Problem Solving e Innovazione Sistematica

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1 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

2 Ciclo sviluppo prodotto: strumenti 1. Market Needs & Functional Spec s Market research, QFD, Need Assessment etc. 4. Validation & Verification RP, Prototypes, Simulations etc. 2. CONCEPTUAL DESIGN Brainstorming, Trial & Error, Benchmarking etc. 5. Production Material Req s Planning, CIM, Preventive Maintenance 3. Engineering (Product & Process) VP (CAD, CAE, FEA, CAM, CAPP), DOE, etc. 6. Delivery & Cont. Improvement Vincoli di budget e di tempo Cicli di sviluppo di un prodotto sempre più brevi Impiego ottimale delle risorse disponibili Vincoli ambientali Fronteggiare prodotti della concorrenza di elevata qualità e basso costo Maggiori possibilità di scelta per il cliente, personalizzazione del prodotto Complessità crescente dei sistemi ingegneristici e dei problemi associati

3 Creatività, crescita e formazione CREATIVITA Ribaud 1912 Altshuller 1970 Zlotin ETA

4 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).

5 Strumenti tradizionali (1/2) Brain Storming (Osborn, psicologo americano, 1953) 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

6 Strumenti tradizionali (2/2) Six Thinking Hats (Edward De Bono, 1988) A WHITE hat denotes a mode of thinking during which an objective look at data and information is required. A RED hat denotes the mode of thinking associated with feelings, hunches, and intuition. 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. 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. A GREEN hat denotes the mode of thinking associated with the generation of new ideas, creative and lateral thinking. A BLUE hat denotes the mode of thinking associated with the overall control and organisation of the thinking processes.

7 Existing Intellectual Property Situation Existing process of innovation creation is ineffective: It takes about 3,000 raw ideas to come up with 1 commercial success For 150 patent application, 112 patents issued; 9 of them will be supported by the owners; 1 could be really successful. From 4 projects that enter development stage, only 1 becomes commercially successful From 10 new products 9 fail in the first 4 years From 10 American companies only 1 tried to come up with a new product for the last 10 years 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, Conclusion: Less than 10% of R&D efforts are properly used and produce substantial results!

8 TRIZ: 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 ( ), 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.

9 TRIZ: 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.

10 Problemi 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 pressione 2. Aumentare lentamente la pressione all interno della camera 3. Abbassare repentinamente la pressione in

11 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: 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.

12 TRIZ: Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch Teoria per la Soluzione Inventiva di Problemi Eccellenza Idealità Risorse Funzionalità Contraddizioni Spazio/Tempo/Interfaccia Filosofia Processo completo per la definizione/soluzione di problemi Metodo Principi Inventivi IFR Contraddizioni Trend evolutivi S - Fields Analisi Knowledge Trimming Subversion Funzionale Effetti Analysis Superamento IP Risorse Separazione Strumenti

13 Invention Creativity Levels Level 1 Apparent or Conventional Solutions Level 2 Small Invention Inside Paradigm 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Level 3 Substantial Invention Inside Technology 32% 45% 18% 4% 1% Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 Level 4 Invention Outside Technology Level 5 Discovery Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it 95% of inventive problems in any field have already been solved in some other field

14 Innovations Main Condition for Technological Evolution Level 1 68,3% solutions Level % solutions Level 3 4,3% solutions Level % solutions Level % solutions Dozens σ Hundreds 2σ Thousands 3σ Dozens and hundreds thousands 4σ Millions Number of trails with using Trail-and-Error method for creativity

15 Description of Invention Creativity Levels Level % of solutions 68, Effect on product or process Small cost reduction and/or improvement of current generation Essential improvement of current generation Creation of new generation Creation of brand new generation Creation of brand new products and/or processes Period for implementation (estimation) Months 1 2 years 1 5 years 5 10 years 5 20 years Responsibility and results About 90% of engineers. Profitability and Market Share, short term plans R&D people Intellectual property, middleand long term plans Special individuals in R&D of companies, universities, government, etc.

