TERMÉKFEJLESZTÉS (BMEGEGE MNTF)

Átírás

1 TERVEZÉS ELMÉLET ÉS MÓDSZERTAN (BMEGEGE MGTM) TERMÉKFEJLESZTÉS (BMEGEGE MNTF) 3. Előadás Inventív problémamegoldási módszerek A TRIZ módszer 2010/2011 II. félév 1 / 30

2 Ütemterv tavaszi félév Hét Előadás 1. Tervezési iskolák, elméletek, módszerek. A tervezési folyamat és modellezése. 2. A tervezési folyamat menedzsmentje, idő- és hálótervezés 3. Inventív problémamegoldási módszerek. A TRIZ módszer. 4. Integrált termékfejlesztés (IPD) 5. Az értékelemzés folyamata, értékjavítás, értéktervezés. 6. Hiba és kockázatelemzés. FMEA-elemzés, hibafa-elemzés. 7. Biztonság, megbízhatóság, minőség a tervezésben. QFD-elemzés. 8. Gyártmánysorozatok, családok fejlesztése. 9. Építőszekrény rendszerek fejlesztése. 10. DfX technikák 11. DfX technikák 12. Költségszempontú tervezés, költségszámítási módszerek 13. Költségszámítási módszerek / 30

3 TRIZ jelentése Теоpия Решения Изобретателъских ЗадаЧ T R I Z T=Teória R=Megoldás I=Találékony Z=Feladat 3 / 30

4 Az inventív problémamegoldás elmélete: Az inventív problémamegoldás elméletét Genrich Saulovich Altschuller dolgozta ki ( ): Inventív probléma: Olyan probléma, melynek a megoldása egy újabb problémát vet fel. Egy kompromisszumhoz vezet, amely nem az ideális megoldás. A TRIZ az ellentmondások megoldására fókuszál A TRIZ fejlesztése 1946-ban kezdődött az egykori Szovjetunióban Alapjai a szabadalomelemzés (probléma, ellentmondások, és megoldások) volt Konvencionális, kreatív módszerek Tudás és Tapasztalat (szabadalom) TRIZ Az ellentmondások logikája 4 / 30

5 A találmányok innovációs szintjének öt síkja 1.sík: Nyilvánvaló (standard): (32%-a a szabadalmaknak) Megoldások olyan módszerekkel, melyek ismertek, ezek azonban nem új találmányok 2.sík: Csekély mértékű javítás (improvement): (45%-a a szabadalmaknak) A már meglévő rendszerek kis mértékű javítása, az iparban szokványos, és a gyakorlatban ismert módszerekkel. A kompromisszumok elfogadásával. 3.sík: Nagy mértékű javítás (innovation): (19%-a a szabadalmaknak) A már létező rendszerek egyéb, akár más területekről származó módszerekkel való javítása. A megoldás származhat más saját iparágból, vagy tevékenységi kőrből. Az ellentmondásokat megszünteti, és nem kényszerül kompromisszumokra. 4.sík: Találmány (invention): ( 4%-a a szabadalmaknak) Azok a megoldások, melyekből új generációs rendszerek születnek. Az alapvető funkciókat, egy teljesen új elven teljesíti. A megoldások legtöbbször nem a saját iparágból, technológiából, sokkal inkább tudományos területekről származnak. 5 / 30

6 A találmányok innovációs szintjének öt síkja II 5. sík: Felfedezés (Discovery): ( 0.3%-a a szabadalmaknak) A megoldást egy új tudományos felfedezés teszi lehetővé, és magába foglalja a jelenlegi tudományos eredményeket. 6 / 30

7 Problémakategóriák és megoldásai: 1. Ellentmondás: A minőség és mennyiség javítása, tökéletesítése 2. Diagnosztikai probléma: Hibák és hiányosságok keresése, és elkerülése 3. Trimming (megnyírbálás) probléma: A létező megoldások költségeinek csökkentése 4. Analóg probléma: Ismert folyamatok, és rendszerek új alkalmazása 5. Szintézis probléma: Meglévő megoldásokból, új megoldások generálása 6. Keletkezési (genezis) probléma: Új eredmények elérése, alapvetően új megoldások generálásával A TRIZ képes a fenti problémák megoldására (ami nem azt jelenti, hogy az összes műszaki problémát meg tudja oldani Az alap koncepció ismerete szükséges a rendszer használatához 7 / 30

