TRIZ FEATURES: NUOVE FUNZIONALITÀ NEI SISTEMI CAD DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE CONCETTUALE

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE DIPARTIMENTO DI MECCANICA E TECNOLOGIE INDUSTRIALI Corso di laurea in Ingegneria Meccanica TRIZ FEATURES: NUOVE FUNZIONALITÀ NEI SISTEMI CAD DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE CONCETTUALE Relatori: Dott. Ing. Gaetano Cascini Prof. Ing. Paolo Rissone Ing. Federico Rotini Ing. Davide Russo Candidato: Yuri Borgianni

2 Indice Indice INTRODUZIONE... 5 CAPITOLO 1 INNOVAZIONE SISTEMATICA NEL CICLO SVILUPPO PRODOTTO Metodi per l innovazione e di problem solving all interno del ciclo sviluppo prodotto: stato dell arte, limiti e prospettive L ambiente dei sistemi PLM Evoluzione attesa dei sistemi CAIPLM La scelta di implementare il TRIZ in un CAD Descrizione delle caratteristiche fondamentali del TRIZ Approccio del TRIZ alla riprogettazione dei prodotti Legami tra il TRIZ ed i sistemi CAD Scelta di implementare il TRIZ in un sistema CAD Elementi di teoria e strumenti del TRIZ Ragionare e risolvere i problemi con il TRIZ I 40 principi inventivi La matrice delle contraddizioni L Analisi SubstanceField e le 76 Soluzioni Standard La scelta degli strumenti più opportuni nell integrazione del TRIZ con i sistemi CAD CAPITOLO 2 SVILUPPO DELLA BASE TEORICA, INDAGINE SUL FUNZIONAMENTO DEGLI STRUMENTI SCELTI La matrice delle contraddizioni ridotta Scelta dei parametri nella matrice delle contraddizioni ridotta Scelta dei principi inventivi nella matrice delle contraddizioni ridotta Costruzione della matrice delle contraddizioni ridotta Validazione della matrice ridotta su recenti innovazioni Scarpe da tennis estensibili Toyota Goccia di Mercurio Stampante ad anello Padella asimmetrica Guanto Magico La Lavatrice Lava Persone Occhiali curvati Contenitore smontabile per la spazzatura Tastiera flessibile Carrello per la spesa a sei ruote Stringere pezzi di forma complessa Carte magnetiche Validazione della matrice ridotta su costruzioni meccaniche Boccole di materiale composito

3 Indice Cuscinetti radiali a due corone di sfere Cuscinetti orientabili a sfere Giunto Giubo Cinghie polyv Ruotismi epicicloidali Barra di torsione corta Una chiave migliore Cilindri forzati Viti a ricircolazione di sfere Considerazioni immediate sulla validazione sulla matrice ridotta Commenti, prime considerazioni e necessità evidenti in base allo studio sulla matrice delle contraddizioni ridotta Statistiche sulla matrice delle contraddizioni ridotta e necessità di introdurre metodologie alternative Analisi della ricorrenza dei principi nella matrice delle contraddizioni ridotta Analisi della ricorrenza dei principi in forme derivate dalla matrice delle contraddizioni ridotta Alternative alla matrice delle contraddizioni ridotta nel suggerimento dei principi innovativi: formulazione step by step Analisi con i metodi alternativi degli esempi aventi esito negativo con la matrice delle contraddizioni ridotta Analisi su tutti gli esempi con tutti gli step: riformulazione di alcuni metodi alternativi Panorama statistico completo con combinazione delle metodologie Considerazioni aggiuntive CAPITOLO 3 IMPLEMENTAZIONE IN UN SISTEMA CAD Descrizione dell applicabilità dei principi in un sistema CAD Applicazione dei parametri della matrice delle contraddizioni ridotta Significato dei parametri e casi particolari di applicazione Modalità di selezione dei parametri Strumento per la selezione dei parametri prestazionali e sua applicazione Criteri per la costruzione e realizzazione del diagramma a blocchi della feature Adattabilità della TRIZ feature alle capacità dell utente Costruzione della TRIZ feature con il metodo della selezione diretta dei parametri Diagramma a blocchi della TRIZ feature Variazioni da apportare con il metodo della selezione indiretta dei parametri

