Michael A. Orloff Grundlagen der klassischen TRIZ

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1 Michael A. Orloff Grundlagen der klassischen TRIZ

2 Michael A. Orloff Grundlagen der klassischen TRIZ Ein praktisches Lehrbuch des erfinderischen Denkens für Ingenieure 3., neu bearbeitete und erweiterte Auflage Mit 374 Beispielen und 238 Abbildungen 123

3 Professor Dr. Dr. sc. techn. Michael A. Orloff Modern TRIZ Academy International Europa Center Berlin Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN Springer Berlin Heidelberg New York ISBN Springer Berlin Heidelberg New York ISBN Aufl. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2002, 2005, 2006 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Text und Abbildungen wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Verlag und Autor können jedoch für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuziehen. Satz: Digitale Druckvorlage des Autors Herstellung: LE-TEX Jelonek, Schmidt & Vöckler GbR, Leipzig Einbandgestaltung: Struve & Partner, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: /3100/YL

4 Heuristik des Erfindens Vorwort von Prof. Dr. habil. Martin G. Möhrle Technische Anwendungswissenschaften, seien es die Elektronik, die Thermodynamik, die Verfahrenstechnik, der Maschinenbau, die Luft- und Raumfahrttechnik etc., stellen theoretische Grundlagen, Modelle und Methodiken zur Problemlösung speziell in ihrem Feld zur Verfügung. Der russische Forscher Genrich S. Altschuller ( ) hat den Versuch unternommen, über alle diese Anwendungswissenschaften hinweg zu generalisieren, d.h. theoretische Grundlagen, Modelle und Methodiken zu finden, die in allen technischen Anwendungswissenschaften gelten. Er hat für diesen Zweck eine Theorie des erfinderischen Problemlösens entwickelt, die mittlerweile in aller Welt bekannt ist und unter dem Kürzel TRIZ diskutiert und angewendet wird. Als Gemeinsamkeit in allen technischen Anwendungswissenschaften und damit als zentraler Begriff der TRIZ tritt die Erfindung im Sinne der neuartigen Lösung eines Problems hervor. Altschuller hat zahlreiche solcher Erfindungen anhand von Schutzrechtsschriften untersucht. Er kam zu zwei Feststellungen: Erstens lassen sich Erfindungen günstiger Weise über den Widerspruch charakterisieren, den sie überwinden helfen. Zweitens lassen sich trotz aller Vielfalt der technischen Erfindungen wesentliche Gemeinsamkeiten erkennen. Altschuller hat u.a. acht sehr abstrakt gefasste Entwicklungsgesetze technischer Systeme aufgestellt, vierzig wesentlich konkretere Erfindungsprinzipien formuliert und darüber hinaus eine Vielzahl an einzelnen Werkzeugen entwickelt. Viele der Werkzeuge haben heuristischen Charakter, das schmälert aber ihren Anwendungsnutzen nicht. Mit dem vorliegenden Buch greift nun Michael Orloff als ein Nachfolger Altschullers dessen wertvollen Gedanken auf und macht sie in enger Anlehnung an die russischen Originalquellen in der deutschen Sprache zugänglich. Besonders hervorzuheben ist die verständliche und schwungvolle Darstellung bei gleichzeitig hoher fachlicher Fundierung. Das vorliegende Buch sei empfohlen für: - Ingenieure und Techniker in der unternehmerischen Praxis sowie in Forschungseinrichtungen, - darunter vor allem auch Anwendern von Software-Produkten wie dem Tech Optimizer der Firma Invention Machine sowie der InnovationWorkBench der Firma Ideation International und natürlich Anwendern der, was ihre integrierenden Funktionen betrifft, innovativen Software TRIZ Idea Navigator PentaCORE, die unter der Leitung von Prof. M. Orloff entwickelt wurde, - Wissenschaftler auf dem Gebiet der Planungslehre technischer Systeme (über alle Disziplinen hinweg) sowie, - last but not least: allen an Erfindungen interessierten Personen.

5 VI Vorwort von Prof. Dr. habil. Martin G. Möhrle Erfinden ist das neuartige Lösen technischer und technisch-wirtschaftlicher Probleme. Es bildet den Kern einer Innovation. Erfinden gilt allenthalben als ein kaum steuerbarer Prozess, dessen Erfolg vornehmlich von der Fachkompetenz, der Kreativität und dem Glück des Erfinders abhängig ist. Altschuller ist anerkanntermaßen der Pionier auf dem Gebiet des methodischen Erfindens. TRIZ ermöglicht es, die Fachkompetenz und die Kreativität des Erfinders systematisch und zielgerichtet zu kombinieren und damit das Erfinden weniger vom Glück abhängig zu machen. Durch TRIZ Re-Inventing kann man Erfinden in gewissen Grenzen erlernen und lehren. Schließlich legt TRIZ die Grundlage für ein gemeinsames Verständnis aller am Erfindungsprozess Beteiligten und kann daher besonders gut im Team angewendet werden sowie zu einem Kommunikationsund Führungsinstrument ausgebaut werden. Mit Hilfe der TRIZ lässt sich ein leistungsfähigeres und gleichzeitig schlankeres Wissensmanagement in technischen Bereichen umsetzen. Michael Orloff weist mit seinem Buch einen Weg dorthin. Mögen die Leser dem Autor folgen und den Nutzen erschließen. Prof. Dr. habil. Martin G. Möhrle Universität Bremen, Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre mit den Schwerpunkten Innovation und Kompetenztransfer Bremen, im September 2001

6 Meinem Sohn Alexey in Liebe und Hochachtung für seine Güte, Zielstrebigkeit und seinen Mut

7 Internationale Bezeichnung: TRIZ Ursprünglicher Titel in Russisch: Teorija Reschenija Izobretatel'skich Zada TRIZ Deutsche Version: Theorie des erfinderischen Problemlösens Englische Version: Theory of Inventive Problem Solving Für die effektive Lösung von Aufgaben beim Erfinden auf höherem Niveau bedarf es eines heuristischen Programms, das die stets neue Auswahl von Varianten durch ein zielgerichtetes Vordringen in den Bereich der Lösung ersetzt. Genrich Altschuller Algorithmus des Erfindens Moskau, 1973

8 TRIZ-Algorithmen für die Navigation des Denkens: Lehrzeit und Meisterschaft des Erfindens Vorwort des Autors zur zweiten Auflage Der Prozess der Entwicklung neuer Systeme und Technologien beruht auf der Suche nach innovativen Ideen. Die Schaffung starker Ideen erfordert letztendlich Forschungen und die Entwicklung perspektivischer Richtungen. Allwöchentlich benötigen wir große und auch kleine Lösungen in unserer Projektierungstätigkeit. Die Suche nach Ideen ist einer der kompliziertesten und dramatischsten Akte des innovativen Prozesses. Bis heute gibt es keine Lehreinrichtung, die systematisch und gerichtet die TRIZ-Methoden für die Schaffung neuer Ideen lehrt. Wobei das Schlüsselproblem einer solchen Lehre die Entwicklung der theoretischen Grundlagen eben einer solchen TRIZ-Ausbildung ist. Jede Tätigkeit ergibt sich aus den Prinzipien ihrer Organisation. Deshalb wurden in diesem Buch einige moderne theoretische Konzeptionen der TRIZ dargestellt, die für ihre effektive Anwendung, für das Selbststudium und für die Organisation von TRIZ-Lehrkursen an unterschiedlichen Bildungseinrichtungen wichtig sind. Der Platz und die Rolle des Lehrprozesses der Grundlagen der TRIZ und ihrer späteren Anwendung in der Praxis sind im folgenden Schema dargestellt, was die Philosophie der Entwicklung von TRIZ-Anwendungen in Form eines 3E-Modells aufzeigt: 2. Entwicklung und Anwendung der TRIZ und Datenbank von TRIZ-Patterns für die Ausbildung 1. Akkumulation von standardisierten TRIZ- Patterns in der speziellen Datenbank (TRIZ Idea Pool) 3. Entwicklung und Anwendung der TRIZ und Datenbank von TRIZ-Patterns für die Erfindung von Ideen Die konzeptionellen Grundlagen der Lehre und Anwendung der TRIZ können in einer Triade ausgedrückt werden: Re-Inventing, Standardisierung und kreative Navigation. Eigentlich werden die gesamten Erfahrungen der TRIZ aus der Praxis extrahiert (experience), aus der Analyse realer Erfindungen und hocheffektiver innovativer Lösungen. Speziell das Re-Inventing gilt als Prozess der Erforschung und Extraktion der Schlüsselideen solcher Lösungen. Das TRIZ Re-Inventing wird so durchgeführt, als wäre jede analysierte Erfindung auf der Basis der TRIZ gemacht worden. Das hilft, die objektive Logik und die objektiven kreativen Entdeckungen des Autors einer Erfindung zu verstehen und sie in einer Form darzustellen, die mit Sicherheit all jenen verständlich und zugänglich ist, die sehen möchten, wie diese oder jene Erfindung konkret gemacht wurde.