8 Elméleti háttér: Az első megjelenés (SZU 1956) További megjelenés: Deutsch: Erfinden, Wege zur Lösung technischer Probleme 1984 English: Creativity as an exact science 1984 A 90-es évek végéig gyakran használt tervezési módszer a Szovjetunióban A 90-es évek elején világszerte elterjedt Invention Machine Software néven, ma TechOptimizer Az általános elvekre és módszerekre fókuszál, de tartalmaz bizonyos mérnöki tudományos alkalmazásokat is. Érdekes weboldalak: / 30

9 Általános megoldási eljárás: elemzés, kivetités TRIZ általános probléma adott specifikus probléma TRIZ alkalmazása: alapvető elvek mérnöki paraméterek alapvető megoldások más adatbázis segítségével TRIZ specifikus megoldás adott probléma specifikus megoldása analóg transzformáció 9 / 30

10 alapvetö elvek TRIZ korlátozott Megoldási Mezöje 40 megoldási mezö 76 alapvetö megoldások magas minőségű megoldás 39 alacsonyabb minőségű megoldás 10 / 30

11 TRIZ eszközök 11 / 30

12 TRIZ eszközök: Analitikus módszerek, pl: Az ideális eredmény és idealitás Funkciómodellezés, elemzés, Trimming A problémák lokalizálása ( Root Cause Analysis in Six Sigma) Preszkriptív módszerek, pl.: 76 Standard megoldás Az inventív problémamegoldás 40 elve A szétválasztás elve A technikai fejlődés, és a technológiai előrejelzések törvényszerűségei 12 / 30

13 TRIZ alapkoncepciók: 1. A műszaki rendszerek ( térben összefüggő részek), és a technológiai folyamatok ( időben összefüggő részek) hasznos és káros funkciói hatnak egymásra. 2. Minden anyag, tér vagy információ (összhang: Anyag, Energia és Jel) Anyag-Tér (SU-Field) Két anyagi elemből, és a köztük lévő térből áll. Anyag 1 Tér Anyag 2 13 / 30

14 Általános megoldás: 76 általános megoldás az 5 különálló kategóriában (a különféle területeken vett megoldások vizsgálatából levezetve) Ezeket a megoldásokat akkor használják, amikor a probléma két vagy több alrendszer nemkívánatos ( hiányzó, káros, túlzott, vagy elégtelen) egymásra hatásából ered. Pl: Ha egy anyag-tér modell optimálásának célja a minimális adagolást követelne meg, de ez kivitelezhetetlen, vagy csak nehezen kivitelezhető, akkor használjuk a maximális adagolást, és távolítsuk el a felesleget. Az általános megoldások formálisabbak és megoldás függetlenebbek mint az inventív elvek (lásd később) Ha az általános megoldás használható, szükségtelen az ellentmondások meghatározása 14 / 30

15 Ellentmondások (Contradictions) 3. Ellentmondás: a legtöbb effektív innovatív megoldás leküzdi az ellentmondást Adminisztratív: nem ismert, miként érjük el a célt Egy érzékelő a kis részecskék számát észleli (< 0.3 μm) melyek kis mértékben verik vissza a fényt az optikailag tiszta folyadékba Műszaki: egy mozzanat egyszerre hasznos, és káros, és ez problémát okoz két alrendszer vagy két paraméter között, vagyis ha az egyiken javítunk, a másikat elrontjuk Ha a részecskék túl kicsik a folyadék optikailag tiszta, de a részecskék láthatatlanok Ha a részecskék túl nagyok a részecskék érzékelhetőek, de a folyadék optikailag nem tiszta Fizikai: Egy alrendszerben A tulajdonság teljesülése szükséges ahhoz, hogy az 1-es funkció teljesüljön, viszont A tulajdonság hiánya szükséges ahhoz, hogy a 2-es funkció teljesüljön. Vagyis, bizonyos paraméterekre ellentétes követelmények szükségesek A részecskék méretének érzékelhetőnek kell lennie, miközben a folyadék optikailag tiszta marad 15 / 30

16 Műszaki ellentmondások kiküszöbölése A szabadalmak alapján 39 mérnöki paramétert határozott meg. Ezek a paraméterek gyakran előfordulnak a mérnöki tudományágakban (következő fólia) Egy műszaki ellentmondás mindig két paraméterre vonatkozik Sok TRIZ szakember, ezt a 39-es listát befejezetlennek tekinti, hiányoznak többek közt: a biztonság, tűrés, súrlódás, és a zaj. 16 / 30

17 A 39 mérnöki paraméter: 17 / 30

18 Ellentmondások Táblázata A lehetséges ellentmondásokat egy 39x39-es Mátrix reprezentálja Az ellentmondásos oszlopok és sorok metszete megmutatja azokat az inventív elveket, amik a probléma megoldásához vezetnek. A Mátrix azonban nem szimmetrikus 18 / 30

