Die Potentialanalyse einer Methodenkopplung von TRIZ und Bionik

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1 Technik Martin Fritz Die Potentialanalyse einer Methodenkopplung von TRIZ und Bionik Studienarbeit

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3 Potentialanalyse bezüglich einer Methodenkopplung von TRIZ und Bionik Studienarbeit Martin Fritz

4 Potentialanalyse bezüglich einer Methodenkopplung von TRIZ und Bionik Mit 60 Abbildungen, 80 Literaturstellen und 15 Anlagen Studienarbeit von Martin Richard Fritz Student des Technologiemanagements Universität Stuttgart 2

5 Inhaltsverzeichnis 1. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ZIELSETZUNG DER ARBEIT ABSTRACT EINFÜHRUNG: WAS IST TRIZ? WAS IST BIONIK? ZIELSETZUNG STAND DER TECHNIK TRIZ STAND DER TECHNIK Altshuller und die Entstehung von TRIZ Innovationsniveaus, Idealität und Widersprüche Das TRIZ-Gebäude Wichtige Werkzeuge und Ansätze Problemformulierung und Stoff-Feld-Analyse Standardlösungen und Effektensammlung Innovations-Checkliste Antizipierende Fehlererkennung Widerspruchsmatrix und Innovationsprinzipien Gesetze der technischen Evolution ARIZ Bewertung der TRIZ-Methode BIONIK STAND DER TECHNIK Geschichte der Bionik Definition und Abgrenzung Biologie gibt Anregungen zu Kreativität Bionik als Problemlösungsmethode Beispiele Allgemeine Bionik Systematische Bionik Angewandte Bionik Weitere Methoden der Bionik Synergetik Evolutionsstrategie

6 Bauteile wachsen wie Bäume Bewertung von Bionik als Methode METHODENKOPPLUNG TRIZ-BIONIK GEGENÜBERSTELLUNG DER METHODEN MÖGLICHE KOPPLUNGEN Integration Bionischer Ansätze in TRIZ Beschreiben des Idealen Endresultats (IER) Erweiterung der Effektensammlungen Vervollständigung der Widerspruchsmatrix Widerspruchsmatrix basierend auf Analyse natürlicher Lösungen Biologische Beispiele zu den Innovationsprinzipien Integration von TRIZ-Werkzeugen in bionische Methodik Ausgangspunkt: Umweltbedingungen Systematische Zielbestimmung Analogiesuche basierend auf Widerspruchsmatrix TRIZ und Bionik als Teilkomponenten einer umfassenden Methode Darstellung von einfachen Ansätzen der Methodenkopplung Innovations- und Bionik-Checkliste Antizipierende Fehlererkennung und VESTERs 8 Grundregeln ABSCHLIEßENDE BEWERTUNG EINER METHODENKOPPLUNG ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK SCHRIFTTUMSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS ANLAGEN

7 1. Abkürzungsverzeichnis 1. Abkürzungsverzeichnis AC ARIZ BioKon CAD DoE ES F&E HP IER IHK IR KMU MZK NASA NOIS PatG PatV PC PI QFD QM SFA SFB S-Feld SFM Standards TC TRIZ VDI WOIS Administrative Contradiction, Administrativer Widerspruch Algorithmus zum erfinderischen Problemlösen Bionik-Kompetenz-Netzwerk Computer Aided Design Design of Experiments Evolutionsstrategie Forschung und Entwicklung Hauptparameter Ideales Endresultat Industrie- und Handelskammer Infrarot Kleine und mittelständische Unternehmen Material-Zeit-Kosten (Operator) US amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde Naturorientierte Innovationsstrategie Patentgesetz Patentverordnung Physical Contradiction, Physikalischer Widerspruch Problemzentrierte Invention Quality Function Deployment Qualitätsmanagement Stoff-Feld-Analyse Sonderforschungsbereich Stoff-Feld Stoff-Feld-Modell Standardlösungen Technical Contradiction, Technischer Widerspruch Theorie zur erfinderischen Problemlösung Verband Deutscher Ingenieure Widerspruchsorientierte Innovationsstrategie 5