4 Indice CAPITOLO 4 ESEMPIO DI APPLICAZIONE DELLA TRIZ FEATURE IN AMBIENTE CAD Descrizione dell innovazione su cui effettuare l esempio La borchia Lo spider Analisi del sistema spider in ambiente CAD con la TRIZ feature Soluzione innovativa dedotta dall analisi con la TRIZ feature CAP.5 CONCLUSIONI Sviluppi attesi dell implementazione tra TRIZ e CAD Inquadramento del lavoro svolto nel processo di implementazione tra TRIZ e CAD Evoluzione attesa della TRIZ feature APPENDICI E BIBLIOGRAFIA Appendice 1 I 40 principi inventivi del TRIZ Appendice 2 Matrice delle contraddizioni Appendice 3 Listato delle form della TRIZ feature Bibliografia e siti di riferimento Fonti delle illustrazioni

5 Introduzione INTRODUZIONE Uno studio presentato dai ricercatori americani Miller e Morris [1] mostra che: 1. solo il 10% delle aziende nordamericane ha introdotto sul mercato un nuovo prodotto nell ultima decade del XX secolo; 2. il 90% dei nuovi prodotti inserirti nel mercato in quattro anni falliscono rispetto alle loro aspettative; 3. meno dell 1% dei brevetti ripaga completamente coloro che hanno portato avanti gli investimenti; 4. l 80% delle innovazioni di successo viene proposta dai clienti anziché essere sviluppata dai produttori. Le motivazioni di questi clamorosi insuccessi devono essere esplorate per poter individuare strade alternative a quelle percorse con maggiore frequenza ed impeto da parte delle industrie. La caratterizzazione che ha avuto lo sviluppo industriale negli ultimi anni ha senza ombra di dubbio limitato la creatività e l innovazione e la crescente domanda di essere competitivi sul mercato ha indotto le aziende a ridurre drasticamente i cicli di sviluppo prodotto. Al tempo stesso, la crescita dei sistemi CAD/CAE e dei simulatori virtuali dell ultima decade ha profondamente modificato l approccio al disegno: la possibilità di testare soluzioni tecniche in continuo cambiamento, mantenendo bassi costi e tempi ridotti, ha aumentato il livello di sicurezza con il quale i disegnatori possono proporre soluzioni estreme. Il ciclo di produzione è drasticamente cambiato da quando sono state introdotte nel mercato le applicazioni CAE e il loro costo ha raggiunto un livello accettabile per molti: qualsiasi tipo di simulazione può essere effettuata con sforzi limitati da parte dei progettisti nei primi stage di sviluppo prodotto. Tuttavia, questa situazione vantaggiosa ha un risvolto drammatico: molte soluzioni sono sottoposte a test computazionali senza alcun controllo preliminare della loro efficienza funzionale; la fase del disegno concettuale è stata ridotta in favore delle analisi su prototipi virtuali. Conseguentemente l evoluzione dei sistemi CAD si è orientata in maniera tale da soddisfare molti requisiti del disegno di dettaglio: gestione di assemblati con innumerevoli 5

6 Introduzione componenti; modellazione di forme complesse; integrazione con le applicazioni CAE; strumenti specifici per settori di nicchia (lamiere, tubature, ecc.). Nei fatti, oggi le funzionalità dei CAD meccanici al livello di ingresso non sono distanti dalle caratteristiche dei sistemi al livello più alto. Il risultato è che i giovani ingegneri in particolare impiegano poco tempo ad analizzare il problema e a sviluppare le idee, mentre molto più tempo è dedicato all implementazione di soluzioni alternative in ambiente CAD. Conseguentemente lavori precedenti portano già all architettura del prodotto e molto spesso la forma di un particolare è vincolata all abilità di modellazione dell utente. Tuttavia anche molti progettisti più navigati, che cominciano a lavorare con un foglio bianco ed un lapis, possono beneficiare della disponibilità di un sistema CAD, ma limitatamente in termini di capacità della gestione della geometria [2]. Per migliorare il processo sviluppo prodotto e più nello specifico le capacità di innovazione di un azienda, sono necessari anche per la fase del disegno concettuale un approccio sistematico e strumenti più adeguati [3]. In considerazione di tutto ciò questa tesi vuole essere uno strumento per tutti i progettisti e i disegnatori che lavorano con software di disegno assistito dal calcolatore (ed in particolare per coloro che hanno scelto di lavorare con quei programmi in 3D che permettono di visualizzare in maniera più realistica il proprio disegno) e che avvertono l esigenza di introdurre soluzioni innovative. In precedenza anche altri studenti della Facoltà di Ingegneria di Firenze hanno svolto lavori per migliorare la fruibilità di sistemi CAD, mettendo a punto features su programmi di modellazione tridimensionali, che incrementassero la semplicità del lavoro, in particolare per chi utilizza comunemente il software SolidWorks [4]. Ovviamente è vastissimo il campo su cui poter intervenire ed è possibile creare strumenti sempre più sofisticati per lo svolgimento di alcune serie di operazioni comuni, ma che richiedono un elevata complessità nella progettazione tridimensionale. Tutti questi strumenti sono di notevolissima importanza, perché aiutano l utente a realizzare particolari ed assemblati in breve tempo ed il più possibile realistici. 6