16 Classical Idea Generation Individual experience Personal talent How Can I Invent Tacit knowledge = Intuition New Ideas, Invention, Innovation Tomas Alva Edison Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it

17 TRIZ-based Idea Generation Genrich Altshuller Explicit knowledge How to create new ideas for system evolution Tacit knowledge = Intuition Personal talent New Ideas, Concepts, Inventions, Innovations, etc. Individual experience Generalized experience of inventors (patent fond) History of evolution in technology, science, society, art, etc.

18 Directed Evolution vs. Traditional Way of New Product Generations Traditional Way Psychological Inertia Traditionally, evolution goes through Trial & Error method. The majority of trials fail because they are influenced by psychological inertia. Directed Evolution Way Trials Product Evolution Patterns Psychological Inertia In Directed Evolution, the majority of trials are productive because they follow Patterns of evolution. Product Evolution Patterns

19 TRIZ: Fondamenti ANALISI E ASTRAZIONE TRIZ MODELLO GENERALE DEL PROBLEMA PROBLEMA SPECIFICO INERZIA PSICOLOGICA TRIZ SOLUZIONE GENERICA SOLUZIONE SPECIFICA GENERAZIONE SOLUZIONI CONTRADDIZIONI IDEALITÀ FUNZIONALITÀ IMPIEGO DELLE RISORSE SPAZIO TEMPO INTERFACCIA

20 CONTRADDIZIONI 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

21 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

22 IDEALITÀ 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 Valore/ Idealità I = Harmful Concepimento Useful Nascita functions functions + Maturità Costs Infanzia/Crescita Obsolescenza Tempo La transizione da una curva ad S alla successiva è predicibile ed in generale l evoluzione verso l idealità segue tipicamente un numero limitato di percorsi evolutivi tipici che possono quindi essere utilizzati come strumento per la ricerca di soluzioni. Avendo come scopo ultimo il Risultato Finale Ideale (RFI) inteso come quel sistema in grado di fornire tutti i benefici e le funzionalità richieste senza costi o problemi associati, il TRIZ invita ad abbandonare la tradizionale concezione secondo cui è opportuno partire dalla situazione attuale per la soluzione di un problema, suggerendo al contrario di iniziare la ricerca della soluzione proprio a partire dal RFI.

23 IDEALITÀ Don t Start Here Start Here A B CURRENT SITUATION IDEAL FINAL RESULT C. Intermediate solutions Function achieved without cost or harm Number of options increases as we head back in this direction IFR Today s Solution Space Solution search space at any position back from the IFR

24 IDEALITÀ 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

25 IDEALITÀ 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!!

26 FUNZIONALITÀ 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.

27 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

28 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.

29 ESEMPIO IMPIEGO DELLE RISORSE 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)

30 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.

31 I 9 SCHERMI SUPERSYSTEM pen display in shop, user preparing to write user, paper, desk, chair, light, environment storage location, wear effects of environment SYSTEM the pen assemble, pack/deliver, store, prepare to write pen being used to write storing effect re- filling, wear factors, disposal SUBSYSTEM manufacture of individual components component parts, ink flowing through nib re- usability, recyclability of component parts PAST PRESENT FUTURE Before writing Person writing After writing begins has finished

32 PRINCIPI 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

33 PRINCIPI 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.

34 PRINCIPI 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

35 PRINCIPI 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

36 CONTRADDIZIONI I risultati più efficaci si ottengono quando si superano contraddizioni tecniche o contraddizioni fisiche. Si è in presenza di una contraddizione tecnica quando cercando di migliorare una caratteristica del sistema analizzato, se ne compromette una seconda (es. voglio aumentare la potenza di un motore, ma il suo ingombro/peso cresce). Si è in presenza di una contraddizione fisica quando si desidera che una determinata caratteristica sia aumentata e ridotta al tempo stesso (es. voglio un auto spaziosa per aumentarne le capacità di carico, ma la voglio più piccola per parcheggiarla più comodamente). Weight Cost Volume Environmental Impact Manufacturability Use-ability Efficiency Reliability Performance Durability etc

37 CONTRADDIZIONI TECNICHE bad Parameter B bad Parameter B Traditional Design Strategy good good TRIZ good Parameter A bad good Parameter A bad

