Date post: | 05-Apr-2015 |
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Seite 1© Fraunhofer IPT
TRIZ-basierte Technologiefrüherkennung
Ein guter Technologiemanagerwird nicht von neuen Technologien überrascht!
Dipl.-Ing. Markus GrawatschFraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Berlin, 4. November 2005
Seite 2© Fraunhofer IPT
Was ist Technologiefrüherkennung?
Gegenstand der Technologiefrüherkennung ist die frühzeitige Potenzialbestimmung neuer Technologien sowie das Erkennen der Grenzen herkömmlicher technologischer Problemlösungen. [Quelle: Eversheim; Schuh: „Betriebshütte“]
Technologische Leistungsfähigkeit
Potenzial Tn (PTn)
Potenzial Tn+1
Technologie nTechnologie n+1
Ist-Leistung Tn
Zeit
Ist-Leistung Tn+1
Leistungsgrenze Tn+1
Leistungsgrenze TnDas Technologiepotenzialstellt die zukünftigeErfolgsaussichteiner Technologie dar.
Determinanten desTechnologiepotenzialssind insbesondere- die Weiterentwickelbarkeit der Technologie,- der Zeitbedarf bis zur nächsten Entwicklungsstufe,- der Anwendungsumfang sowie- der Diffusionsverlauf der Technologie.[Quelle: Gebler Lexikon Technologiemanagement]
Seite 3© Fraunhofer IPT
Filter Formatieren
FokussierenFinden
Wie funktioniert Technologiefrüherkennung?
Informationsbedarf bestimmen
Informationen recherchieren
Informationen kommunizieren
Informationen bewerten
TECHNOLOGIEPLANUNG
auf Informationen reagieren und sie nutzen
Technologiepotenziale
TRENDS &DISKONTINUITÄTEN
identifizieren undprognostizieren
Chancen &
Risiken
Wie kann das Technologiepotenzial abgeschätzt werden,
um daraus Chancen und Risiken für ein
Unternehmen abzuleiten?
Alternativtechnologien finden
Entwicklungen antizipieren
Entwicklungsgrenzen bestimmen
Informationen systematisch auswerten
Quellen: Klopp; Hartmann: “Das Fledermaus-Prinzip”Lang; Tschirky: “Technology Intelligence”
Seite 4© Fraunhofer IPT
Projektbeispiel 2: Innovative Lösungskonzepte für Haushaltsgeräte (Haushaltsgeräte-Industrie, 2004)
Zielsetzung Identifikation alternativer, innovativer Lösungen
für eine spezielle Einheit in Haushaltsgeräten
Vorgehensweise Einführung in die TRIZ-Methodik, Definition der
Anforderungen und detaillierte Problemanalyse Methodisches Generieren und Klassifizieren von
Lösungsideen (Teillösungen) Systematisches Ableiten von Gesamtkonzepten Bewertung und Auswahl der Gesamtkonzepte
Ergebnisse 81 Einzelideen, 10 Ideencluster, 7
Gesamtkonzepte Ausgearbeitete Gesamtkonzepte mit Einordnung
der Markteintrittszeitpunkte in eine Roadmap Dokumentation aller entwickelten Ideen
TRIZ Anwendung
konkretesProblem
innovativeLösung
StandardLösung
TRIZ WerkzeugStandardProblem
Abstraktion
Pro
du
ktk
on
zep
teA
nfo
rde
run
ge
nP
rod
uk
tko
nze
pte
An
ford
eru
ng
en 1 x
20 x
15 x
10 x
unendlich
heutiges Konzept
Konzept X
Konzept A
Konzept G
Konzept B
heutiges Konzept
2005 2006 2007 2008 2009 2010 Zeit2005 2006 2007 2008 2009 2010 Zeit
Anzahl Trocknungszyklenohne Reinigung durch Bediener
Anzahl Nutzungszyklenohne Bedienereingriff
10 x
30 x
Seite 5© Fraunhofer IPT
TRIZ-Erfahrung bei der systematischen Produktentwicklung
Zielführende Lösungsansätze durch systematisches Vorgehen
Innovative Lösungsansätze durch Identifizierung und Auflösung der Widersprüche
Zukunftsweisende Lösungsansätze durch Aufbrechen psychologischer Barrieren
Erfolg versprechende Lösungsansätze durch Nutzung von Wissen aus anderen Bereichen
Wie kann das Technologiepotenzial abgeschätzt werden,
um daraus Chancen und Risiken für ein
Unternehmen abzuleiten?