7 Introduzione Data per scontata la fondamentale importanza di questo tipo di lavoro, si può comunque individuare un limite a questi strumenti e alla filosofia che ispira anche i più moderni software di disegno assistito. Chiunque vada a mettere a punto un progetto, dal più semplice al più complesso, ha un idea assai precisa (se non nei minimi dettagli) di quello che vuole realizzare. Gli stessi software di disegno assistito spesso favoriscono ottimizzazioni delle dimensioni e delle forme dei particolari e consentono di effettuare le più svariate verifiche di resistenza. Ma aldilà di questo essi non favoriscono mai l introduzione di particolari innovazioni nel prodotto realizzato se il progettista non ha già in mente l idea che sta alla base delle novità: in buona sostanza gli attuali CAD non servono per pensare. Se un progettista o un disegnatore riscontrano problematiche nel funzionamento del progetto realizzato con i software di disegno assistito, dovranno affrontare queste problematiche separatamente e senza l ausilio del programma che utilizzano. Il software e le sue svariate evoluzioni diventano quindi solo un valido mezzo per mostrare visivamente ciò che la mente umana ha già ideato separatamente. Oltretutto, in molti casi, il progettista realizzerà le parti e gli assemblati pensando più alla semplicità delle forme realizzabili con gli strumenti disponibili, piuttosto che non alla loro funzionalità o alla loro possibile evoluzione. Quindi è proprio da questo limite che vogliamo partire per iniziare a mettere a punto uno strumento che, funzionando in modo simile a tutti gli altri, aiuti l utente non tanto a lavorare in maniera più rapida e realistica rispetto a quello che ha pensato, bensì a realizzare progetti più efficaci ed innovativi. A questo scopo lo strumento che si è concepito non può che passare tramite lo sviluppo di funzionalità nei CAD che supportino la progettazione concettuale. Non è difficile rendersi conto che il lavoro da fare sarebbe enorme, anche perché le funzionalità di progettazione concettuale possono differenziarsi rispetto ai vari metodi, teorie, interfacce sui vari CAD, etc. etc. Ci sforzeremo quindi di svolgere un analisi ragionata e puntuale per individuare e scegliere di quali strumenti avvalersi, cercando di rendere con questa tesi una base di conoscenze, considerazioni e lavori ben fruibili per tutti coloro che 7

8 Introduzione condivideranno l importanza dello sviluppo della progettazione concettuale mirata all integrazione negli attuali CAD. 8