38 MATRICE DELLE CONTRADDIZIONI Parameter Which Gets Worse Parameter To Be Improved Length Weight Area Force etc 1,4,7 Inventive Principles

39 ESEMPIO: LAVAGGIO BOTTIGLIE Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it

40 ESEMPIO: OCCHI ROSSI reducing pupil size reduces opportunity for reflection

41 ESEMPIO: PIZZA BOX US 5,423,477 US 5,472,139

42 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 VS Stability of Object s Composition PRINCIPI 13 Inversion The Other Way Around 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

43 CONTRADDIZIONI FISICHE Separazione: 1. In spazio 2. In tempo 3. Su condizione 4. Transizione a macro/micro level

44 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 SOLUZIONE SPECIFICA: Thixotropy molto viscoso quando la penna è riposta 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.it

45 TREND EVOLUTIVI

46 ESEMPI TREND EVOLUTIVI

47 TREND EVOLUTIVI: esempi DYNAMIZATION Immobile System Jointed System Fully Flexible System Fluid or Pneumatic System Field Based System EXAMPLES: steering systems power transmission means doors/security systems ruler/measuring devices chair, desk-lamps sound recording (vinyl to tape to optical)

48 TREND EVOLUTIVI: esempi Generic Problem Generic Solutions DYNAMIZATION Immobile System Jointed System Fully Flexible System Fluid or Pneumatic System Field Based System Specific Problem (Rigid Blade) Specific Solution? Quale sarà il futuro per Siringa Gelatiera

49 CURVE A S Performance

50 S-curve (performance) # Inventions RELATIONSHIP BETWEEN TECHNICAL EVOLUTION CURVES Level of Inventions Profitability Part Count Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it Time (or effort))

51 Traditional Innovation Process Weak Identify Problem Reliability Study Formulate Problem Cad/Cam Develop Concepts Widely Used Techniques Trial & Error Reliability Analysis Brainstorming Evaluate Market Research Implement Robust Design

52 The Added Value of TRIZ Identify Problem Formulate Problem Develop Concepts Evaluate Implement

53 Innovazione Sistematica FMA, HAZOP Brainstorming QFD TQM Collaborazi oni con altri metodi DFMA Theory of Constraints TRIZ classico Technological Forecasting Morphologi Thinking g Robust Design Value Engineerin Lateral cal Me thod Concurrent Engineering And more Gaetano Cascini - gaetano.cascini@unifi.it

54 SWOT Analysis: ESEMPI DI INTEGRAZIONE: TRIZ SWOT Analysis Strengths-Weaknesses-Opportunities-Threats SUPERSYSTEM S W S W S W T O T O T O SYSTEM S W S W S W T O T O T O SUBSYSTEM S W S W S W T O T O T O PAST PRESENT FUTURE

55 Eliminare le attività non necessarie (colonne vuote) ESEMPI DI INTEGRAZIONE: TRIZ QFD Risoluzione contraddizioni (parametri in conflitto) Performance Measures Customer Requirements Need 1 Improve Need 2 Need 3 Need 4 Reduce Need 5 Need Targets Company Competitor 1 Technical Competitor 2 Evaluation Competitor 3 Competitor 4 Absolute Importance Importance (1-5) Perf. Meas. 1 Perf. Meas. 2 Perf. Meas. 3 Perf. Meas. 4 Perf. Meas. 5 Perf. Meas. 6 Company Competitor 1 Customer Rating Competitor 2 Competitor 3 Competitor 4 Nuovi modi di soddisfare le esigenze del cliente (righe vuote)

56 ALCUNI 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

57 ALCUNI 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

58 ALCUNI 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

59 ALTRI 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

60 1. What is the final aim of the system? Planted seeds 1. What is the Ideal Final Result outcome? Seeds plant themselves ALTRI ESEMPI : Seed Planting 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.

61 ALTRI 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.

62 ALTRI ESEMPI : A Comfortable Bicycle Seat CONTRADDIZIONE TECNICA: Length Stat. VS Shape CONTRADDIZIONE FISICA: Wide VS Small Dynamization Separation