9 X Vorwort des Autors zur zweiten Auflage Das Re-Inventing stützt sich auf 4 fundamentale Etappen, die gemeinsam den vom Autor entwickelten Meta-Algorithmus des Erfindens (Meta-ARIZ) bilden. Es ist sinnvoll, die Ergebnisse eines Re-Inventings in einer bestimmten standardisierten Form darzustellen, in der alle prinzipiell wichtigen Aspekte der Schaffung einer Erfindung oder Innovation akkumuliert sind, das heißt konkret: das Wesen einer Problemsituation, Modelle von Widersprüchen, Modelle von Ressourcen, Modelle von Transformationen (Navigatoren), mit Hilfe derer es gelang ein unlösbares Problem zu lösen, und einige andere wichtige Details. Und erneut erweist sich der Meta-ARIZ als eine solche standardisierte Form. Speziell im Format des Meta-ARIZ ist es gelungen, eine Datenbank für das Akkumulieren von TRIZ-Wissen in einer Form zu schaffen, die dieses Wissen sowohl Spezialisten als auch Studenten und sogar Schülern zugänglich macht (education). Jeder Projektingenieur und Forscher, Erfinder und Innovator braucht einfache und effektive Schemata für die Navigation des Denkens. Der Meta-ARIZ, dessen Etappen über konkrete Navigatoren verfügen, wird zu einem Instrument für die Konstruktion effektiver Ideen (evolution). Auf der Grundlage des Meta- ARIZ können unterschiedliche Wegbeschreibungen der gedanklichen Bearbeitung von Kenntnissen zu Problemsituationen, Zielen und Ressourcen der Suche vorgeschlagen werden, anhand derer man sich sicher in Richtung effektiver Lösung bewegen kann. Diese Möglichkeiten wurden speziell in Referenzen im TRIZ Journal 1 zur ersten Ausgabe dieses Buchs betont:... Bemerkenswert ist auch der Meta-Algorithmus, der sowohl jenen, die mit der TRIZ nicht vertraut sind, als auch jenen die das Thema kennen dabei hilft, die Transformationen des Ausgangsproblems bis hin zu seiner Verifizierung, eben der Klärung, ob der Widerspruch gelöst wurde, zu verstehen. Der Autor erkennt, dass der Übergang von einem Teil des Algorithmus zum anderen nicht einfach ist, dass das jedoch hilft zu erlernen, wie man bei der Verwendung vieler einfacher Beispiele denken muss, die mit klaren und sehr gut definierten Abbildungen illustriert sind. Eine kurze Zusammenfassung kann man mit den Worten von Genirch Altschuller, dem Autoren der TRIZ (s. S. 15) anführen: für die Lösung erfinderischer Aufgaben sind nicht einmal so sehr neue Kenntnisse nötig, sondern eine gute Organisation der Kenntnisse, über die der Mensch bereits verfügt. Deshalb kann das gesamte Programm der systematischen TRIZ-Lehre vom Anfänger bis zum Erlangen der Meisterschaft nach den Erfahrungen des Autors auf dem Re- Inventing, der Standardisierung und der kreativen Navigation, die auf dem Meta- ARIZ basiert, aufgebaut werden. Dieses Buch kann Ihnen 2 als gute Einführung in die Technik der erfinderischen Synthese von Ideen dienen. Das Material dieses Buchs wird außerdem auch aktiv in der TRIZ-Software des Autors, sowie in seinen TRIZ-Kursen verwendet, die auf das Erlangen der Meisterschaft des kreativen Denkens gerichtet sind. Michael A. Orloff Berlin, im Oktober Übersetzung aus dem TRIZ Journal Ich bitte, dass sich bei einer Ansprache als Leser selbstverständlich auch alle sehr geehrten Leserinnen angesprochen fühlen.

10 Die TRIZ am Anfang des XXI. Jahrhunderts Vorwort des Autors Es ist nie zu früh, an morgen zu denken. Federico Mayor 3 Ja, die Menschheit entwickelte sich auf der Stufenleiter von Erfindungen. Geniale Erfindungen ließen die Menschheit in Schwindel erregende Höhen schnellen. Millionen anderer Erfindungen festigten diese Leiter und das gesamte Gebäude der Zivilisation. Der Aufstieg der Zivilisation beschleunigte sich unaufhaltsam. Doch der Prozess des Erfindens blieb über all diese Zeiträume hinweg unverändert. Quälendes Kopfzerbrechen über ein Problem, Suche in zufällige Richtungen, unzähliges erfolgloses Probieren, Herumirren im Labyrinth, bei Nebel im Kreise wandern, und nur ganz selten tauchten wie ein Lichtstrahl im tiefsten Dunkel, wie die Erfüllung des sehnlichsten Traums oder wie die Heilung von einer unheilbaren Krankheit unerwartete Ideen auf! So verhält es sich mit dem Erfinden. Und manchmal waren Erfinder ihr ganzes Leben lang auf der Suche. Es gab viele Enthusiasten, die versuchten dem Geheimnis der Geburt einer Erfindung auf die Spur zu kommen. Geniale Wissenschaftler versuchten, Theorien der Kreativität zu entwickeln. Herausragende Pragmatiker sammelten viele nützliche Empfehlungen für die Stimulation der Entwicklung von Ideen und wendeten sie an. Jedoch, all das ließ sich in der Praxis nur schlecht anwenden. Das Erfinden zu erlernen blieb unmöglich! Und das, weil es unmöglich blieb, individuelle und historische Erfahrungen beim Erfinden zu erklären und weiterzugeben. Bekannte Beschreibungen erfinderischer Kreativität wurden nur in Metaphern, mit Emotionen und einzelnen nützlichen Ratschlägen festgehalten. All das war nicht wissenschaftlich, es gab keine Gesetze und Methoden. Aber es konnte auch nicht als eine Kunst betrachtet werden, denn auch Kunst lässt sich zu großen Teilen lehren und erlernen. Ungeachtet dessen, forcierte sich der Aufstieg der Zivilisation. Und die Begeisterung über den Fortschritt, angesichts von Automobilen, Fernsehern, Flugzeugen, Weltraumraketen, von Internet und Handys wurde so groß und so allumfassend, dass nur wenige Menschen im 20. Jh. auch die tödlichen Gefahren erkannten, die all diese Dinge in ihrer Komplexität für die Menschheit in sich bergen. Die schockierende Wahrheit über sich nahende globale Katastrophen, die durch die Zerstörung der Natur aufgrund von Industrie und Technik hervorgerufen wurden, konnte die Menschheit immer noch nicht ernüchtern. Verantwortungslosigkeit und Egoismus vieler technokratischer Strukturen, das Fehlen von speziellen Kenntnissen über Fragen des globalen Überlebens und das Fehlen global koordinierender Instanzen, ganz zu schweigen von Problemen bei der Konsolidierung von Anstrengungen der Industrieländer all das muss so schnell wie möglich von Grund auf verändert werden. 3 Federico Mayor ehem. Generalsekretär der UNESCO (2001)