9 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto CAPITOLO 1 INNOVAZIONE SISTEMATICA NEL CICLO SVILUPPO PRODOTTO 1.1 Metodi per l innovazione e di problem solving all interno del ciclo sviluppo prodotto: stato dell arte, limiti e prospettive [3] Oggigiorno, il mercato offre diversi strumenti e possibilità per migliorare la creatività dei progettisti e per risolvere problemi tecnici; tra questi i più efficienti sono quei metodi che si basano sull analisi sistematica delle soluzioni innovative, raccolte tra diverse aree tecniche attraverso un astrazione del processo. Tra questi metodi citiamo non a caso la teoria del TRIZ e i suoi strumenti. Nel corso degli ultimi anni grandi sforzi sono stati compiuti per mettere a punto o approcciare l integrazione del TRIZ con altre metodologie: in particolare molti lavori pubblicati sono focalizzati alla sua integrazione con altre teorie e metodi per giungere al disegno concettuale [5]. Come chiarito nell introduzione l obiettivo della tesi è proprio quello di dare un contributo alla realizzazione di strumenti per i sistemi CAD che abbiano alla base elementi di disegno concettuale. Non può essere negato che esistano ad oggi scarsi collegamenti tra i vari metodi innovativi e le modalità con cui prende corpo il prodotto (non per ultimi i sistemi CAD), nonostante siano state abbozzate alcune esperienze preliminari. A questo proposito bisogna quindi evidenziare i seri limiti tuttora esistenti nell integrazione tra gli strumenti del ComputerAided Inventing (CAI) e le applicazioni tipo Product Lifecycle Management (PLM). Perciò bisogna avanzare ipotesi su come sarà la prossima generazione dei sistemi di Sviluppo Prodotto, soffermandosi sulle attuali carenze e individuando le caratteristiche attese. La valutazione di quali metodologie siano opportune da astrarre ed utilizzare dal disegno concettuale avverrà coerentemente alla prospettiva che si va a delineare con l integrazione dei sistemi del ciclo sviluppo prodotto. 9

10 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto L ambiente dei sistemi PLM L evoluzione degli strumenti di Sviluppo Prodotto è stata caratterizzata da diversi trend; l analisi di questi trend offre utili spunti per prevedere i sistemi della prossima generazione. Trend di modellazione del Prodotto Per prima cosa, prendiamo in considerazione l evoluzione dei sistemi CAD (fig.1.1): la prima generazione era dedicata sostanzialmente all esplicita modellazione geometrica. Questi sistemi miravano a compiti di rappresentazione tecnica sempre più veloci, ma non fornivano un utile supporto per il disegnatore, a causa dei grandi sforzi richiesti per rivedere la geometria. Ideality?? Modeling Parametric Modeling Geometric Modeling Year Fig.1.1 evoluzione della modellazione del disegno Il passo successivo consiste nella rappresentazione CSG (Constructive Solid Geometry), che si basava sull uso di solidi primitivi combinati tra loro tramite operatori booleani. Il modello è memorizzato in un albero con tutte le informazioni sulle primitive e sul modo con cui esse sono combinate. La possibilità di modificare l albero, assieme alla modellazione parametrica ad essa abbinata, risulta di estrema comodità per supportare il tipico processo iterativo dell attività di disegno e progettazione. Dal punto di vista dell interfaccia utente, la nuova forma di modellazione ha cambiato l approccio 10

11 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto verso i vari modelli CAD, rimovendo la centralità della geometria ed introducendo quella della tecnologia: le entità geometriche sono adesso raggruppate a seconda del significato tecnologico della forma dell elemento. Trend TasktoProcess Un secondo rilevante trend è la transizione dalle applicazioni orientate al compito ai sistemi orientati al processo: i primi strumenti CAE erano capaci di velocizzare e talvolta automatizzare diversi compiti ingegneristici, ma l integrazione era limitata alla struttura di scambio dei dati del prodotto. Tale eterogeneo e frammentato sistema ha portato all introduzione dei sistemi Product Data Management (PDM), come gli strumenti per la gestione di qualsiasi informazione correlata al prodotto e al suo corrispondente flusso di lavoro. Il principale limite qui verificatosi è la scarsa integrazione tra i numerosi strumenti assistiti dal calcolatore e i sistemi CAD. Dovrebbe essere anche osservato che gli attuali sistemi PLM sono effettivamente integrati appena con le applicazioni CADCAE; perciò la loro efficienza è ancora limitata per le fasi preliminari del disegno. Uno degli scopi di questa ricerca è valutare la prospettiva di legare i sistemi PLM con quelli CAI, come rappresentato in Fig.1.2 Trend di integrazione della conoscenza Una tendenza assai consolidata, nei CAD così come in molti altri campi, è quella di ridurre il trasferimento dei dati e delle informazioni (conoscenza) e gestirlo in modo migliore. Questo è possibile grazie all evoluzione dei sistemi di Engineering Knowledge Management (EKM) [6]. Questi sistemi mirano ad effettuare una integrazione tra le capacità informatiche dei computer e la conoscenza generale dell uomo. In particolare essi sono in grado di creare strutture, con le informazioni immagazzinate, che organizzino in forma logica le soluzioni tecniche, le conoscenze umane all interno di un azienda, le capacità produttive. Gli 11