Alternativtechnologien finden
Entwicklungen antizipieren
Entwicklungsgrenzen bestimmen
Informationen systematisch auswerten
Seite 6© Fraunhofer IPT
Entwicklungsgeschichte der TRIZ*-Methodik Analyse von westlichen Patenten seit Beginn des
2. Weltkrieges im Dienste der sowjetischen Marine
Suche nach zugrunde liegender, allgemeingültiger Systematik zur Lösung technischer Probleme
Verurteilung zur Zwangsarbeit im GULAG wegen „landesschädigender Erfindungstätigkeit” bis zu Stalins Tod 1953
Entwicklung von Problemlösungstechniken und ARIZ
1956 erste wissenschaftliche Veröffentlichungen
Seit der Öffnung des Ostblocks verbreiten ehemalige Mitarbeiter die Methode zunächst in den USA
TRIZ-Methodik ist heute ein weltweit verbreitetes Instrument zum innovativen Problemlösen
*) TRIZ ist das russische Akronym für „Die Theorie des erfinderischen Problemlösens“
"Creativity is not a
born gift. Every
engineer can learn to
be inventive.”
Genrik Altshuller
Genrik S. Altshuller
(geb. 1920, gest. 1998)
Begründer derTRIZ-Methodik
Seite 7© Fraunhofer IPT
konkretesProblem
innovativeLösung
StandardLösung
StandardProblem
TRIZ-Werkzeug
Abstraktion Anwendung
Grundlagen der TRIZ-Methodik Die systematische
Analyse eines Problems führt häufig schon zu Problemlösungen.
Der Widerspruch ist zentrales, die Innovation provozierendes Element technischer Probleme.
Viele Probleme wurden bereits in anderen Gebieten gelöst.
Die Weiterentwicklung technischer Systeme zum idealen Produkt folgt bestimmten (Evolutions-) Gesetzen.
Seite 8© Fraunhofer IPT
Ziel: Gesteigerte Bohrgeschwindigkeit Randbedingungen:
- Gegebene, begrenzte Vorschubkraft
- Kostengünstige Bohrspitze (kaltgeformterStandard-Stahl)
Erster Versuch: Erhöhung der Drehgeschwindigkeit
Probleme:
- Übermäßige Wärmeentstehung
- Reibschweißung
Quelle:EJOT HoldingGmbH & Co. KG
Standard Innovations
-prinzip
KonkreteLösung
KonkretesProblem
Abstrahierte
Problem-stellung
Bohr-werk-zeug Span
Grundmaterial
Beispiel: Problemstellung
Seite 9© Fraunhofer IPT
Auszug aus der „Widerspruchsmatrix”:
Negativbeeinflusster
Faktor
Halt
bark
eit
ein
es
bew
egte
n O
bje
ktes
Halt
bark
eit
ein
es
fest
en O
bje
ktes
Tem
pera
tur
Helli
gke
it
Volumen eines bewegten Objekts
35, 34, 38
35, 6, 4
Geschwindigkeit3, 19, 35, 5
28, 30, 36, 2
10, 13, 19
Kraft 19, 235, 10,
21
Spannung, Druck 19, 3, 27
35, 39, 19, 2
Optimierungs-faktor
Vorschlagerfolgsversprechender Innovationsprinzipien
KonkreteLösung
KonkretesProblem
Abstrahierte
Problem-stellung
Standard-Innovations
-prinzip
(Bohr-) Geschwindigkeit soll erhöht werden.