8 2. Zielsetzung der Arbeit 2. Zielsetzung der Arbeit 2.1. Abstract When having to deal with any problem the use of creativity methods is quite common. However, creativity methods like brainstorming have one crucial drawback: psychological inertia. Solutions are developed depending on the professional background and therefore lacking objectivity. This weakness can be overcome by the methods TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving) and Bionics. In this paper each method is introduced, the state-of-the-art is described and the method is evaluated. TRIZ is dating back to the 1950s, when Genrich Altshuller developed the method. Essential elements of TRIZ are systematic problem description and problem solution based on principles extracted from thousands of patents. TRIZ comprises numerous tools which can be selected depending on the structure of the problem. Bionics (or Biomimetics) takes a model of the nature and tries to develop an analogous solution in engineering. Although this proceeding is longstanding, systematic research and use is just emerging. Nature offers an enormous pool of ideas to solve problems and TRIZ can offer a very systematic approach. Those qualities should be integrated in a connection of both methods. Possible connections and combinations are described, benefits named and furthermore, the linking evaluated. 6

9 2. Zielsetzung der Arbeit 2.2. Einführung: Was ist TRIZ? Was ist Bionik? Als Kreativitätstechniken bezeichnet man systematische und strukturierte Techniken, die das kreative Potential einer Gruppe oder einer einzelnen Person fördern. Ziel der Anwendung der Kreativitätstechniken ist die Entwicklung einer möglichst großen Zahl von Ideen. Dadurch gerät die Qualität der Lösungen oft in den Hintergrund. (zitiert nach /25/) Diese Feststellung von KNIEß deutet es an: Bei der Suche nach Lösungen zu Problemen geht es eigentlich nicht um eine große Zahl an Lösungen. Quantität kann nicht das Ziel sein und garantiert schließlich keinen Erfolg. Die Qualität der Lösungsideen ist entscheidend. Dieses Manko haben die beiden Methoden TRIZ und Bionik nicht und sind im Sinne der obigen Definition keine Kreativitätstechniken, sondern vielmehr Problemlösungsmethoden. Beiden Methoden ist eigen, dass sie zu einem verallgemeinerten Problem bereits vorgeprüfte Ideen zur Lösungsfindung zur Verfügung stellen. Dabei wird ein Problem nach EHRLENSPIEL /12/ durch drei Komponenten gekennzeichnet: einen unerwünschten Anfangszustand, einen erwünschten, mehr oder weniger klaren End- bzw. Zielzustand und eine Barriere, die die Überführung vom Anfangs- in den Endzustand verhindert. Problemlösen befasst sich gemäß dieser Definition mit dem Auflösen oder Überwinden der Barriere. Exkurs: Problemlösen Der hohe Anspruch an den Menschen beim Problemlösen wird verdeutlicht, wenn die Bedeutung von Problemlösen in der Psychologie betrachtet wird. Hier werden Problemlösen und produktives Denken auf eine Stufe gestellt und werden als höchste Stufe des Lernens betrachtet. Problemlösen meint nicht das blinde Finden einer Lösung durch trial-and-error, sondern vielmehr das gedankliche Herstellen von neuen Zusammenhängen unter Einbeziehung sinnhaltigen Vorwissens. (nach /33/) Auf den Zufall vertrauende Problemlösungsmethoden wie trial-and-error oder Brainstorming grenzen die Suche nach Lösungen nicht von vornherein ein. Dadurch soll uneingeschränktes, unbeschränktes Denken möglich sein. Trotzdem ist die Lösungssuche beschränkt: Die geistige Trägheit des Menschen (ALTSHULLER spricht vom Trägheitsvektor) gibt unbewusst die Denkrichtung vor, siehe Abbildung 1. 7

10 2. Zielsetzung der Arbeit Abbildung 1: Lösungsentwicklung durch trial-and-error und die Wirkung des Trägheitsvektors (nach /4/) Systematisches Vorgehen bei der Problemformulierung und bei der Lösungsfindung hingegen hat den Vorteil, dass die Systematik eine grobe Lösungsidee ergibt und somit ein zielgerichteteres Arbeiten ermöglicht, siehe Abbildung 2. Abbildung 2: Systematische Problemformulierung und Lösungsfindung mit beschränktem Suchwinkel (nach /4/) WESTKÄMPER klassifiziert in /52/ Methoden zur Optimierung, Problemlösung und Ideenfindung in drei Kategorien: Intuitive Methoden (z.b. Brainstorming, Methode 635), Diskursive i Methoden (z.b. Morphologischer Kasten, Teile- und Funktionskataloge) und Recherchierende Methoden (z.b. Literatur- und Patentrecherche). TRIZ und Bionik beinhalten Elemente aller Kategorien. i Schlussfolgernd, erörternd, im Ggs. zu intuitiv 8