12 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto strumenti EKM possono così fornire un modo di lavorare più strutturato, efficiente nella programmazione, nell automazione dei procedimenti di progettazione, nella gestione della documentazione. In ambiente CAD i sistemi EKM giocano il ruolo di sistemi di automazione capaci di guidare l utente allo sviluppo del prodotto tramite la creazione applicazioni automatiche ad hoc. Il trend di integrazione della conoscenza è approcciato memorizzando i parametri e le regole in database di relazioni e catturando direttamente le funzioni di altri sistemi. Così vengono creati strumenti utili per il disegno in grado di soddisfare rapidamente applicazioni articolate, suggerire soluzioni, mostrare tendenze di progettazione interne ad un azienda ovvero del mercato. Sono un esempio di questo trend anche le numerose applicazioni nei CAD che consentono la trasformazione automatica della geometria (da un pezzo pieno ad uno svuotato, da uno spigolo ad un raccordo) o l inserimento automatico di particolari (come viti, bulloni, perni ). Ma anche l integrazione dei sistemi EKM col disegno concettuale e gli strumenti di innovazione sistematica è abbastanza limitata e sono necessari ulteriori sviluppi (Fig.1.2). Abstraction Level ComputerAidedInventing systems PLM/EKM systems Product Development Fig.1.2 verso l integrazione dei sistemi sviluppo prodotto Evoluzione attesa dei sistemi CAIPLM Lo scopo di integrare i sistemi CAI e PLM richiede lo sviluppo di una piattaforma comune per lo scambio dei dati del prodotto: in altre parole tutti questi strumenti devono condividere lo stesso modello del prodotto. 12

13 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto Un primo tentativo verso una piena integrazione è stata appena abbozzata con il lavoro congiunto di diverse università italiane attraverso il progetto di ricerca Dall innovazione sistematica allo sviluppo prodotto integrato. L obiettivo dell integrazione dei sopramenzionati strumenti è basata sull introduzione di sistemi di Ottimizzazione Topologica come un ponte capace di generare soluzioni geometriche ottimali. Perciò il progetto concerne in due compiti principali, come rappresentato in Fig.1.3: 1. sistematizzare la trasformazione del modello funzionale di un sistema e delle sue specifiche di progetto in un problema di ottimizzazione; questo significa identificare le variabili di progetto, definire una funzione obiettivo, definire i vincoli del progetto; 2. definire una Best Practice per l uso integrato degli strumenti di ottimizzazione topologica insieme con gli odierni sistemi PLM; ciò implica la definizione di procedure per tradurre i risultati dell ottimizzazione topologica in una geometria definita dalle caratteristiche tecnologiche. Da quando le tecniche di ottimizzazione hanno cercato la soluzione ottimale per un problema adeguatamente codificato, un aspetto critico della ricerca è stato la definizione rigorosa del sistema che deve essere ottimizzato: se tale compito non è opportunamente soddisfatto il raggiungimento di buoni risultati viene assolutamente compromesso. La formulazione del problema di un compito di ottimizzazione è ora demandata all esperienza del disegnatore e molto spesso i criteri alla base non sono palesi. È necessario perciò definire, per semplicità, come tradurre l architettura funzionale di una macchina ed i suoi requisiti in un problema di ottimizzazione, per esempio identificare le variabili di progetto e definire una funzione obiettivo, nonché i vincoli del progetto stesso. Un utile contributo viene dalle tecniche per stabilire quali componenti o subassemblati di in sistema sono più critici dai punti di vista funzionale, di sicurezza, di realizzabilità, di costo, laddove il Disegno Assiomatico e le analisi 13