11 XII Vorwort des Autors Die Sicherheit der Zukunft muss Ziel und Motivation jeglicher Bemühungen für den Fortschritt und jeglicher Politik sein. Ingenieure, Pädagogen und Wissenschaftler können dabei auch einen Teil persönlicher Verantwortung übernehmen. Individuell und mit Hilfe von Berufsvereinigungen sollte nach organisatorischen und technischen Möglichkeiten gesucht werden, globale technogene, übrigens auch soziogene, Katastrophen auszuschließen. Angesichts der äußerst kurz bemessenen Zeit für eine Erfindung und der Umsetzung (!) von grundlegenden Ideen, ist es bei weitem nicht genug, sich nur auf die Methode der Ideensuche zu verlassen, die unsere ja so wunderbare, aber auch so unvollkommene Zivilisation hervorgebracht hat. Vielleicht ist ja diese Zivilisation deshalb so unvollkommen, weil die Methoden ihrer Gestaltung unvollkommen sind. Wer aber steuert die Entwicklung der Menschheit? Kann man wirklich eine sichere Prognose über unseren Weg in die Zukunft abgeben? Wie lassen sich soziogene, geogene und kosmische Katastrophen verhindern? Wie kann der Fortschritt und die Sicherheit der kommenden Generationen gewährleistet werden? Die TRIZ lehrt Erfindungen zu machen! Die TRIZ lehrt die Zukunft zu konstruieren! Die TRIZ verändert Ihr Denken, d.h. auch die ganze Zivilisation! Es lassen sich heute keine rationalen Entscheidungen zu diesen Problemen ohne Anwendung der TRIZ treffen. Von allen möglichen Wissenschaften und Lehren, die aus dem II. Jahrtausend n. Chr. der Menschheit bleiben werden, wird die TRIZ ein unschätzbarer Teil sein. Was kann denn wirklich wertvoller sein, als eine Wissenschaft darüber, wie man erlernen kann, effektiv zu denken! Ein Erfinder zu werden! Oder sogar ein Genie! Die Hauptkonzepte der TRIZ in ihrer modernen Fassung bestehen in folgendem: 1. Alle Systeme (nicht nur technische) werden entwickelt, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen, die so bezeichnete nützliche Hauptfunktion des Systems. Sie entwickeln sich nach bestimmten Gesetzen, die erkennbar sind und auf die Steuerung der Entwicklung von Systemen angewendet werden können. 2. Alle Systeme streben während ihres Lebenszyklus danach, ihre Effektivität zu erhöhen, die als Verhältnis von positiven Faktoren bei der Realisierung der nützlichen Hauptfunktion und negativen Faktoren, die durch Aufwand bei der Entwicklung, Nutzung und Anwendung des Systems, sowie bei der Kompensation schädlicher Einflüsse auf die Umwelt entstehen, aufgefasst wird. 3. Alle Systeme (im Verhältnis zu umgebenden Systemen) und Komponenten von Systemen entwickeln sich ungleichmäßig, was den Hauptgrund des langsamen Wachstums der Effektivität neuer Systeme ausmacht und das Entstehen technischer Probleme hervorruft. 4. Die Grundlage aller technischen Probleme bilden Widersprüche zwischen unvereinbaren Eigenschaften und Anforderungen, die für die Realisierung der nützlichen Hauptfunktion der Komponenten und des Systems im Ganzen unabdingbar sind. 5. Die Lösung eines solchen Widerspruchs (mit technischen Mitteln) ist dann eine Erfindung.

12 Die TRIZ am Anfang des XXI. Jahrhunderts XIII 6. Die Anzahl verschiedener Typen von Widersprüchen ist begrenzt, was die Möglichkeit bietet, sie in realen Problemen präzise zu erkennen, und sie zu deren Lösung mit adäquaten Methoden zu verwerten. 7. Adäquate Methoden der Lösung von Widersprüchen können durch Untersuchung einer ausreichend großen Anzahl (einer repräsentativen Auswahl) realer Erfindungen, anhand von Patentbeschreibungen und technischer Literatur entwickelt werden. 8. Methoden der Lösung von Widersprüchen wie Navigatoren des Denkens können zusammen mit Verfahren zur Entwicklung und Stimulation des Gedächtnisses, der Aufmerksamkeit, des assoziativen Denkens, der Vorstellungskraft und verschiedenster anderer nützlicher Eigenschaften des Intellekts und der Psyche angewendet werden. 9. Navigatoren des Denkens können auch zusammen mit Methoden zur Steuerung der Entwicklung komplizierter Systeme ökonomischer, systemtechnischer, kulturell-erzieherischer und sogar politischer, angewendet werden. Für die Entwicklung der ersten Navigatoren zur Lösung von Widersprüchen (so genannte Verfahren) in der TRIZ wurden mehrere Tausend Erfindungen untersucht. Derzeit beträgt die Anzahl der untersuchten Erfindungen mehr als 2,5 Mio. Die TRIZ-Navigatoren haben sich über viele Jahre hinweg in der Praxis bewährt und werden weiterhin erfolgreich angewendet. Eingangs des 21. Jh. ist die TRIZ die einzige konstruktive Theorie des Erfindens, und vom Wesen her, die Theorie der ingenieurtechnischen Kreativität. Die TRIZ ist noch lange nicht erschöpft. Sie muss weiterentwickelt, strukturiert und axiomatisiert werden. Mit ihr können spezielle und kombinierte Theorien und Methoden entwickelt werden, wie z.b. die integrierende Theorie CROST Constructive Result&Resource-Oriented Strategy of Thinking&Transforming, die vom Autoren dieses Lehrbuchs entwickelt wurde. Nach dem Muster der TRIZ müssen auch weiterhin Patentbestände und wissenschaftlich-technische Literatur untersucht werden. Jedoch bleiben dabei die Hauptprinzipien der TRIZ grundlegend invariant, so, wie es bei jeder anderen wirklichen Theorie auch der Fall ist, und sie können demzufolge als klassische Prinzipien betrachtet werden. Obwohl das Studium der Grundlagen der TRIZ einer bestimmten Zeit und gewissen Praxis bedarf, wird diese Theorie sich in Ihrer künftigen Tätigkeit bewähren, egal in welchem Beruf. Die Methoden der TRIZ gestatten es, mit geringerem Aufwand und schneller, qualitativ hochwertige Lösungen zu finden. Die TRIZ ist bei der Lösung extrem schwieriger Probleme, einfach nicht zu ersetzen. In meiner über 40 Jahre langen TRIZ-Praxis, die seit 1963 währt, als ich mein erstes kleines Buch [2] von Genrich Altschuller gelesen hatte, habe ich von keinem gehört, der ihre Methoden und Modelle studierte, und sie dann verworfen hat. An dieser Stelle scheint es mir auch angebracht, eine Aussage des Autors der TRIZ anzuführen: Die TRIZ dient dem Denken, sie ersetzt es aber nicht. Meine besondere Anerkennung gebührt vielen Spezialisten, die meine Idee unterstützt haben, das erste Lehrbuch zu den Grundlagen der klassischen TRIZ zu schreiben. Eine große Hilfe waren dabei Gespräche mit Prof. H.-J. Linde (FH Coburg) und Dr. R. Thiel, Dr. D. Zobel sowie Dr. M. Herrlich.

13 XIV Vorwort des Autors Begegnungen mit Prof. W. Beitz und Prof. G. Seliger (TU Berlin) halfen, mir die kreativen Komponenten der Hochschulbildung in Deutschland kennen zu lernen. Die Ideen von Prof. G. Ropohl (J.W. Goethe-Universität, Frankfurt am Main) zu Problemen und der Rolle der Technokratie bei der Erhaltung und der Entwicklung der Zivilisation, die ohne Umweltschutz und humanistische Sozialethik undenkbar ist und seine wohlmeinenden Briefe, bestärkten mich bei meinem Vorhaben. Es würde zu weit gehen, hier alle zu nennen, die es uns durch ihre Hilfe ermöglichten, in Deutschland zu leben und zu arbeiten. Jedoch möchte ich mich besonders bei Herrn Udo Matusch (Ingenieur und Unternehmer, Geschäftsführer der Firma AMT Automatisierungstechnik GmbH, Essen) bedanken, der mich als erster nach Deutschland einlud und mir 2 Jahre lang die Möglichkeit gewährte, an der Adaption der TRIZ-Methodologie für Deutschland in seiner Firma zu arbeiten. Tiefe Anerkennung gehört ebenso der Ingenieurin und Erfinderin Frau Katharina Koterewa, Geschäftsführerin der Firma ZWEK Vakuumtechnik GmbH, Apolda, die in einer für mich sehr schwierigen Situation bei meinem Umzug nach Berlin bei sich in Thüringen für mich ideale Bedingungen geschaffen hat, meine Gedanken zu ordnen und Hoffnung und Optimismus zu bewahren. Herzlicher Dank gilt auch meinem Freund Heinrich Kochs (Spezialist von VOLKSWAGEN) für viele Tage des Nachdenkens und des Diskutierens, sowie dafür, dass er mir seinerzeit sein Gartenhaus mit großer Bibliothek und besten Möglichkeiten für meine Arbeit in einer wunderbar ruhigen Gegend unter Tannen bei Hannover zur Verfügung gestellt hat. Ich danke ebenso der Managerin des IGZ-OWZ Berlin Frau Dr. Lydia Dessau, die gemeinsam mit uns alle Schwierigkeiten bei der Entstehung unserer Firma durchlebt hat. Ich danke ihrem Ehemann, dem Mitarbeiter des SIEMENS-Konzerns Herrn Hartmut Dessau, der mir immer mit konstruktiver Kritik zur Seite stand. Und ich danke ihnen beiden, dafür, dass sie uns für eine lange Zeit ihr idyllisches Wochenendhäuschen an der Dahme überließen. Besonders dankbar bin ich Herrn Prof. Martin Möhrle (früher Brandenburgische Technische Universität Cottbus, heute Universität Bremen), dessen energische und rechtzeitige Unterstützung es überhaupt erst möglich machte, hier in Deutschland weiter zu arbeiten und meine wichtigsten Arbeiten zu veröffentlichen. Ich bin dem Springer Verlag zutiefst verbunden, der mir den Vorschlag gemacht hat, ein Lehrbuch zu den Grundlagen der klassischen TRIZ zu schreiben. Ich hoffe, dass die dem Geiste der TRIZ entsprechende Übersetzung ins Deutsche von Harald Lemanski, meinen geschätzten Lesern bei der Akzeptanz des Lehrbuchs helfen wird. Ich danke meinem Sohn Nicolai für seinen Beitrag für die Verbesserung dieses Buches und für das feinfühlige Verständnis der TRIZ und für den Glauben an die Zukunft der TRIZ. Ich wünsche natürlich allen Erfolg, die sich nicht fürchten, bei der Schaffung und Weiterentwicklung technischer Systeme, neue Ideen zu suchen und daran denken, dass jede unserer Lösungen in gewissem Maße die Menschheit verändert. Michael A. Orloff Berlin, im August 2001 Oktober 2004 Juni 2006

