Die Potentialanalyse einer Methodenkopplung von TRIZ und Bionik E-Book

Martin Fritz

• Herausgeber: GRIN Verlag
• Sprache: Deutsch

Veröffentlichungsjahr: 2005

Beschreibung

Studienarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Wirtschaftsingenieurwesen, Note: 1,3, Universität Stuttgart, Sprache: Deutsch, Abstract: Im Kapitel zum Stand der Technik werden die beiden Problemlösungsmethoden TRIZ und Bionik vorgestellt und bewertet. Es zeigt sich, dass beide gleichermaßen für die Problemlösung geeignet sind. Die psychologische Trägheit wird, im Gegensatz zu anderen Kreativitätsmethoden, überwunden. TRIZ wurde in den 1950ern von ALTSHULLER in Russland entworfen und hat sich seither beständig weiterentwickelt und weltweit durchgesetzt. Der Werkzeugkoffer TRIZ zeichnet sich durch einen hohen Grad an Systematik aus. Bionik wird heutzutage noch häufig zu unsystematisch betrieben. Das Lernen des Menschen von der Natur muss jedoch systematisiert werden, um auf die riesige Zahl an Lösungsideen der Natur zugreifen zu können. Herausforderung hierbei ist die Aufbereitung der Natur-Ideen in einer Form, die dem Techniker den direkten Zugang ermöglicht. Die Analyse der beiden Methoden hat gezeigt, dass sie sich gegenseitig ergänzen und erweitern können. Verschiedene Möglichkeiten der Kopplung wurden vorgestellt, von ersten existierenden Ansätzen (z.B. NOIS), über bloße Ideen bis hin zu einer großen integrierenden Methode (WOIS). Nach Meinung des Autors ist eine Kopplung von Bionik mit TRIZ lohnenswert. Dabei sollte schwerpunktmäßig bei der Integration von bionischen Werkzeugen (z.B. Datenbanken) in TRIZ begonnen werden, d.h. Zielsetzung ist eine Verbesserung und Ausweitung der Methode und nicht das Schaffen einer neuen, unbekannten und womöglich komplexen Methode. Diese Vorgehensweise erscheint am erfolgversprechendsten. Einfache Kopplungsansätze sollten umgesetzt werden, nicht nur, um die Methoden zu verbessern, sondern auch, um dadurch Anwendern einen Zugang zu beiden Methoden zu ermöglichen. Eine breitere Beschäftigung mit TRIZ und Bionik würde neue Erfahrungen und darauf basierend eine fundiertere Evaluation von Methodenkopplungen ermöglichen.

Leseprobe

Impressum:

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Inhaltsverzeichnis

1.Abkürzungsverzeichnis

2. Zielsetzung der Arbeit

2.1. Abstract

2.2. Einführung: Was ist TRIZ? Was ist Bionik?

2.3. Zielsetzung

3. Stand der Technik

3.1. TRIZ – Stand der Technik

3.1.1. Altshuller und die Entstehung von TRIZ

3.1.2. Innovationsniveaus, Idealität und Widersprüche

3.1.3. Das TRIZ-Gebäude

3.1.4. Wichtige Werkzeuge und Ansätze

3.1.5. ARIZ

3.1.6. Bewertung der TRIZ-Methode

3.2. Bionik – Stand der Technik

3.2.1. Geschichte der Bionik

3.2.2. Definition und Abgrenzung

3.2.3. Biologie gibt Anregungen zu Kreativität

3.2.4. Bionik als Problemlösungsmethode

3.2.5. Weitere Methoden der Bionik

3.2.6. Bewertung von Bionik als Methode

4. Methodenkopplung TRIZ-Bionik

4.1. Gegenüberstellung der Methoden

4.2. Mögliche Kopplungen

4.2.1. Integration Bionischer Ansätze in TRIZ

4.2.2. Integration von TRIZ-Werkzeugen in bionische Methodik

4.2.3. TRIZ und Bionik als Teilkomponenten einer umfassenden Methode

4.2.4. Darstellung von einfachen Ansätzen der Methodenkopplung

4.3. Abschließende Bewertung einer Methodenkopplung

5. Zusammenfassung und Ausblick

6. Schrifttumsverzeichnis

7. Abbildungsverzeichnis

1.Abkürzungsverzeichnis

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.

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.

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.

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“[ii]. 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.

Abbildung 4: Übersicht über den TRIZ Problemlösungsprozess (nach /13/)

Bionik ist ein Kunstwort, welches sich aus den Wörtern „Biologie“ und „Technik“ zusammensetzt.

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.

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.

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.

3.1.1. 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

1940: Erstes Patent (Unterwasseratemgerät) mit 14 Jahren, Schüler der 9. Klasse. Schon zuvor entwickelt er Interesse fürs Erfinden als er sieht, wie ein schwerer Transformator dank einer guten Idee ohne Kran bewegt wird, und ist um eine Erfahrung reicher: „Something could be invented, and that something could be very simple and surprisingly wonderful.“ /2/

1946: Altshullers nächste Erfindung wird vom Militär als geheim zu haltend eingestuft und ihm wird ein Posten als Patentoffizier der russischen Marine angeboten.

