos de Tiempo Recursos de sistema Recursos de la función InformaciónSustanciasRecursos de la energía y del campo

ARIZ: Algoritmo para solucionar el problema inventivo

PASO 1: Identificar y formular el problema

Método de TRIZ: Utilizar el cuestionario innovador de la situación (ISQ)

PASO 2: Hacer los modelos del S-Campo de las piezas del sistema que tienen problema

Método de TRIZ: Utilizar el modelo del S-Campo

PASO 3: Formular un resultado final ideal (IFR) y definir el ideal

Método de TRIZ: Definir IFR y el ideal

PASO 4: Hacer una lista de los recursos disponibles (del sistema, de los subsistemas y del supersistema)

Método de TRIZ: Enumerar los recursos disponibles

PASO 5: Mirar en la base de datos de ejemplos y encontrar una solución análoga Método de TRIZ: Mirar los ejemplos de la base de datos de las soluciones inventivas para la tendencia de la evolución que es aplicable para tu sistema

PASO 6: Resolver la contradicción técnica o física por usar inventivo o principios de la separación

Método de TRIZ: Utilizar la matriz de la contradicción y los principios inventivos para resolver contradicciones técnicas o para utilizar principios inventivos de la separación para resolver contradicciones físicasPASO 7: A partir de el modelo del S-Campo, generar varios conceptos de la solución Métodos de TRIZ: Conocimiento-base de datos de efectos

PASO 8: Poner las soluciones en ejecución usando solamente los recursos disponibles libres del sistema PASO 9: Analizar el sistema modificado para verificar que aparecen ningunas nuevas desventajas

Determinación de anticipación de la falta y evolución dirigida

Éstos son dos de las adiciones más recientes a la caja de la herramienta de TRIZ. La determinación de anticipación de la falta (AFD) es una herramienta para sistemáticamente identificar y eliminar fallo del sistema antes de que ocurran éstas. (en contestación a la pregunta ¿“cómo podemos hacer que el sistema falla? ”).La evolución dirigida es una extensión a las tendencias de la evolución y permite que el diseñador anticipe un panorama futuro y visualice un mejor producto vendedor futuro y se mueva agresivamente en su puesta en práctica.

Ejemplo de aplicaciónDescripción del problema a resolver: En un proceso industrial químico general era necesario emplear un catalizador líquido (compuesto de molibdato) para que dos sustancias, “A” y “B”, tambien en fase líquida, reaccionen para obtener un producto final “C” de acuerdo a:

A + B + Catalizador → C + catalizador + A +B (residuales)↑ ↓

Continuación…El proceso se llevaba a cabo por lotes puesto que

las reacciones y los productos finales se encontraban mezclado en una fase líquida. Una vez terminada la reacción se descargaba el reactor, enviando toda la mezcla a otro proceso en donde eran separados los diferentes componentes. El Catalizador se regresaba al reactor para acelerar las reacciones del siguiente lote.

Continuación…Producto “C”

Productos MezcladosReactor Separación

Catalizador

“A” + “B”

Continuación…Los factores negativos del proceso debido a los cuales el

investigador sugirió un cambio tecnológico fueron los siguientes:

1. La gran mayoría de los procesos industriales que se llevan a cabo en lotes son muy ineficientes debido a las pérdidas de tiempo, tanto en la carga y descarga de los equipos como en la mano de obra involucrada.

2. En el proceso que aquí se describe, la descarga del catalizador de nuevo al reactor, involucra tiempo adicional.

3. Los procesos por lotes no pueden automatizarse con la misma eficiencia que aquellos de flujo continuo.

4. La productividad también sufre pérdidas por los puntos anteriores.

Continuación…En Base a lo anterior se sugirió una solución “ideal”, mediante la cual el catalizador llevara a cabo su función de acelerar las reacciones y pereciera dentro del reactor por si mismo, dejando que saliera el producto final “C”. El siguiente esquema representa esa solución “ideal”.

Reactor

+ Catalizador

Fijo

Producto “C”“A + B”

Continuación…Una vez visualizada la solución ideal, el investigador

revisa los 40 principios de inventiva, sugiriendo “atrapar” o “retener” el catalizador dentro del reactor, para lo cual llega a las siguientes conclusiones.

Será necesario llevar a cabo una “acción previa” (principio 10) para fijar el catalizador sobre un soporte que se encuentra dentro del reactor. Para ello se requerirá de un “mediador” (principio 24) el cual se encargara de detener al catalizador. Finalmente se decide que dicho mediador debe ser un “material poroso” (principio 31) por su alta superficie de contacto y su bajo peso por unidad de volumen (densidad). Ese producto servirácomo soporte al catalizador.

Continuación…Dicho producto fue y es un alcohol

polivinilico de alto peso molecular, que actualmente se sigue empleando en la industria soviética con gran éxito. El material poroso retiene al catalizador debido a que forma enlaces químicos con él, permitiendo que lleve a cabo su función de acelerar las reacciones pero no dejando que salga del equipo.