19 Inventív megoldási elvek Altschuller 40 inventív elvet dolgozott ki a műszaki ellentmondások kezelésére: Inventív elvek: tippek, a találékony megoldások keresésére. 1.elv: Szegmentáció (elkülönítés): 1A: Osszuk fel az objektumot kisebb részekre 1B: Az objektumot részekből alkossuk meg Pl.: több eres kábel, összekötő kerti tömlő, zollstock 4.elv: Aszimmetria: 4A: Helyettesítsünk egy szimmetrikus alkatrészt aszimmetrikussal 4B: Ha egy elem aszimmetrikus, alakítsuk szimmetrikussá Pl: A gumiabroncs egyik oldala erősebb, hogy a járdaszegélyhez parkoláskor ellenállóbb legyen 19 / 30

20 40 inventív elv 20 / 30

21 Fizikai ellentmondások kiküszöbölése Fizikai ellentmondás akkor alakul ki, ha két alrendszer ellentétes követelményeket támaszt. A szétválasztás 4 elve ( elkülönítés időben, térben a folyamat állapotában és elemek között, valamit a teljes elkülönítés) vezet a fizikai ellentmondások kiküszöbölésére Időbeli elkülönítés: Pl: A repülőgép szárnyai hosszabbak felszállásnál, így a szárnygeometria időfüggő. Rendszerátállás rendszer-antirendszer Pl: ha a vérzés meggátolására, egy másik vércsoportú szövetet alkalmaznának Legyen a teljes rendszer B tulajdonságú, és az alrendszerek anti-b tulajdonságúak Pl.: a satu szorítópofája kemény (merev), a satu egésze viszont rugalmas test a szorító erő létrehozásához 21 / 30

22 Példák, tipikus tervezési kompromisszumokra: A nyeregnek megfelelően szélesnek kell lennie a kényelmes ülés érdekében A nyeregnek keskenynek kell lennie, a könnyebb kerékpározás érdekében Az ellentmondás megszűnt Jobb lett-e a nyereg? 22 / 30

23 Egyéb módszerek: A rendszerek energiaszintézise Csináljunk egy anyag-tér analízist Adott egy lista az energiaformákról, és a hozzájuk tartozó ellenőrizhető tulajdonságokkal. Trimming ( megnyírbálás) Ha a rendszer egy eleme káros, vagy szükségtelen, akkor eltávolítható. Ehhez a következő kérdések felállítása szükséges: Az eltávolítandó rész teljesít-e valamilyen funkciót? Ha igen, át tudja-e venni ezt a funkciót, a szerkezet másik része, vagy helyettesíthető-e a szerkezet egy másikkal? Szakértő/Ügynök (Agent) módszer: A szakértők olyan intelligens személyek, akik mindent tudnak az egyes részproblémáktól, ami ahhoz szükséges, hogy a problémára megoldást találjunk. Érzéketlenek a részproblémák közötti konfliktusokra. 23 / 30

24 A TRIZ alapkoncepciói 4. Ideál Az ideális gép: Tömeg és kiterjedés (térfogat) nélkül teljesíti a neki szánt munkát Az ideális módszer: Nem igényel energiát, vagy munkát, és szabályos úton közelíti meg a kitűzött célt Az ideális folyamat: Az eredményt folyamat nélkül produkálja Az ideális anyag: Gyakorlatilag anyag nélküli, de a funkciókat teljesíti Az ideális technika: Nem foglal helyet, nincs tömege, nem igényel munkát, vagy karbantartást, stb., és mindent maga csinál energia, vagy egyéb mechanizmusok stb. nélkül A mentális tehetetlenség legyőzésére használják Egy jobb megoldáson gondolkodni (előre gondolkodni) mindig lassú, és nem mindig vezet célra, Előnyös lehet ha az ideálisból kiindulva (visszafelé) gondolkodva jutunk el a megoldásig 24 / 30

25 Az Ideális elérése 6 lépés az ideális megoldás felé: 1. Az egymást támogató funkciók eltávolítása 2. Részek eltávolítása 3. Az öntevékenység potenciáljának felismerése 4. Egyes elemek, vagy csoportok, vagy az egész rendszer helyettesítése 5. A funkcióstruktúra megváltoztatása 6. A meglévő erőforrások használata A rendszer vagy termék idealítása a használati értékből, és a befektetett értékből képzett hányados: Idealítás = ΣUi/ΣHi A befektetett érték, az a költségek, és a mellékes hatások összege 25 / 30