Temperatur darf sich nicht erhöhen.Legende Innovationsprinzipien:
- 28 Mechanik ersetzen- 30 Flexible Hüllen und Filme- 36 Phasenübergang- 2 Abtrennung
Beschreibung des Problems als Widerspruch:
Beispiel: TRIZ-Werkzeug Widerspruchsmatrix
Seite 10© Fraunhofer IPT
Leitlinie des Innovationsprinzips 36 (Phasenübergang):
Nutze die Effekte während des Phasenübergangs einer Substanz aus:
- Volumenveränderung
- Wärmeentwicklung
- Wärmeabsorption
Beispiele: Um gerippte Rohre gleichmäßig zu dehnen,
werden sie mit Wasser gefüllt und gefroren. Latentwärmespeicher z.B. für Kühlwasser
im Kraftfahrzeug
KonkreteLösung
KonkretesProblem
Abstrahierte
Problem-stellung
Standard-Innovation
sprinzip
Beispiel: Innovationsprinzip 36: Phasenübergang
Seite 11© Fraunhofer IPT
Beispiel: Erfinderische Lösung - Paraffinbeschichtete Bohrschraube
Verdampfendes Kühlmittel(Abtransport der Wärme)
Schmierung durchKühlmittel
Schneidgeschwindigkeit wird erhöht
Wärme wird durch verdampfendes Paraffin abgeführt
Nebeneffekt: Verbesserte Schmierung durch Paraffin
Innovationsprinzip 36: Phasenübergang
KonkreteLösung
KonkretesProblem
Abstrahierte
Problem-stellung
Standard-Innovations
prinzip
Paraffinbeschichtung
Quelle: SFS Stadler Befestigungs- und Umformtechnik AG
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TRIZ-Philosophien: Technische
Evolution strebt Idealität an
Innovative Ideen lösen Widersprüche auf
Wissen aus anderen Bereichen nutzen
Lösungen systematisch erarbeiten
Die 4 Säulen der TRIZ - Methodik
TRIZ
Widerspruch
Konfliktanalyse
Widerspruchs-analyse
Stoff-Feld-Analyse
Ziel 1 Ziel 2
Wissen
Effekte- Datenbank
Daten
Systematik
Innovations-Checkliste
Funktions-analyse
Ressourcen-Checkliste
Trimming
Vision
Idealität
S-Kurve
Evolutions-prinzipien
Können die Säulen der TRIZ-Methodik für die Technologiefrüherkennung genutzt werden?
Seite 13© Fraunhofer IPT
Erfahrungssatz: „Die Technische Evolution geht in Richtung Idealität.”
Vision: „Ideales Produkt” Bringt den vollen Nutzen ohne unerwünschte Nebeneffekte und zusätzliche Kosten Benötigt keinen Raum, hat kein Gewicht, ohne Mehrarbeit oder Wartung Erfüllt die Funktion, ohne vorhanden zu sein
Beispiel für das Evolutionsprinzip„Regelung, Selbstregelung und Automatisierung“:
TRIZ-Philosophie 1: Technische Evolution strebt Idealität an Idealitätsgrad =
SchadenNutzen
Solarbetriebener, automatischerRasenmäherQuelle: Husqvarna
Das idealeRasenmäherrad...
Elektro-LuftkissenmäherQuelle: Flymo
Regelungswirkung direktauf Objekt
Wirkung überAktuator
System mitRückmeldung
Seite 14© Fraunhofer IPT
Ergebnis: Die „Invention” Nutzt ein neues Prinzip, um Konflikt aufzulösen Wird beiden Forderungen voll gerecht Macht eine der Forderungen unnötig
Beispiel: Druckbehälter Forderung 1: Geringes Gewicht Forderung 2: Hohe Druckfestigkeit für hohe
Luftmenge Kompromiss: Schwere Stahlbehälter mit mittlerem
Druckniveau
Neuer Ansatz: Nutzung von Faserverbundwerkstoffen
Dünner Innenliner dichtet ab Kohlefasern halten den Druckkräften stand Halbiertes Gewicht bei erhöhtem Druckniveau
Grundsatz:
„Reale technische Systeme haben konkurrierende Anforderungen, die zu Kompromisslösungen führen.”
