TRIZ-basierte Technologiefrüherkennung

1. TRIZ-basierte Technologiefrüherkennung Ein guter Technologiemanagerwird nicht von neuen Technologien überrascht! Dipl.-Ing. Markus Grawatsch Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Berlin, 4. November 2005

2. Was ist Technologiefrüherkennung? Technologische Leistungsfähigkeit Leistungsgrenze Tn+1 Leistungsgrenze Tn Potenzial Tn (PTn) Ist-Leistung Tn Potenzial Tn+1 Ist-Leistung Tn+1 Technologie n+1 Technologie n Zeit Gegenstand der Technologiefrüherkennung ist die frühzeitige Potenzialbestimmung neuer Technologien sowie das Erkennen der Grenzen herkömmlicher technologischer Problemlösungen. [Quelle: Eversheim; Schuh: „Betriebshütte“] Das 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]

3. Wie funktioniert Technologiefrüherkennung? Fokussieren Filter Formatieren Finden Informationsbedarf bestimmen Informationen recherchieren Informationen kommunizieren Informationen bewerten Technologiepotenziale • Wie kann das Technologiepotenzial abgeschätzt werden,um daraus Chancen und Risiken für ein Unternehmen abzuleiten? • Alternativtechnologien finden • Entwicklungen antizipieren • Entwicklungsgrenzen bestimmen • Informationen systematisch auswerten TRENDS &DISKONTINUITÄTENidentifizieren und prognostizieren TECHNOLOGIEPLANUNG auf Informationen reagieren und sie nutzen Chancen & Risiken Quellen: Klopp; Hartmann: “Das Fledermaus-Prinzip” Lang; Tschirky: “Technology Intelligence”

4. 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 10 x Anzahl Nutzungszyklen ohne Bedienereingriff 30 x

5. TRIZ-Erfahrung bei der systematischen Produktentwicklung • Wie kann das Technologiepotenzial abgeschätzt werden,um daraus Chancen und Risiken für ein Unternehmen abzuleiten? • Alternativtechnologien finden • Entwicklungen antizipieren • Entwicklungsgrenzen bestimmen • Informationen systematisch auswerten • 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

6. Entwicklungsgeschichte der TRIZ*-Methodik • Analyse von westlichen Patenten seit Beginn des2. 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“ Genrik S. Altshuller (geb. 1920, gest. 1998) Begründer der TRIZ-Methodik "Creativity is not a born gift. Every engineer can learn to be inventive.” Genrik Altshuller

7. StandardLösung TRIZ-Werkzeug StandardProblem Abstraktion Anwendung konkretesProblem innovativeLösung 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.

8. Beispiel: Problemstellung Abstrahierte Problem- stellung Standard Innovations-prinzip KonkretesProblem KonkreteLösung Ziel: Gesteigerte Bohrgeschwindigkeit • Randbedingungen: - Gegebene, begrenzte Vorschubkraft - Kostengünstige Bohrspitze (kaltgeformterStandard-Stahl) Erster Versuch: Erhöhung der Drehgeschwindigkeit • Probleme: • - Übermäßige Wärmeentstehung • - Reibschweißung Bohr-werk-zeug Span Grundmaterial Quelle: EJOT Holding GmbH & Co. KG

9. Beispiel: TRIZ-Werkzeug Widerspruchsmatrix Auszug aus der „Widerspruchsmatrix”: Abstrahierte Problem- stellung Standard-Innovations-prinzip Negativ beeinflusster Faktor Haltbarkeit eines Haltbarkeit eines Temperatur Helligkeit festen Objektes KonkretesProblem KonkreteLösung bewegten Objektes Optimierungs-faktor Beschreibung des Problems als Widerspruch: Volumen eines 35, 34, 35, 6, 4 bewegten Objekts 38 • (Bohr-) Geschwindigkeit soll erhöht werden. • Temperatur darf sich nicht erhöhen. 3, 19, 28, 30, 10, 13, Geschwindigkeit 35, 5 36, 2 19 35, 10, Kraft 19, 2 21 35, 39, 19, 3, 27 Legende Innovationsprinzipien: • 28 Mechanik ersetzen • 30 Flexible Hüllen und Filme • 36 Phasenübergang • 2 Abtrennung Spannung, Druck 19, 2 Vorschlag erfolgsversprechender Innovationsprinzipien