14 Inhaltsverzeichnis Einführung 1 1 Erfindung der Zivilisation 1 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption des Studiums und Selbststudiums der TRIZ 3 Methoden des Erfindens 16 3 Erfindung Entdeckung und Erfindung 3.2 Niveaus von Erfindungen Erfinderische Kreativität Erfinden von Theorien des Erfindens 4.2 Traditionelle Methoden des Erfindens Klassische TRIZ Ideen der TRIZ 5.2 Das Werden der klassischen TRIZ 5.3 Struktur der klassischen TRIZ Praktikum für die Abschnitte

15 XVI Inhaltsverzeichnis A-Studio: algorithmische Navigation des Denkens 50 6 Von der Praxis zur Theorie A-Navigation des Denkens 6.2 A-Navigatoren des Erfindens Disziplin der Kreativität Disziplin und Inspiration 7.2 Meta-Algorithmus des Erfindens Operative Zone Epizentrum des Problems 8.2 Ressourcen Vom Bestehenden zum Entstehenden Widersprüche 9.2 Funktionales ideales Modellieren 9.3 Reduktion und Transformationen 9.4 Klassifikation der A-Modelle für Transformationen Praktikum für die Abschnitte Klassische Navigatoren des Erfindens des A-Studios Navigatoren für Standardlösungen Kataloge komplexer Transformationen 10.2 Anwendungsprinzipien für Standardlösungen

16 Inhaltsverzeichnis XVII 11 Navigatoren für die Lösung technischer Widersprüche Integration inverser technischer Widersprüche 11.2 Katalog und Matrize spezialisierter Transformationen 11.3 Prinzipien für die Anwendung der Navigatoren 11.4 Integration alternativer Widersprüche die CICO-Methode Navigatoren für die Lösung physikalischer Widersprüche Integration physikalischer Widersprüche 12.2 Kataloge der fundamentalen Transformationen 12.3 Anwendungsprinzipien für fundamentale Transformationen Navigatoren für die Suche nach neuen Funktionsprinzipien Kataloge technischer Effekte 13.2 Prinzipien für die Anwendung technischer Effekte Praktikum für die Abschnitte Strategie des Erfindens Steuerung der Systementwicklung Entwicklung von Systemen 14.2 Ideale Maschine 14.3 Kurve des Anstiegs des Hauptparameters eines Systems Klassische TRIZ-Modelle der innovativen Entwicklung TRIZ-Gesetze der Entwicklung von Systemen 15.2 Linien der systemtechnischen Entwicklung 15.3 Integration alternativer Systeme Praktikum für die Abschnitte

17 XVIII Inhaltsverzeichnis Taktik des Erfindens Diagnostik des Problems Typen von Problemsituationen 16.2 Algorithmus der Diagnostik einer Problemsituation Verifikation der Lösung Effektivität der Lösung 17.2 Entwicklung der Lösung 17.3 Algorithmus der Verifikation von Lösungen Praktikum für die Abschnitte Erfindungskunst Pragmatismus der Phantasie Nicht-algorithmische TRIZ-Methoden 18.2 Modelle Phantogramm und War Wurde 18.3 Modellieren mit kleinen Figürchen Integration der TRIZ in die professionelle Tätigkeit Motivation und Persönlichkeitsentwicklung 19.2 Adaptation des TRIZ-Wissens für den Beruf 19.3 Zehn typische Fehler 19.4 Reinventing praktischer Beispiele Praktikum für die Abschnitte

18 Inhaltsverzeichnis XIX Entwicklung der TRIZ Auswahl einer Strategie: Mensch oder Computer? TRIZ-Wissen: Entwicklungs- und Anwendungsstrategien 20.2 Homo Inventor: der erfinderische Mensch 20.3 CROST und PentaCORE: fünf Kerne der Kreativität CAI: Computer Aided Innovation Von der Invention Machine zum CoBrain 21.2 Vom Problem-Formulator zur Innovation Workbench 21.3 TRIZ Idea Navigator: Integration der Intellekte Schlußwort 339 Anlagen: Kataloge der Navigatoren des Erfindens im A-Studio Funktion-Struktur-Modelle A-Kompaktstandards A-Matrize zur Auswahl der spezialisierten Navigatoren Spezialisierte A-Navigatoren Fundamentale Transformationen Fundamentale Transformationen und A-Kompaktstandards Fundamentale Transformationen und spezialisierte A-Navigatoren Physikalische Effekte Chemische Effekte Geometrische Effekte 377 Beispielverzeichnis Antworten und Lösungen Sachverzeichnis Literatur Zusätzliche Informationsquellen

19 Die Methodik der erfinderischen Kreativität ist kein Rezept dafür, Erfindungen zu machen. Technisches Wissen lässt sich auch durch sie nicht ersetzen. Jedoch hilft die Methodik, Wissen mit äußerster Effektivität anzuwenden. Das Studium der Methodik garantiert auch nicht, dass ein Erfinder dann einen Popow oder Edison übertrifft. Andererseits garantieren aber auch Seminare an einer Universität nicht, dass ein Student mit der Zeit Newton oder Einstein den Rang abläuft. Genrich Altschuller Flügel für Ikarus Petrosawodsk, 1980

20 Einleitung NATURA NIHIL EST CALLIDIUS 4 1 Erfindung der Zivilisation Dies ist ein Lehrbuch für die Kreativität des technischen Schaffens. Und vor allem für den Gipfel des technischen Schaffens das Erfinden 5. Die Menschheit entwickelte sich auf der Stufenleiter von Erfindungen. Und heute tragen Entdeckungen und Erfindungen die Menschheit, als würde sie auf einer grandiosen Rolltreppe stehen, immer weiter und immer schneller voran. Wenn wir davon ausgehen, dass heute das produktive Alter eines Menschen bis zu 40 Jahren beträgt, und wir dann die Anzahl der Generationen betrachten, die diese Zeitspanne durchlebt haben, können wir die Entwicklungsgeschwindigkeit der Zivilisation erst richtig bewerten. In den letzten Jahren bezogen auf 1000 Generationen: - existierten mehr als 800 ohne künstlich angelegte Unterkünfte, in Wäldern und Höhlen; NB NNB NNNB - erst 120 Generationen kennen und benutzen das Rad; - etwa 55 Generationen kennen und nutzen das Gesetz des Archimedes; - etwa 40 Generationen nutzen Wind- und Wassermühlen; - etwa 20 Generationen kennen und nutzen Uhrwerke; - etwa 10 Generationen kennen den Buchdruck; - 5 Generationen bewegen sich mit Schiffen und Eisenbahnen fort; - 4 Generationen verwenden elektrisches Licht; - 3 Generationen bewegen sich im Automobil fort, benutzen das Telefon und den Staubsauger; - 2 Generationen bewegen sich mit Flugzeugen fort, benutzen das Radio und den Kühlschrank; - erst die heutige Generation flog ins Weltall, nutzt die Atomenergie, benutzt PCs und Notebooks, überträgt Audio-, Video- und andere Informationen mit Hilfe künstlicher Satelliten über den Erdball. Im XX. Jahrhundert sind 90% des Wissens und aller materiellen Werte, die in der Geschichte der Menschheit hervor gebracht wurden, entstanden! 4 Es gibt nichts erfinderischeres als die Natur / Marcus Tullius Cicero ( v. Chr.), römischer Rhetoriker, Philosoph, Staatsmann 5 Meine Lieblingsmetapher aus dem Buch von Vikentiev I.L. und Kaikov I.K. Die Stufenleiter der Ideen (in Russisch), 1992