TRIZ-Philosophie 2: Innovative Ideen lösen Widersprüche auf
Seite 15© Fraunhofer IPT
Der Entwickler sucht in seinem Fachgebiet nach Lösungen.
Die „Ideale Lösung” zeigt die Notwendigkeit neuer Denkrichtungen auf.
Die TRIZ-Methodik ermöglicht über ihre Wissensbasis das Finden von Lösungskonzepten außerhalb der persön-lichen Fachkompetenz des Entwicklers.
Fachübergreifendes Wissen nutzen
TRIZ-Philosophie 3: Wissen aus anderen Bereichen nutzen
*) Problem: Verzehr von heißem Kaffee an jedem Ort und zu jeder Zeit
Lösung:Erhitzen des Kaffees durch Ausnutzung einer chemischen Reaktion; im Behältnis integriert
Mechanik
Chemie
Thermo-dynamik
Problem*
Konzept 1
Konzept 2
Konzept 3
Varianten
IdealeLösung
Elektronik
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Anwendung klassischerIdeenfindungsmethoden
Ohne expliziteMethodenanwendung
Anwendungder TRIZ-Methodik
Ideen überwiegend in Richtungdes psychologischen „Trägheits-vektors“; wenig weiterführ-ende Ideen
Ideen in alle Richtungen, vieleweiterführende Ideen
Zielgerichtete Ideen innerhalbeines engen Suchfeldes
hoher Zeitaufwand geringe Qualität der
Ergebnisse
hoher Zeitaufwand innovativste Lösungen inkürzester Zeit
hohe Qualität der Ergebnisse
Aufgabe Lösungpsychologischer„Trägheitsvektor“ ideales Endresultat
verbesserte Qualität derErgebnisse
TRIZ-Philosophie 4: Lösungen systematisch erarbeiten Problem
analysieren
Problem fokussieren
Lösungswerkzeug auswählen
Problem abstrahieren
Lösung zielgerichtet erarbeiten
Verdichter-einheit
Antrieb
Pumpe
Steuerung
Beispiel:
Seite 17© Fraunhofer IPT
(Wie) kann TRIZ für die Technologiefrüherkennung genutzt werden?
Wie kann das Technologiepotenzial abgeschätzt werden,
um daraus Chancen und Risiken für ein
Unternehmen abzuleiten?
Alternativtechnologien finden
Entwicklungen antizipieren
Entwicklungsgrenzen bestimmen
Informationen systematisch auswerten
Technologie-früherkennung TRIZ
Widerspruch
Konfliktanalyse
Widerspruchs-analyse
Stoff-Feld-Analyse
Wissen
Effekte- Datenbank
Daten
Systematik
Innovations-Checkliste
Funktions-analyse
Ressourcen-Checkliste
Trimming
Vision
Idealität
S-Kurve
Evolutions-prinzipien
Ziel 1 Ziel 2
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Systematische Analyse der Wettbewerbsarena
Fokus auf
Produkt-technologien
Produktions-technologien
Werkstoff-technologien
Informations-technologien
Technologie desZulieferers
Stärke desZulieferers
Stärke desKunden
Technologiendes Kunden
Eintrittsbarriere
Kunde(Super-system)
Zulieferer(Sub-
system)
AlternativeTechnologien
TechnologischesWissen
Rivalität unterUnternehmen
Wert
sch
öp
fun
gskett
e
Bedrohung durch Ersatz-
produkte/-dienste
Neue Wettbe-werber
Wettbe-werbs-
situation der
Branche(System)
In Anlehnung an Porter’s Five Forces [Porter: Wettbewerbsstrategie]
Seite 19© Fraunhofer IPT
Alternativtechnologien finden
Sub-System(Komponente)
System(Anzeige)Funktion:Elektrisches Signal inoptisches wandeln
Super-System(Bildschirm)Funktion:Veränderliches Bildanzeigen