26 A TRIZ alapkoncepciói 5. A probléma megoldásához vezető létező vagy előállítható erőforrások. Ez teszi lehetővé a felhasználónak hogy kilásson a dobozból Természetes erőforrások Időbeli erőforrások Térbeli erőforrások Rendszer erőforrások Anyag erőforrások Energia/mező erőforrások Információs erőforrások Funkcionális erőforrások Az erőforrások lehetnek: Külső, és belső Létező, származtatott, vagy különbségből származó 26 / 30

27 A TRIZ alapkoncepciói 6. A műszaki evolúció általános fejlődési modellje Lépcsőzetes fejlődés: Az ötlettől, az eladásig Az idealitás növelése: A hasznos faktorok számát növeljük, a káros faktorok számával szemben Egyenlőtlen fejlődése a rendszerrészeknek: Az egyes részek külön-külön fejlődnek, melynek nyomán ellentmondások léphetnek fel. A dinamizmus és az vezérelhetőség növelése: pl: fix alkatrészek elmozdulását lehetővé tesszük A komplex rendszerből az egyszerűbb felé: bonyolultabb felépítés, több funkció, ezzel szemben egyszerűbb megoldás azonos elven Fejlődés hozzáillő, és nem hozzáillő elemekkel: Ha a rendszer mindig növekszik, könnyen adódik rezonancia probléma, ezért aszimmetrikus rendszereket is figyelembe kell venni. Miniatürizálás, és a terek jobb kihasználása: Makróból- makróba, mely során az ellenőrzés, vagy az irányítás javul Kevesebb emberi beavatkozás: Rutintevékenységek átvétele 27 / 30

28 Egy műszaki rendszer fázisai (S görbe) Teljesítmény A találmányok száma A találmányok nívója Profit 1-2 Kitalálás 2-3 Növekedés 3-4 Tetőpont 4- Hanyatlás idő Az új ötletek gyakran innovatívak, és szabadalmaztathatók. A fejlesztési munka a javításokhoz, és a szabadalmak számának csökkenéséhez vezet. A piaci áttörés után, az új találmányok száma növekszik, majd később esik. A tetőpont és az érett korban tovább növekszik a szabadalmaztatható fejlesztések száma 28 / 30

29 ARIZ ARIZ= inventív problémák megoldási algoritmusa Lépésről-lépésre program a műveletekről A leggyakrabban elismert TRIZ eszköz Magában foglal sok heurisztikus TRIZ alkalmazást Célja: A tervező gondolatait rendszerezni Speciálisan fejlesztve nem tipikusan inventív problémák megoldására Megjegyzések ( Savransky) Kevesebb mint 1%-a a problémáknak igénylik az ARIZ-t, a többihez elegendő a TRIZ Túl fáradtságos és időigényes, a tervező számára ezért gyakran kedvezőtlen (általában kevés idő áll a tervező rendelkezésére.) 29 / 30

30 ARIZ77: Fázisok, és egyes lépések 1.A probléma kiválasztása 1.2 Ha a kiindulási probléma alapvetően megoldhatatlan, milyen más problémák megoldásával juthatunk el a kívánt végeredményhez? 1.3 Határozzuk meg, mely megoldás a legcélravezetőbb. 1.6 Határozzuk meg és rögzítsük az általános gyártási követelményeket 1.7 Vizsgáljuk meg, létezik-e standard (általános) megoldás. 2. Alkossunk modellt a problémáról 2.1 Fogalmazzuk meg a probléma specifikációit. Fogalmazzunk egyszerűen, röviden. 2.2 Izoláljuk, és dokumentáljuk az ellentmondásokat 3. A modell vizsgálata 3.1 Válasszuk ki azokat az elemeket, amelyeket a legegyszerűbb megváltoztatni stb 3.2 Írjuk körül a általánosan az ideális megoldást. 30 / 30

31 ARIZ77: Fázisok, és egyes lépések 4. Távolítsuk el a fizikai ellentmondásokat 4.1 Válasszuk szét a tulajdonságokat (tér idő..-.stb.) 4.2 Használjuk az Anyag- Tér Átalakítást 4.4 Használjuk az ellentmondási Mátrixot 5. A kapott megoldások előzetes értékelése 5.3 Mely jelenségek következnek be, ha az ötleteket műszakilag megvalósítjuk 6. Az eredmény kialakulása 6.1 Határozzuk meg, hogy az új, előállt rendszer miként változik 7. Elemezzük a fejlesztési folyamatot 31 / 30