Befragt zu seiner Zeit als Patentoffizier sagt Altshuller: „The point is not only that I had to invent, I had to help those who wanted to invent as well.” Altshuller wollte den Gedanken nicht akzeptieren, dass Erfindungen rein zufällig, aus einer Stimmung oder einem Gefühl heraus entstehen. Wenn es keine Methode zum Erfinden gäbe, so müsse sie geschaffen werden. Gemeinsam mit seinem ehemaligen Klassenkameraden Rafael Shapiro entdeckt er, dass Erfinden eigentlich das Beseitigen von technischen Widersprüchen bedeutet.

1948 schreiben Altshuller und Shapiro gemeinsam einen Brief an Stalin, in dem sie den chaotischen und ignoranten Umgang mit Innovationen und dem Erfindungsprozess in der UdSSR bemängeln. Sie bieten ihre Methode zum Erfinden an und verleihen der Hoffnung Ausdruck, dadurch die technische Welt zu revolutionieren und die Sowjetunion voranzubringen.

1949: Altshuller wird zu 25 Jahren Haft verurteilt, ist zuerst in einem Gefängnis (wo er zu seiner persönlichen Problemlösung bereits Methoden anwendet, die später Teil von TRIZ werden sollen), später in Straflagern in Sibirien. In einem Gulag, in dem die ehemalige Intelligenzija untergebracht ist (Wissenschaftler, Architekten, Juristen) gründet er seine „Ein-Student-Universität“. Die alten Männer unterrichten ihn mit großer Freude in ihren Fachgebieten. So bekommt Altshuller seine „universitäre“ Bildung. Parallel entwickelt er seine Theorien weiter.

1954: Freilassung nach Stalins Tod

1956: Erste Veröffentlichung zusammen mit Shapiro, „Psychologie der erfinderischen Kreativität“

1961: Veröffentlichung zu TRIZ: „Wie man erfinden lernt“

1968/69: Das 1. Seminar zu TRIZ findet statt, nachdem sich Altshuller seit seiner Freilassung um die Anerkennung seiner Methode bei der höchsten sowjetischen Patentorganisation bemüht hat. Altshuller veröffentlicht eine Beschreibung des „Algorithmus[iii] des Erfindens“.

1974-1986: TRIZ wird wieder verboten und Altshuller hat Publikationsverbot. Um seinen Lebensunterhalt zu sichern, schreibt er unter dem Pseudonym Henry Altov Science Fiction Romane und auch Bücher über TRIZ. Im Untergrund wird TRIZ weiterentwickelt.

1986: Im Zuge der Perestroika und Glasnost wird die Anwendung von TRIZ wieder erlaubt.

1989: Gründung der Russian TRIZ Association, deren Präsident Altshuller wird.

1998: Tod von Altshuller

3.1.2. Innovationsniveaus, Idealität und Widersprüche

TRIZ basiert auf einer eigenen Philosophie. Drei Grundgedanken werden im Folgenden dargestellt: Innovationsniveaus, Idealität und Widersprüche. (nach /13/ und /74/)

Bei der Analyse zahlreicher Patente bemerkte ALTSHULLER, dass es Patente verschiedener Niveaus gibt, bzw. genauer, dass der Innovationswert der Patente stark divergiert. ALTSHULLER schlug fünf Niveauklassen von Erfindungen vor:

Klasse 1: Einfache Verbesserungen eines technischen Systems, leicht von jedem Fachmann durchzuführen. Diese Klasse behandelt kein wirkliches Problem und beinhaltet keine Innovation

Klasse 2: Eine Erfindung, die das Lösen eines Widerspruchs mit Hilfe von umfassendem Fachgebietswissen verlangt.

Klasse 3: Eine Erfindung, die das Lösen eines physikalischen Widerspruchs mit Hilfe von fachübergreifendem Wissen verlangt.

Klasse 4: Ein technisches Problem wird gelöst, indem eine alte durch eine neue bahnbrechende Technologie ersetzt wird. Dies verlangt das Wissen verschiedener Wissenschaftsfelder.

Klasse 5: Eine Naturwissenschaftliche Entdeckung, welche die Technologieentwicklung voranbringt und auf ein neues Niveau hebt.

Der Großteil aller Erfindungen (77%) ist nach ALTSHULLER den Klassen 1 und 2 zuzuordnen, siehe Abbildung 6.

Abbildung 6: Niveauklassen von Erfindungen nach ALTSHULLER

(nach /78 /)

TRIZ soll insbesondere das Innovationsniveau von Erfindungen der Klassen 3 und 4 anheben und soll Erfinder beim Lösungsprozess unterstützen.

Ein weiterer Grundgedanke von TRIZ ist das Gesetz der Idealität. Es besagt, dass im Lebenslauf eines technischen Systems dieses immer idealer wird: zuverlässiger, leichter, stabiler, kostengünstiger, energiesparender, etc. Idealität ist also gleichzusetzen mit optimaler Ressourcenausnutzung. Eine Erfindung kann nach dem Grad ihrer Idealität bewertet werden. Wird Idealität erreicht, so spricht ALTSHULLER von der „idealen Maschine“ (in neueren Veröffentlichungen auch vom Idealen Endresultat IER):

„The technical object is ideal if it does not exist, but its function is performed. The ideal object is perfect: it costs nothing, is unbreakable, it causes no side effects, it wants no maintenance, etc. “

(ALTSHULLER zitiert nach /72/)