14 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto FMEA sono combinate per identificare i componenti che richiedono un processo di ottimizzazione [7]. Con questa prospettiva, gli strumenti del Disegno Assiomatico aiutano efficacemente il disegnatore per capire, analizzare e scomporre i requisiti che devono essere adottati per la formulazione del problema di ottimizzazione. Oltretutto, l adozione degli strumenti basati sul TRIZ guida il disegnatore alla definizione dell architettura ideale del sistema e conseguentemente alla formulazione degli obiettivi per ogni componente e subassemblato [8]. Gli obiettivi sopra descritti rispondono ai requisiti che tutt oggi non sono ancora soddisfatti nei processi sviluppo prodotto, e potrebbero portare vantaggi in termini di tempi per il disegno, costi e riduzione degli errori, miglioramento nella qualità del prodotto, ecc. Abstraction Level ComputerAidedInventing systems * Topological Optimization systems * * Project objective: systems integration PLM/EKM systems Product Development Fig.1.3 una proposta per l integrazione dei sistemi di sviluppo prodotto Sulla base delle tendenze seguite dagli strumenti di Sviluppo prodotto descritti precedentemente, è possibile prevedere ed anticipare la prossima generazione dei sistemi di ingegneria integrata, in accordo con i modelli sotto descritti. La modellazione del prodotto (Fig.1.1) deve spostarsi ad un maggiore grado di astrazione, così da stabilire un collegamento diretto tra i dati del prodotto allo stage del disegno concettuale e del disegno dettagliato; il più consono è la modellazione funzionale per diversi motivi: molti strumenti CAI hanno già adottato tale tecnica per modellare il prodotto; con buone speranze essi arricchiranno le loro capacità per gestire gerarchie più complesse dei modelli funzionali; 14

15 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto la modellazione funzionale ha una storia a sé stante, ciò significa che gli elementi del disegno aggiunti, sottratti, e modificati in qualsiasi sequenza genereranno sempre lo stesso modello del prodotto, fornendo perciò effettivamente utili mezzi per l ingegneria simultanea; la modellazione funzionale è molto più potente nel catturare l intento del disegnatore, codificando quindi la sua implicita conoscenza; l esplicita associazione delle caratteristiche geometriche e delle funzioni permette di automatizzare il processo di astrazione da uno specifico sistema tecnico ad un generico modello del problema che deve essere risolto, assicurando perciò un integrazione bidirezionale tra CAI e altri sistemi PLM. Più in avanti i vantaggi derivanti dall adozione della modellazione tridimensionale come tecnica di rappresentazione del prodotto sono correlati al trend di integrazione della conoscenza citato in occasione dei trend evolutivi dei sistemi PLM. Infatti, i processori semantici sono già usati per arricchire la base di conoscenza dei sistemi CAI, estraendo dai documenti tecnici le soluzioni in grado di soddisfare ad una data funzione [9]. Inoltre, l analisi semantica dei documenti tecnici e i brevetti possono essere spinti all estrazione automatica dei modelli funzionali di un sistema tecnico [10],[11]. In accordo con il sopramenzionato trend di integrazione della conoscenza, tale strada può portare alla piena incapsulazione della conoscenza nell ambiente PLM. Il risultato finale ideale di tale trend è un sistema di progettazione autooperante, mentre l utente dovrebbe giusto eseguire i compiti di controllo, selezionando e non definendo la soluzione più appropriata. Vale la pena notare che diversi approcci nel recente passato sono stati proposti per costruire sistemi CAD intelligenti; tuttavia questi sono affetti da severe limitazioni, principalmente in virtù della rigidità formalistica degli approcci simbolici e della richiesta di una completa automazione nella progettazione piuttosto che un realistico supporto attivo nel procedimento di disegno [12]. Quindi è utile distinguere tra i compiti della progettazione di routine e inventiva, la prima categoria costituita da qualsiasi attività ingegneristica con 15