11 2. Zielsetzung der Arbeit Die Einordnung der Methoden in das Phasenmodell zur Planung technischer Produktinnovationen nach BRANDENBURG zeigt, dass TRIZ und Bionik als Lösungsmethoden für dieselben Aufgaben betrachtet werden, jeweils für Ideenfindung (3) und Ideendetaillierung (5). (siehe Abbildung 3) Abbildung 3: W-Modell nach BRANDENBURG 1 Zielbildung, 2 Zukunftsanalyse, 3 Ideenfindung, 4 Ideenbewertung, 5 Ideendetaillierung, 6 Konzeptbewertung, 7 Umsetzungsplanung (in Anlehnung an /13/) TRIZ ist das russische Akronym für Theorie zur erfinderischen Problemlösung i. Die Methode geht zurück auf Genrich ALTSHULLER, der diese in der ehemaligen Sowjetunion ab 1946 entwickelt hat. Grundlage von TRIZ ist die Analyse von zahlreichen Patenten und der daraus gewonnenen Gesetzmäßigkeiten. The evolution of all technical systems is governed by objective laws. (ALTSHULLER zitiert nach /74/) Um bei der erfinderischen Problemlösung (siehe Abbildung 4) von den vielen Gesetzmäßigkeiten (auch aus anderen Fachgebieten) zu profitieren, wird das Problem allgemein und abstrakt beschrieben, die ideale Lösung zu dem gefundenen Widerspruch formuliert und nach analogen Lösungen gesucht, welche dann wieder konkretisiert werden. Häufig führt jedoch bereits die systematische Problemanalyse zu Lösungsideen. i Die englische Übersetzung lautet Theory of Inventive Problem Solving (TIPS) 9

12 2. Zielsetzung der Arbeit Abbildung 4: Übersicht über den TRIZ Problemlösungsprozess (nach /13/) Bionik ist ein Kunstwort, welches sich aus den Wörtern Biologie und Technik zusammensetzt. Bionik = Biologie + Technik Dabei liefert die Biologie Erkenntnisse über biologische Systeme und die Technik setzt diese in praktischen Nutzen um. Mag der Begriff Bionik noch jung sein, so ist bionische Vorgehensweise, das Lernen von der Natur, so alt wie der Mensch selbst. Die Natur bietet eine riesige Menge an optimierten Lösungsvorschlägen: Im Laufe von Millionen von Jahren hat die Evolution ca. 1,5 Mio. Tier- und 0,5 Mio. Pflanzenarten hervorgebracht. (nach /13/) Dieses Reservoir an Gestaltungsvorschlägen und Lösungsideen zu nutzen ist der Kerngedanke der Bionik nicht durch bloßes Kopieren, sondern durch erfinderische Übertragung auf das technische Problem. 10

13 2. Zielsetzung der Arbeit 2.3. Zielsetzung Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist eine Potentialanalyse bezüglich der Methodenkopplung der beiden Methoden TRIZ und Bionik. Diese Betrachtung setzt eine Darstellung der Methoden und eine Analyse des Standes der Technik der beiden Methoden voraus. Im nachfolgenden Kapitel 3 werden diese Betrachtungen angestellt und jeweils mit einer Bewertung der Methode abgeschlossen. Ausgehend von diesem Wissensstand werden im Kapitel 4 die Methoden einander gegenübergestellt und mögliche Kopplungen untersucht. Die Methodenkopplung soll an Hand von Beispielen verdeutlicht werden. Zum Abschluss wird der Nutzen und das Potential möglicher Methodenkopplungen bewertet und ein Ausblick auf weiteres Vorgehen gegeben. 11

14 3.Stand der Technik 3. Stand der Technik 3.1. TRIZ Stand der Technik In diesem Teilkapitel soll ein Überblick über die Entstehung von TRIZ, sowie die zu Grunde liegende Philosophie und charakteristische Werkzeuge der Methode gegeben werden Altshuller und die Entstehung von TRIZ Technical evolution has its own characteristics and laws. This is why different inventors in different countries, working on the same technical problems independently, come up with the same answer. This means that certain regularities exist. If we can find these regularities, then we can use them to solve technical problems by rule, with formulae, without wasting time on sorting out variants. /2/ Die Theorie zum erfinderischen Problemlösen geht auf Genrich S. Altshuller zurück, siehe Abbildung 5. Abbildung 5: G. Altshuller, Erfinder von TRIZ, (aus /76/) Ein kurzer Lebenslauf von ALTSHULLER (nach /75/ und /72/) soll einen Eindruck von der Entstehungsgeschichte vermitteln: 1926: Geburt von G. Altshuller 12