21 2 Einleitung Es ist schon interessant festzustellen, dass sich in den letzten -zig, ja sogar in hundert Tausend Jahren (!), das Gehirn des Menschen als biologisches Objekt nicht verändert hat. Der Aufbau, und anscheinend auch die Prinzipien der Arbeit des Gehirns, sind noch immer dieselben, wie sie vor, sagen wir, Jahren waren. Man weiß, dass das Gehirn des Menschen, wie viele biologische Objekte der Natur, mit einer riesigen funktionellen Überkapazität ausgestattet ist. Man kann auch erkennen, dass die Natur dieses Prinzip recht großzügig für den Erhalt des Lebens auf der Erde verwendet, sei es durch die Verteilung von Samen oder sei es durch die Aufrechterhaltung einer notwendigen Größe der Biopopulation. Dennoch schaffen die rein biologischen Überkapazitäten des Gehirns noch keine Qualität des Denkens. Wahrscheinlich beträgt aus diesem Grund die Anzahl wirklich wertvoller Erfindungen nicht mehr als 1% der Gesamtzahl aller Patentschriften! Die Qualität des Denkens kann sich in einer großen Bandbreite ändern und hängt von der Qualität des Lernens und der Lehrinhalte ab. Moderne Technologien und Lehrinhalte für Individuen sind nicht frei von prinzipiellen Mängeln. Aus diesem Grund, und natürlich unter dem Einfluss des sozialen Milieus, entwickelt sich die Menschheit heute immer noch eher nach biologischen, stochastischen Gesetzen. Das aber ist in unserer Zeit einfach eine unzulässige Vergeudung von Potential. Es fördert die Wahrscheinlichkeit einer Reproduktion geistiger Mittelmäßigkeit und führt wohl kaum zum Entstehen von Genies. Wir sehen auch, dass die Informationsfülle, die Maßstäbe und die Bedeutung der zu lösenden Probleme sich grundlegend geändert haben. Ist das Gehirn des Menschen auch weiterhin in der Lage mit der ständig steigenden Wissensmenge fertig zu werden? Ist der Mensch in der Lage mögliche (darunter auch verdeckte und sich nur langsam entwickelnde) Katastrophen zuverlässig abzuwenden oder sich ihnen erfolgreich entgegen zu stellen? Ist der Mensch fähig seine Zukunft in Richtung Harmonie und Fortschritt zu gestalten? Ist die Menschheit in der Lage die eigentlichen Kriterien für Harmonie und Fortschritt zu erfinden (oder wieder zu entdecken). Muss man nicht sagen, dass nur dann die Menschheit von der heutigen Phase des Homo Sapiens Technologicus zur Phase des Homo Sapiens Progressus (lat.: der vernünftige, evolutionierende, sich entwickelnde Mensch) übergehen kann, wenn sie Ideale des Fortschritts und der Harmonie für sich aufstellt? Aber wie nun findet der Mensch Ideen für Erfindungen? Wie finden Menschen kreative Lösungen bei nicht-technischen Problemen? Wobei, wie der englische Philosoph Karl Popper 6 schrieb, es richtiger ist die Fragen anders zu stellen: Wie entstehen gute Ideen?! Im XX. Jahrhundert traute sich ein Mensch, der ganzen zivilisierten Welt zu sagen, dass sie nicht denken könne. Dass die Menschheit ihr intellektuelles Potential wegen einer schlechten Organisation des Denkens einfach nur verschwendet! Und, dass der Mensch nicht lernt, zu denken! Und nicht einmal vermutet wird, dass er nicht effektiv denkt! 6 Karl Raimund Popper ( ) engl. Philosoph

22 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption der TRIZ 3 Dieser Mensch sagte von der Idee her folgendes: heutzutage, so wie auch schon vor Tausenden von Jahren, bildet die Methode des Versuchs und Irrtums die Grundlage des Denkens. Eben die Methode eines zufälligen Erratens irgendeiner Lösung. Erfolgreich sind dabei äußerst wenige Ideen, die später dann auch meist noch verworfen werden. Dieser Mensch sagte auch: wäre es da nicht logischer von Erfolgen zu lernen! Besser noch, die Erfahrungen der besten Lösungen in Form konkreter Regeln zu verallgemeinern und eine Methodik als fertige Modelle oder sogar als Theorie zu entwickeln. Der Name dieses Menschen ist Genrich Saulowitsch Altschuller ( ). In der Mitte des XX. Jahrhunderts entwickelte er in Russland die Grundlagen der Teorija Reschenija Izobretatel'skich Zada, die von ihm TRIZ genannt wurde (russ. Abkürzung); Engl. Version: Theory of Inventive Problem Solving; deutsche Version: Theorie des erfinderischen Problemlösens. Damit eröffnete er prinzipiell neue Möglichkeiten für das Erlernen einer erfinderischen Kreativität und ihrer praktischen Anwendung. Seit Ende des XX. Jahrhunderts hat sich die TRIZ in der Welt immer mehr etabliert. Und dennoch wurde bislang kein wirklich vollständiges und gleichzeitig allgemeinverständliches Lehrbuch zu den Grundlagen der klassischen TRIZ geschrieben. Jetzt aber liegt ein solches Werk vor Ihnen. Ich hoffe, dass die TRIZ Ihnen den Weg zu neuen Möglichkeiten und Erfolgen bahnen wird! 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption des Studiums und Selbststudiums der TRIZ Das Express-Studium und Selbststudium der TRIZ verwendet unter anderem das folgende methodische Verfahren: bevor alle notwendigen Begriffe und Modelle erlernt werden, wird das praktische Funktionieren der Theorie anhand kleiner vereinfachter Beispiele so demonstriert, als wären die Grundlagen der Theorie den Lernenden bereits bekannt. Die Beispiele werden so ausgesucht und dargestellt, dass die Bewegung der Gedanken vom Einfachen zum Komplizierten und vom Äußeren zum Inneren, vom Konkreten zum Abstrakten, vom Modell zur Theorie deutlich gemacht werden kann. Mit anderen Worten, wird beim Express-Studium sofort eine Art Experiment mit den Objekten der Theorie durchgeführt. Und aus diesen Experimenten entnehmen dann die Lernenden selbst die theoretischen Schlüsselideen. Das Wesen der anfänglichen Lehrexperimente besteht in folgendem: 1. Herausstellen des Schlüsselproblems, das bei der konkreten Erfindung beseitigt wurde; 2. Definition des TRIZ Hauptnavigators, mit dem das Problem bei dieser Erfindung gelöst wurde.