Super²-System(Anwendung)
Variante IIVariante I
Flüssigkristall
Polaroidgläserund Flüssigkristall
verändertoptisches Signal
TFT/LCDBildschirm
zzgl. Steuerung
Mobiles Telefon
Träger(Glas, Kunststoff)
AuftreffenderElektronenstrahl
erzeugtoptisches Signal
Braunsche Röhrezzgl. Steuerung
Fernseher
DünnfilmTransistor
Plasma-Entladungerzeugt
optisches Signal
Autocockpit
PlasmaBildschirm
zzgl. Steuerung
Daten
Beispiel: Bildschirm
Aufstellen der Super- und Subsysteme entlang der Wertschöpfungskette(Zulieferer und Kunde)
Alternative Systeme über Hauptfunktion identifizieren(Wettbewerbsprodukte)
Seite 20© Fraunhofer IPT
Entwicklungsgrenzen bestimmen
Ziel 1 Ziel 2
Technologische Leistungsfähigkeit = (Fläche; Tiefe)
Potenzial Tn (PTn)
Potenzial Tn+1
Technologie nTechnologie n+1
Ist-Leistung Tn
Zeit
Ist-Leistung Tn+1
Leistungsgrenze Tn+1
Leistungsgrenze Tn
Beispiel: Bildschirm
Potenzielle Kunden wünschen großen und flachen Bildschirm
Mit der Braunschen Röhre kann der Widerspruch
– große Fläche– geringe Tiefe
nicht überwunden werden.
Armatur
Ablenkeinheit
Getterfeder
Glaskonus
Abschirmkonus
Lochmaske
Glasschirm
Schrumpfrahmen
Seite 21© Fraunhofer IPT
Entwicklungen antizipieren
StarresSystem
EinfachesGelenk
MehrfacheGelenke
Vollständigelastisch
Liquid,Aerosol
Feld
Zunehmende Dynamisierung und Einsatz von Feldern
F
Entwicklungsmöglichkeiten
StarrerComputer
FlexiblerComputer
(Blatt Papier)
VirtuellerComputer
StarrerBildschirm
Flexibler/elastischerBildschirm
Projektion aufbspw. Wind-
schutzscheibe,Brille, Retina
Beispiel: Bildschirm
Ableitung von Entwicklungsrichtungen der Super- und Subsysteme
Analyse des Entwicklungspotenzials von Systemen
Ideenfindung zur Ableitung von Entwicklungs-möglichkeiten für Systeme
Seite 22© Fraunhofer IPT
Informationen systematisch auswerten Das Technologie-
potenzial kann nur relativ bewertet werden.
Das Technologie-potenzial ist durch die aktuelle und zukünftige technologische Leistungsfähigkeit definiert.
Parameter der technologischen Leistungsfähigkeit garantieren eine möglichst hohen Anwendungsumfang.
n
kkk
n
kkk
pw
pw
Funktionenschädliche
FunktionennützlicheI
1
1
Legende:
wk: Wichtigkeit der Funktionen für den Erfolg einer Technologie
pk+: Beschreibung einer nützlichen Funktion durch einen dimensionslosen, normierten und messbaren Parameter
pk+: Beschreibung einer schädlichen Funktion durch einen dimensionslosen, normierten und messbaren Parameter
Technologische Leistungsfähigkeit:
Technologische Leistungsfähigkeit
Potenzial Tn (PTn)
Potenzial Tn+1
Technologie nTechnologie n+1
Ist-Leistung Tn
Zeit
Ist-Leistung Tn+1
Leistungsgrenze Tn+1
Leistungsgrenze Tn
Seite 23© Fraunhofer IPT
Informationsbedarfbestimmen
Informationenbeschaffen
Informationenbewerten
Erkenntnissekommunizieren
Systematische Eingrenzung
DatenbankenPatentanalyse
Workshops Experten-befragung
Portfolio-Analyse
TechnischeEvolution
Technologie-kalender
Technologie-Datenblatt
Abschlussdiskussion:Kann TRIZ für die Technologiefrüherkennung genutzt werden?