TRIZ-basierte Technologiefrüherkennung Von der Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation vorgelegt von Diplom-Ingenieur Markus Grawatsch aus Bergisch Gladbach Berichter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Dr. h.c. mult. Walter Eversheim Tag der mündlichen Prüfung: 16. August 2005
B) Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation und Problemstellung 1.2 Zielsetzung, Lösungsansatz und Eingrenzung 1.3 Wissenschaftstheoretische Charakterisierung der Arbeit 1.4 Vorgehensv^eise und Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen und Kennzeichnung der derzeitigen Situation 2.1 Grundlegende Begriffe und Zusammenhänge 2.1.1 Objektbezogene Abgrenzung 2.1.1.1 Technologie 2.1.1.2 Potenzial von (Produkt-) Technologien 2.1.1.3 Bezugsrahmen der Forschungsarbeit 2.1.2 Prozessbezogene Abgrenzung 2.1.2.1 Technologiemanagement 2.1.2.2 Technologiefrüherkennung 2.1.2.3 Einordnung der Technologiefrüherkennung 2.1.3 Subjektbezogene Abgrenzung 2.2 Analyse und kritische Würdigung relevanter Ansätze 2.2.1 Extrapolierende Früherkennungsmethoden 2.2.1.1 Das S-Kurven-Konzept und das Lebenszyklusmodell 2.2.1.2 Trendextrapolation und Trendanalyse 2.2.2 Normative Früherkennungsmethoden 2.2.2.1 Szenariotechnik 2.2.2.2 Delphi-Methode 2.2.2.3 Relevanzbaum-Methode und Trend-Auswirkungs-Analyse. 2.2.3 Integrierende Früherkennungskonzepte 2.2.3.1 Technology-Roadmapping 2.2.3.2 Portfolio-Analyse Seite II
2.2.3.3 Technologiefrühaufklärung nach PEIFFER 28 2.2.3.4 Frühaufklärung nach KLOPP und HARTMANN 28 2.2.3.5 Frühaufklärung nach KRYSTEK und MÜLLER-STEWENS 29 2.3 Analyse adaptierbarer Ansätze 31 2.3.1 Systemtechnik 31 2.3.2 Morphologie 32 2.3.3 TRIZ - die Theorie des erfinderischen Problemlösens 33 2.4 Forschungsbedarf und Lösungshypothese 37 3 Konzeption der Methodik 40 3.1 Systemtechnische Analyse des Untersuchungsbereichs 41 3.2 Voraussetzung für die Methodikanwendung 43 3.2.1 Zielsystem der Methodik 43 3.2.2 Inhaltliche Anforderungen an die Methodik 44 3.2.3 Formale Anforderungen an die Methodik 46 3.3 Modellsystem der Methodik 48 3.3.1 Grundlagen der Modelltheorie 48 3.3.2 Modellierung der Aufbaustruktur 50 3.4 Modellierung der Ablaufstruktur 53 3.4.1 Das Vorgehensmodell des Systems Engineering 53 3.4.2 Das Grobkonzept der Ablaufstruktur 55 3.4.2.1 Prozessschritt Informationsbedarf bestimmen" 56 3.4.2.2 Prozessschritt Technologien recherchieren" 58 3.4.2.3 Prozessschritt Entwicklungen antizipieren" 58 3.4.2.4 Prozessschritt Erkenntnisse kommunizieren" 59 3.4.3 Auswahl der Modellierungsmethode 61 3.5 Zwischenfazit: Grobkonzept der Methodik 63 l Detaillierung der Methodik 64 4.1 Informationsbedarf bestimmen 65 4.1.1 Systemtechnische Strukturierung des Suchbereichs 65 Seite III
4.1.2 Funktionale Systembeschreibung 7 4.1.3 Morphologischer Ansatz zur Definition des Suchraums 7 4.1.4 Das Modell des Suchbereichs 7 4.2 Technologien recherchieren 7 4.2.1 Rechercheobjekte 7 4.2.2 Lebenszyklusmodell 7 4.2.3 Indikatoren des Lebenszyklusmodells 7 4.2.4 Informationsquellen 8 4.2.5 Recherchestrategien 8 4.3 Entwicklungen antizipieren 8 4.3.1 Modell der Leistungsgrenze 8 4.3.1.1 Definition der technologischen Leistungsfähigkeit 8 4.3.1.2 Das Modell der technologischen Leistungsfähigkeit 8 4.3.1.3 Berechnungsvorschriften für die Leistungsgrenze 9 4.3.1.4 Bestimmung des S-Kurven-Verlaufs 9 4.3.2 Evolutionsmodell 9 4.3.2.1 Anforderungen zur Auswahl von Evolutionsprinzipien 9 4.3.2.2 Sammlung von Evolutionsprinzipien 9 4.3.2.3 Auswahl von Evolutionsprinzipien 9 4.3.2.4 Vorgehensmodell zur Erarbeitung von Entwicklungsmöglichkeiten 10 4.3.3 Potenzialmodell 10 4.3.3.1 Bewertungsdimensionen für das Potenzial von Technologien 10 4.3.3.2 Transformation der S-Kurven-Darstellung in die Portfolio-Darstellung...11 4.4 Zwischenfazit: Detaillierung der Methodik 11 5 Fallbeispiel 11 5.1 Methodenbeispiele der TRIZ-basierten Technologiefrüherkennung 11 5.1.1 Das Potenzial der Schraubenvakuumpumpe 11 5.1.2 Das Potenzial der Brennstoffzelle als portable Energiequelle 12 5.1.3 Suchbereich 12 Seite IV
5.1.4 Lebenszyklus 124 5.1.5 Technologische Leistungsfähigkeit 126 5.1.6 Entwicklungsmöglichkeiten 127 5.1.7 Technologische Leistungsgrenze 129 5.1.8 Technologisches Potenzial 132 5.2 Fazit aus den Methodenbeispielen 135 3 Zusammenfassung 136 Seite V