23 4 Einleitung Später dann werden folgende methodische Verfahren verwendet: 1. Verallgemeinerung und Klassifizierung der Modelle der Schlüsselprobleme und Hauptnavigatoren zur Lösung von Problemen beim Erfinden; 2. Herausstellen von Gesetzmäßigkeiten des Entstehens von Problemen, Prognose und die steuerbare systematische Lösung von Problemen. Die Objekte der klassischen TRIZ sind Erfindungen, technische Systeme und deren Komponenten. Der Prozess des Erfindens das ist die Bewegung der Gedanken vom Bestehenden, hin zum Entstehenden 7. Das ist die Konstruktion einer Gedankenbrücke zwischen dem, was ist, und dem, was sein soll. Jede Brücke basiert auf einer bestimmten Theorie. Es ist klar, dass auch die Zuverlässigkeit einer Brücke im Wesentlichen von der Theorie abhängt, auf dessen Basis sie erbaut wurde. Wie z.b. beim klassischen Brainstorming: wenig Regeln, praktisch uneingeschränkter Suchraum, viel Enthusiasmus und viel Lärm. Oder aber bei der klassischen TRIZ: systematische Untersuchung einer Aufgabe, steuerbare Anwendung adäquater Arten von Navigatoren für ihre Lösung, gerichtetes Voranschreiten in den Bereich der Existenz besonders gelungener Lösungen. Die Grundlage der Lehrexperimente für das Studium der TRIZ bildet ein methodisches Verfahren, dass ich Re-Inventing nenne. Re-Inventing ist eine Demonstration des Prozesses des Erfindens. Es funktioniert so, als hätten die Anwender bereits die TRIZ Prinzipien und Navigatoren der Lösung der Probleme gekannt, die bei diesen Erfindungen beseitigt wurden. Später dann, wenn die Grundlagen der Theorie bereits beherrscht werden, dient das Re-Inventing als Mittel für die Festigung von Fertigkeiten bei der Untersuchung und Lösung von Problemen. Letztlich kann ein schnelles Re-Inventing zu einer äußerst wichtigen Hilfe bei der Arbeit mit Analogien werden, die auch in unserer Software für Problemlösungen angeboten werden (s. Abschn. 21.3). Dieses methodische Verfahren stimuliert das assoziative Denken, sichert die emotionale Akzeptanz und die spätere positive Wahrnehmung der Theorie. Die Intuition der Studenten verbindet dann von selbst die bereits vorhandenen Kenntnisse und Erfahrungen mit den Schlüsselkonzepten der Theorie. Die TRIZ ist keine mathematische, quantitative, sondern eine qualitative Theorie. Formale Begriffe und Konzepte der Theorie haben den Charakter von Kategorien, Mustern und Metaphern. Aus mehreren Schritten bestehende Verfahrensweisen für die Lösung von Aufgaben nennen sich Algorithmen. Das ist auch eine Metapher, obwohl sich nachweisen lässt, dass es sich hierbei um eine eigentlich völlig korrekte Definition im Rahmen der modernen konstruktiven Mathematik handelt. Wenn von meinen Kollegen, auf der Basis des oben Erwähnten, die TRIZ als Theorie reflektiert wird, könnte man eine Definition der TRIZ als konzeptionelle, phänomenologische und letztendlich psychologische Theorie vorschlagen. 7 Ich interpretiere - verwende aber auch im direkten Kontext!- den bekannten Ausdruck und den Titel eines Werkes des Nobelpreisträgers, des belgischen Biophysikers Ilya Prigogine ( )

24 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption der TRIZ 5 Jedenfalls widerspiegeln die Konzepte der Theorie ihre axiomatischen und strukturellen Grundlagen (selbst wenn sie nicht speziell in wissenschaftlichen Artikeln oder Monographien beschrieben sind) nur in einer verständlicheren, nicht formalen Darstellung. Genau darum geht es. Außerdem geht es noch um den Inhalt für qualitative Modelle (Metaphern). Im Unterschied zu anderen Methoden sind die Modelle der TRIZ konstruktiv, können von den Anwendern reproduziert und unterrichtet werden. So werden wir in diesem Lehrbuch die Anwendung formalisierter Konstruktionen vermeiden. Obwohl wir für unsere Software genau solche Konstruktionen schaffen und uns auf sie stützen müssen. Unser Ziel besteht nicht in der Konstruktion formaler Grundlagen der Theorie, sondern darin, das Denken qualitativ zu modellieren und praktisch Modelle der Theorie für reale Aufgaben anzuwenden. Ungeachtet dessen bleibt die Terminologie der Theorie natürlich erhalten. Jedoch sollte man ihr nicht kritischer und misstrauischer gegenüber stehen als z. B. gegenüber Wörtern wie Aufgabe, Ausgangsdaten, Lösung, Ergebnis. In den allermeisten praktischen Situationen brauchen wir auch nicht genau zu definieren, welche Theorieaxiome und formalen Verbindungen sich hinter diesen Wörtern verstecken. Intuitiv verstehen wir voll und ganz das qualitative und inhaltliche Wesen dieser Wörter (was heißt Metapher und Bilder) in Bezug auf bestimmte konkrete Aufgaben. Jetzt aber kommen wir zu den fundamentalen Konzepten der Theorie. Das Re-Inventing soll entsprechend der Definition folgenden Prozess aufzeigen (Abb. 2.1). Ist (das Bestehende) Soll sein (das Entstehende) Abb Bewegung der Gedanken vom Bestehenden zum Entstehenden Der Pfeil stellt hier gedankliche Operationen dar den Gedankenfluss, das Generieren von Ideen entsprechend den Empfehlungen der Theorie. Re- Inventing im Stil des Brainstormings widerspiegelt, selbstverständlich, den Brainstorming-Prozess bei der Lösung von Aufgaben. Das TRIZ Re-Inventing widerspiegelt den TRIZ-Prozess der Lösung von Aufgaben. Was denken Sie, wie zuverlässig sind die folgenden Empfehlungen einer der Versionen der Theorie des Brainstormings, wie z.b. in Abb. 2.2 dargestellt? Ist (das Bestehende) An das Ziel denken. Ideen in 3-5 min liefern. Nicht kritisieren. Ideen anderer weiterentwickeln. Soll sein (das Entstehende) Abb Schema des Erfindens und des Re-Inventings auf der Basis des Brainstormings

25 6 Einleitung Finden Sie nicht auch, dass diese Empfehlungen fast so aussehen, als wäre die gesamte Theorie von Militärschulen schon mit der ziemlich lakonischen Methode Cäsars 8 erschöpft: VENI, VIDI, VICI Ich kam, sah und siegte. Glauben Sie, dass diese Methode Sie lehrt, Kreativität erfordernde Probleme zu lösen? Woran denken Sie, wenn Sie weiter lesen und sehen, womit der Gedankenstrom beim TRIZ Re-Inventing ausgefüllt ist (Abb. 2.3)? Ist (das Bestehende) Ideales Resultat Widerspruch Ressourcen Navigatoren-Analogien Soll sein (das Entstehende) Abb Schema des Erfindens und des Re-Inventings auf der Basis der TRIZ Verbinden Sie nun assoziativ diese Konzepte zu einer solchen Kette: Auf der Basis vorhandener oder umgewandelter Ressourcen und unter Verwendung der Navigatoren und Analogien den Widerspruch beseitigen, der beim Erreichen des Idealen Resultats stört. Und sieht diese Kette nicht aus wie eine sicherere Brücke für den Übergang vom Bestehenden zum Entstehenden?! Gewöhnlich zeige ich das Prinzip des Reinventings anhand eines einfachen Beispiels, so zu sagen anhand der Spitze einer Feder. Anhand des Beispiels der Entwicklung des Arbeitsorgans von mit Flüssigkeiten arbeitenden Schreibgeräten. Natürlich war die Gänsefeder mit Tinte (Abb. 2.4a) das am weitesten verbreitete Mittel für die Bewahrung und Weitergabe von Wissen im Verlauf von 2,5-3 Tausend Jahren ca. bis Ende des XVIII. Jahrhunderts, bis dann der Diener von Herrn Jansen, des damaligen Abb Evolution des Flüssigkeitsschreibers: a) Gänsefeder mit Tinte; b) Federhalter; c) Kugelschreiber; d) Faserschreiber Bürgermeisters der Stadt Aachen eine Metallspitze für die Gänsefeder seines Herrn baute. Danach durchliefen diese Spitzen, die auch später als Federn bezeichnet wurden, eine lange konstruktionstechnische Evolution. Jedoch blieb das Wesen des Schreibens mit der Feder unverändert: es musste die Spitze in Tinte eingetaucht werden, um damit dann auf Papier schreiben zu 8 Gaius Julius Cäsar (102 oder v. Chr.) - römischer Staatsmann, Heerführer und Schriftsteller