16 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto tutti i parametri e le variabili conosciuti a priori o legati da regole rigidamente definite. Mentre l automazione dei compiti di routine è già effettuata allo stato dell arte delle tecnologie EKM, provare ad automatizzare compiti inventivi è un obiettivo sbagliato; in altre parole i sistemi software possono aiutare ad inventare, ma non inventare! La caratteristica di un processo di progettazione di essere qualcosa di vago, fluido, amorfo non può essere vincolato da rigidi formalismi. In accordo con questa affermazione, un requisito che genera un conflitto è richiesto alla prossima generazione dei sistemi CAI: essi devono incorporare una base di conoscenze formalizzata per suggerire un set di soluzioni al progettista, ma devono lasciare la massima libertà a questo modo di pensare, anche se puntando ad una direzione realizzabile, così come viene fatto dagli strumenti del TRIZ. Questo significa allargare il dominio dei compiti di progettazione di routine, legando requisiti funzionali con set di caratteristiche geometriche capaci di mantenere la consistenza della loro funzionalità quando sono assemblate in una specifica incarnazione. Questo scopo può essere supportato dall emergente tecnologia per gestire le librerie CAD digitali [13] e le ricerche di forme 3D [14], cosicché la riduzione di geometrie non abbinabili possa ridurre il numero delle forme candidate per soddisfare una data funzione. Allo stesso tempo, quando si inizia ad analizzare un vero problema inventivo, è necessario lasciare al disegnatore tanta libertà quanta se stesse lavorando con una matita ed un foglio bianco. Durante il procedimento di disegno una persona necessita di creare una rappresentazione visuale, anche per idee astratte e verbali, e risponde percettivamente a questa esigenza scoprire nuove soluzioni e nuove forme che rappresentano nuove idee [15]. Questo requisito è ancora più stringente per i lavori di gruppo. In alcuni studi è stata suggerita l introduzione delle pratiche di CAD storming : lavorare insieme sullo stesso modello geometrico con la possibilità di cambiare drasticamente la geometria in assoluta libertà. Tale lavoro di cooperazione è attualmente limitato dalla lentezza dell attività di modellazione, che annulla l agilità del brainstorming. 16

17 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto 1.2 La scelta di implementare il TRIZ in un CAD Descrizione delle caratteristiche fondamentali del TRIZ 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. 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 i suoi collaboratori hanno costruito nel corso degli anni un insieme di strumenti per: analizzare un sistema tecnico ed estrarne un modello; applicare al modello del problema i principi risolutivi più efficaci; ricercare fra i modelli di soluzione conosciuti quelli più idonei per il problema analizzato [16]. Vista la relativa semplicità dei concetti alla base del TRIZ, l approfondita sistematizzazione avvenuta con l analisi di oltre di brevetti, e la possibilità di ricongiungersi ad numero limitato di soluzioni adottabili (sono solo 40 i principi inventivi!), questa teoria è subito apparsa come uno 17

18 Capitolo 1 Innovazione sistematica nel ciclo sviluppo prodotto strumento assai valido a molti livelli nello sforzo di migliorare il ciclo sviluppo prodotto Approccio del TRIZ alla riprogettazione dei prodotti In particolare, viste le premesse su cui si fonda l architettura del TRIZ, questo risulta uno strumento al tempo stesso agile e completo nell obiettivo di accrescere il grado di idealità nei processi di progettazione e produttivi. A questo proposito vogliamo citare un brano dell articolo Integrazione di TRIZ e altre metodologie in un ciclo di riprogettazione del prodotto/processo [17] : E risaputo quanto TRIZ possa essere un potente mezzo per analizzare e risolvere problemi tecnici particolarmente ostici. ( ) Molti lavori già pubblicati hanno posto in evidenza la forza sinergica derivante dall uso complementare di TRIZ con varie altre metodologie tra cui QFD (Quality Function Deployment), Six Sigma, Design for Manufacturing and Assembly, Axiomatic Design, Taguchi etc. Sfortunatamente la complessità dell oggetto in esame (sistema tecnico o prodotto) causa spesso l inapplicabilità di queste metodologie in modo strutturato e scalabile, e, mentre per problemi ben confinati e ben definiti l uso integrato delle metodologie offre parecchi vantaggi ai progettisti, all opposto, per problemi non ben definiti, generici o fumosi, l uso combinato delle metodologie può aiutare solo alcune fasi del lavoro di ottimizzazione. Possiamo chiamare questo approccio bottomup: usare una combinazione di metodologie per risolvere microproblemi o obiettivi ben definiti. D altro canto le aziende necessitano di Innovazione per poter acquisire vantaggio competitivo, e necessitano quindi di strumenti che dotino una prospettiva diversa, più strategica che tattica, per poter decidere dove, cosa e come innovare, per esempio decidere quando sia meglio orientarsi ad una innovazione incrementale o ad una radicale su una certa tecnologia. 18