26 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption der TRIZ 7 können, solange die Tinte an der Feder nicht zu Ende ging oder austrocknete. Und erst vor 100 Jahren zu Beginn des XX. Jahrhunderts begann die schnelle Entwicklung von Schreibgeräten, die zur Entstehung der ersten Füllfederhalter führte (Abb. 2.4b). Es vergingen dann noch einmal 50 Jahre bis sich der Kugelschreiber (Abb. 2.4c) schnell verbreitete. Dann 25 Jahre später, also doppelt so schnell und das ist eine starke Beschleunigung begann die massenhafte Verbreitung von Faserschreibern (Abb. 2.4d). Lassen Sie uns jetzt ein TRIZ Re-Inventing am Beispiel der Evolution des Flüssigkeitsschreibers nachvollziehen. Bsp. 1. Übergang 1: In 3000 Jahren von der Gänsefeder - zum Federhalter. Die Gänsefeder, auch wenn sie mit einer Metallspitze versehen war, hatte einen Hauptmangel, der darin bestand, dass die Tinte sich nicht gleichmäßig auf das Papier übertragen ließ. Sie trocknete entweder direkt an der Spitze der Feder aus, oder im Gegenteil, sie verursachte Kleckse. Die Tinte an der Spitze der Feder war schnell verbraucht, und man musste die Feder erneut akkurat in die Tinte eintauchen und sie vorsichtig so zum Blatt führen, dass kein Tropfen sich löste. Die nützliche Hauptfunktion der Feder als Arbeitsorgan des gesamten Schreibgerätes ist, eine Tintenspur auf dem Papier zu hinterlassen. Bezeichnen wir die Feder als Instrument (oder auch als Actor oder Induktor, d.h. das, was die Handlung initiiert). Dann die Spur das ist das Erzeugnis der Feder (oder auch Reactor oder Rezeptor, d.h. das, was die Handlung empfängt oder aufnimmt, oder Produkt des Induktors ist. Die ideale Spur ist glatt mit der notwendigen Breite. Aber was passiert in der Feder: wenn wenig Tinte an der Feder ist, wird die Spur schnell zu dünn, und die Feder muss häufig eingetaucht werden; wenn viel Tinte an der Feder ist, kann die Spur zu dick werden oder es können Kleckse entstehen. Ein deutlicher Widerspruch zwischen wenig und viel. Formulieren wir das ideale funktionale Modell: an der Spitze der Feder muss so viel Tinte sein, dass man eine Spur mit beliebiger Länge schaffen kann, und an der Spitze soll überhaupt keine Tinte sein, damit sie nicht austrocknen kann und keine Tropfen in Form von Klecksen fallen können! Die Anforderungen, die in einer solchen Formulierung aufgestellt werden, sind absolut unvereinbar! Aber das denn tatsächlich so? Es muss nur während des Schaffens der Spur soviel wie nötig Tinte da sein! Und da in dieser Zeit die Feder ihre Hauptoperation ausführt, nennen wir diese Zeit operative Zeit. Zu allen vorhergehenden Zeitpunkten brauchen wir keine Tinte an der Spitze der Feder! Scheint es Ihnen nicht so, als wäre der Widerspruch irgendwohin verschwunden?! Wir haben irgendwie den Widerspruch in der Zeit gelöst. Jetzt ist es folgerichtig, die aller stärkste Version des idealen funktionalen Modells zu formulieren: die Tinte gelangt von allein nur dann an die Spitze der Feder, wenn die Feder eine Spur schaffen soll. An der Spitze der Feder ist kein Platz um eine größere Menge Tinte unterzubringen, und es ist dort auch kein Platz für einen gewissen Mechanismus zur Regulierung der Tintenzufuhr. Mit anderen Worten es gibt keine ausreichenden räumlichen Ressourcen. Gibt es aber vielleicht einen freien Raum neben der Federspitze? Ja, z.b. im Hohlraum der Gänsefeder selbst oder in einem speziellen Kolben, den man am

27 8 Einleitung Schreibgerät befestigen kann. Und dann muss dieser Kolben nur noch mit Tinte gefüllt und mit der Spitze der Feder durch ein Röhrchen mit einer kleinen Absperrvorrichtung verbunden werden. Wir können auch sagen, dass wir den Widerspruch im Raum gelöst haben: es kann sein, dass keine Tinte an der Spitze ist, aber daneben kann viel Tinte sein! Die Lösungsidee kann man auch als Auflösung des Widerspruchs in der Struktur darstellen: im ganzen Federhalter, so wie im ganzen technischen System ist viel Tinte, aber in einem kleinen Teil des Federhalters ist keine Tinte (außerhalb der operativen Zeit)! Aber wie soll man mit der Forderung umgehen, dass die Tinte von selbst an die Spitze der Feder nur dann gelangen darf, wenn eine Spur geschaffen werden soll? Formulieren wir also eine konkretisierte Version des idealen funktionalen Modells: die Feder reguliert die Menge der an die Spitze gelangenden Tinte selbst! Wir brauchen also einen Federhalter mit einer Verschlusseinrichtung! So ist es dann in der Praxis auch passiert: die Spitze der Feder wurde so gestaltet, dass sie aus zwei Teilen besteht, und zwar durch einen feinen Einschnitt (Kanal) entlang der Feder bis zu der Stelle, wo sie sich mit einer oder mehreren dünnen Röhrchen verbindet, die mit einem Kolben für die Aufbewahrung von Tinte gekoppelt sind. (Abb. 2.5). Wenn der Federhalter nicht in Betrieb ist, ist der Kanal für das Durchlaufen der Tinte verschlossen, da beide Hälften der Spitze eng aneinander liegen. Wenn die Feder auf das Papier gedrückt wird, gehen die Hälften der Spitze auseinander, und Abb Grundaufbau der Feder Tinte fließt in den so entstehenden Kanal. Das war s also schon. Kurz gesagt, wir haben eine ideale Lösung, ein ideales Endresultat gefunden in Form einer Spitze mit Verschlusseinrichtung. Die Energie für die Arbeit geht von der Hand aus, die auf den Federhalter drückt. Wenn wir zu schreiben beginnen, wird auf die Spitze von der Hand ein Druck übertragen die Verschlusseinrichtung öffnet sich, und wenn kein Druck anliegt, verschließt sie sich wieder! Wir sehen hier auch eine Lösung des Widerspruchs im Stoff: um gewährleisten zu können, dass der Einschnitt der Spitze zwei Zustände haben kann (geschlossen und offen) wurden Ressourcen der Konstruktion und der inneren Energie des Materials der Feder verwendet (federnde Eigenschaften) und die Energie einer äußeren Quelle (die Ressourcen der Hand). Beim ersten Lesen scheint diese Erklärung furchtbar lang und nicht eindeutig. Sie haben recht damit, und da ist auch noch etwas anderes, was stört. Erstens, weil hier gleich mehrere neue Begriffe eingeführt wurden und zweitens, weil es für Federhalter viele technische Lösungen gibt, und jede Lösung mit verschiedenen Versionen des Re-Inventing dargestellt werden kann, die sich in der Tiefe der Analyse unterscheiden. Bald schon aber werden Sie leicht selbst automatisch ähnliche Erörterungen konstruieren, nicht nur für Lehrbeispiele, sondern auch für reale Aufgaben.

28 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption der TRIZ 9 Bsp. 2. Übergang 2: in 50 Jahren vom Federhalter zum Kugelschreiber. Es ist leicht zu erkennen, dass bei der geringsten Ungenauigkeit in der Fertigung oder bei Alterung der Feder die Tinte willkürlich austreten und Kleckse verursachen kann. Genauso kann die Tinte bei Veränderungen des Luftdrucks austreten, besonders, wenn ihre Menge abnimmt. Vollständig lässt sich die Luft bei der Füllung mit Tinte nicht aus dem Kolben verdrängen und deshalb befindet sich immer ein Rest von Luft unter einem bestimmten Druck im Kolben. Wenn der äußere Druck geringer wird als der Druck der Restluft, dehnt sich die Luft im Kolben aus und drückt Tinte aus dem Federhalter. Das passierte oft in Flugzeugen. Und tat dann der Kleidung oder bestimmten Dokumenten der Passagiere oft nicht wirklich gut. Erinnern wir uns an das letzte ideale funktionale Modell, was wir vorhin für den Federhalter formuliert hatten: die Tinte gelangt selbst nur dann an das Ende der Feder, wenn sie eine Spur hinterlassen soll. Kommen wir nun zur Analyse der Ressourcen. Die Tinte ist flüssig, wie Wasser, und kann deshalb leicht aus dem Kolben über die Feder heraus fließen. Wenn die Tinte dickflüssiger wäre, würde sie nicht heraus fließen. Da aber entsteht ein neuer Widerspruch: die Tinte soll dickflüssig sein, damit sie nicht ausläuft, sie soll nicht dickflüssig sein, damit sie leicht durch das Arbeitsorgan fließen kann. Diesen starken Widerspruch werden wir in einer ersten strategischen Richtung untersuchen: Verwendung dickflüssiger Tinte weil in fast 50 Jahren keine Aussicht bestand, diesen Widerspruch mit gewöhnlicher Tinte zu beseitigen. Die Verwendung dickflüssiger Tinte führt im speziellen zu der Idee irgendwelche Ventile für das Ausstoßen der Tinte einzusetzen, dann könnte man aber keineswegs mehr sagen, dass die Tinte von selbst an das Ende des Arbeitsorgans gelangt. Dann wäre es logisch, die Frage nach einer Veränderung des Arbeitsorgans selbst zu stellen. Wir brauchten eine Energieressource, die es ermöglicht dickflüssige Tinte oder eine Paste auf das Papier zu übertragen. Der Einsatz eines Ventils hieße ganz deutlich eine unterbrochene Operation und eine portionsweise Übertragung der Paste. Wir brauchen aber eine ununterbrochene und gleichmäßige Übertragung der Paste. Man bräuchte irgendwelche kleinen Menschlein, welche die Paste aus dem Kolben nehmen und sie ununterbrochen in kleinen Portionen auf das Papier auftragen. Solche kleinen Menschlein könnten zum Beispiel mit ihren Schäufelchen Paste aus dem Kolben nehmen und sie aneinander weitergeben in Richtung Papier, und dann in genau so einer Kette die leeren Schäufelchen zum Kolben zurückbringen. So erhalten wir eine Kreisbewegung gefüllter Schäufelchen vom Kolben zum Papier und leerer Schäufelchen vom Papier zum Kolben. Das hat Ähnlichkeit mit der Funktionsweise typographischer Maschinen, auf deren Walzen eine recht dickflüssige Druckfarbe von einer Seite der Walze gelangt und von der anderen Seite auf das Papier übertragen wird! Kann man denn nicht ein Schreibgerät bauen, das so wie eine Miniaturdruckmaschine funktioniert! Im Prinzip ist das eine durchaus konstruktive Idee!

29 10 Einleitung Wir wissen nicht, ob 1938 die Erfinder des Kugelschreibers, die ungarischen Brüder Biro, der Journalist Ladislas und der Chemiker Georg so dachten, aber als erste dickflüssige Tinte verwendeten sie eben solche Druckfarbe! Jedoch setzten sie anstelle einer kleinen Rolle (wie eine miniaturisierte Druckwalze) eine Kugel ein! Natürlich wäre eine Rolle zu breit, und wir wollen ja dünne Linien erhalten. Man konnte also eine Kugel verwenden, auf deren Oberfläche die kleinen Menschlein ihre Arbeit zur Übertragung der Farbe verrichten! Die sich drehende Kugel verwirklicht das Prinzip der ununterbrochenen Übertragung der Farbe vom Kolben auf das Papier (Abb. 2.6). Und die Kugel selbst dreht sich aufgrund der Reibung auf der Papieroberfläche! Das bedeutet auch hier ist die Hand wieder die Energiequelle, indem sie die Spitze des Schreibers, die mit einer Kugel versehen ist, auf das Papier drückt. Auf diese Art und Weise wurde die Schlüsselidee durch die Veränderung der dominierenden Ressource des Stoffs (der Tinte) gefunden! D.h. der Hauptwiderspruch wurde im Stoff gelöst. Danach musste nur noch eine passende Konstruktion (neue Struktur) für die Übertragung der Paste auf Abb Grundaufbau des das Papier entwickelt werden! Und so wurde auf Arbeitsorgans des Kugelschreibers glänzende Weise der Widerspruch im Stoff und in der Struktur gelöst! Als erste verwendeten Piloten in England die neuen Schreibgeräte, jedoch dauerte es noch ca. 10 Jahre bis sich der Kugelschreiber endgültig durchsetzte. Bsp. 3. Übergang 3: In 25 Jahren vom Kugelschreiber zum Faserschreiber. Aber auch am Kugelschreiber war noch nicht alles zufrieden stellend. Die Paste trocknete schnell ein. Manchmal wurde sie auch bei Druckveränderungen aus der Mine herausgepresst. Und so kleckste auch dieses Schreibgerät. Die Finger ermüdeten schnell, da bedeutend mehr Kraft benötigt wurde als beim Schreiben mit Tintenfederhaltern. Und an dieser Stelle wenden wir uns der zweiten strategischen Richtung zu, die für das Re-Inventing des Kugelschreibers formuliert wurde: die Tinte soll nicht dickflüssig sein, damit sie frei durch das Arbeitsorgan fließen kann. Spitzen wir den Widerspruch zu: die Tinte muss sehr schnell fließend und immer an der Spitze des Arbeitsorgans vorhanden sein, aber nicht heraus fließen und keine Kleckse verursachen! Das erste, was hier deutlich wird ist, dass der Kolben, in dem die Tinte ist, von beiden Seiten offen sein muss, um Einwirkungen des atmosphärischen Drucks auszugleichen. Übrigens wurde das beim Kugelschreiber auch so gemacht! Machen wir aber erst einmal weiter! Zweitens, muss die Bewegung der Tinte aus dem Kolben an die Spitze (z.b. wieder eine Feder) des Arbeitsorgans irgendwie erschwert werden. Analogien! Gab es irgendwelche Analogien in der Geschichte der Schreibgeräte oder ähnlicher Zeichengeräte?! Offenkundig gab es sie! Untersuchungen zeigen, dass bereits vor 3300 Jahren im alten Ägypten Tintenschreibgeräte mit einem kupfernen Gehäuse verwendet wurden. In diesem Gehäuse befand sich ein angespitz-

30 2 Re-Inventing die Schlüsselkonzeption der TRIZ 11 Abb Grundaufbau eines Faserschreibers tes Röhrchen aus Blei, das im Inneren ein faseriges Schilfstäbchen hatte, das mit Tinte durchtränkt war (Abb. 2.7). Die Tinte saugte sich langsam durch die unzähligen feinen Kapillaren des Schilfstäbchens und gelangte so an das angespitzte Ende des Bleiröhrchens. Beim Schreiben auf Papyrus gelangte die Tinte aus der Spitze, dadurch entstand in den am nächsten gelegenen Fasern ein Hohlraum, in den neue Mikrodosen Tinte aus den Faserkapillaren eintreten konnten! Natürlich können wir heute sagen, dass bei der Erfindung von Faserschreibern 1963 in Japan die Erfinder den speziellen physikalischen Effekt der Bewegung von Flüssigkeiten in feinen Kanälen, den Kapillareffekt, ausnutzten! Dennoch ist festzustellen, dass der Schilfschreiber aus dem alten Ägypten durchaus als Vorgänger des heutigen Faserschreibers angesehen werden kann! Der Faserschreiber bietet noch eine ausgezeichnete Lösung eines starken Widerspruchs, den wir bereits formuliert hatten, jedoch in einer anderen strategischen Richtung! Und die Lösung wurde erneut auf der Basis der Ressourcen des Stoffs und der Struktur und unter Verwendung eines speziellen physikalisch-technischen Effekts gefunden. Schließlich wollen wir uns noch einem Effekt zuwenden, der bei der Evolution eines jeden technischen Systems beobachtet werden kann. Wenn die Entwicklungsressourcen für ein System eines speziellen Typs zu Ende gehen, z.b. des Schreibgeräts, tauchen Erfindungen von Systemen mit analogem Zweck auf, die jedoch entweder ein völlig anderes Funktionsprinzip haben oder Systeme sind, die in sich zusätzliche Funktionen integrieren, die aus zwei oder mehreren völlig anderen Systemen entlehnt wurden. Extra-Beispiel. Die Ära der elektronischen Schreibgeräte. Natürlich könnten wir mit gutem Grund diesen Abschnitt mit der Untersuchung einiger paralleler Richtungen beginnen, die z.b. mit der Entwicklung von typografischen Maschinen für die Herstellung von Büchern und Zeitungen in Verbindung stehen, oder von Maschinen, die Zeichnungen auf Stoff auftragen, oder von Schreib - Maschinen beginnend bei mechanischen und elektromechanischen Systemen bis hin zu elektrostatischen Saiten- und Lasersystemen, von Kopiersystemen, beginnend bei Kopierpapier und Fotoapparaten bis hin zu elektrostatischen Tonerkopierern und Lasersystemen. Wir wollen jedoch nur eine Entwicklungsrichtung der Möglichkeiten der Fixierung von handschriftlichen oder grafischen Informationen untersuchen, die mit dem Erscheinen von Computern in Verbindung steht. Es geht uns dabei um die Eingabe in den Computer oder um die Übertragung zu bestimmten Kommunikationslinien von Texten und Zeichnungen, die z.b. auf einem Blatt Papier gemacht werden und unmittelbar während des Schreibprozesses, oder mit