10. Beispiel: Innovationsprinzip 36: Phasenübergang Abstrahierte Problem- stellung Standard-Innovationsprinzip KonkretesProblem KonkreteLösung 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 Kühlwasserim Kraftfahrzeug

11. Beispiel: Erfinderische Lösung - Paraffinbeschichtete Bohrschraube Innovationsprinzip 36: Phasenübergang Verdampfendes Kühlmittel (Abtransport der Wärme) Schmierung durch Kühlmittel • Schneidgeschwindigkeit wird erhöht • Wärme wird durch verdampfendes Paraffin abgeführt • Nebeneffekt: Verbesserte Schmierung durch Paraffin Abstrahierte Problem- stellung Standard-Innovationsprinzip KonkretesProblem KonkreteLösung Paraffinbeschichtung Quelle: SFS Stadler Befestigungs- und Umformtechnik AG

12. Daten TRIZ Systematik Wissen Widerspruch Vision Ziel 1 Ziel 2 Effekte- Datenbank Innovations-Checkliste Konfliktanalyse Idealität Funktions- analyse Widerspruchs- analyse S-Kurve Stoff-Feld- Analyse Evolutions- prinzipien Trimming Ressourcen- Checkliste Die 4 Säulen der TRIZ - Methodik TRIZ-Philosophien: • Technische Evolution strebt Idealität an • Innovative Ideen lösen Widersprüche auf • Wissen aus anderen Bereichen nutzen • Lösungen systematisch erarbeiten • Können die Säulen der TRIZ-Methodik für die Technologiefrüherkennung genutzt werden?

13. Idealitätsgrad = Nutzen Schaden Das idealeRasenmäherrad... Elektro-Luftkissenmäher Quelle: Flymo Solarbetriebener, automatischerRasenmäher Quelle: Husqvarna TRIZ-Philosophie 1: Technische Evolution strebt Idealität an 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“: Regelungswirkung direktauf Objekt Wirkung überAktuator System mitRückmeldung

14. TRIZ-Philosophie 2: Innovative Ideen lösen Widersprüche auf Grundsatz: „Reale technische Systeme haben konkurrierende Anforderungen, die zu Kompromisslösungen führen.” 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

15. Thermo- dynamik Mechanik Varianten Konzept 2 Konzept 1 Konzept 3 Problem* Chemie Elektronik Ideale Lösung TRIZ-Philosophie 3: Wissen aus anderen Bereichen nutzen • 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. *) Problem: Verzehr von heißem Kaffee an jedem Ort und zu jeder ZeitLösung:Erhitzen des Kaffees durch Ausnutzung einer chemischen Reaktion; im Behältnis integriert • Fachübergreifendes Wissen nutzen

16. TRIZ-Philosophie 4: Lösungen systematisch erarbeiten • Problem analysieren • Problem fokussieren • Lösungswerkzeug auswählen • Problem abstrahieren • Lösung zielgerichtet erarbeiten Anwendung klassischerIdeenfindungsmethoden Anwendung der TRIZ-Methodik Ohne expliziteMethodenanwendung Ideen überwiegend in Richtungdes psychologischen „Trägheits-vektors“; wenig weiterführ-ende Ideen Ideen in alle Richtungen, viele weiterführende Ideen Zielgerichtete Ideen innerhalbeines engen Suchfeldes • hoher Zeitaufwand • geringe Qualität der Ergebnisse • hoher Zeitaufwand • innovativste Lösungen in kürzester Zeit • hohe Qualität der Ergebnisse Beispiel: Pumpe • verbesserte Qualität der Ergebnisse psychologischer„Trägheitsvektor“ Antrieb Verdichter- einheit Steuerung Aufgabe Lösung ideales Endresultat

17. (Wie) kann TRIZ für die Technologiefrüherkennung genutzt werden? Daten Technologie-früherkennung TRIZ • Wie kann das Technologiepotenzial abgeschätzt werden,um daraus Chancen und Risiken für ein Unternehmen abzuleiten? • Alternativtechnologien finden • Entwicklungen antizipieren • Entwicklungsgrenzen bestimmen • Informationen systematisch auswerten Systematik Wissen Widerspruch Vision Ziel 1 Ziel 2 Effekte- Datenbank Innovations-Checkliste Konfliktanalyse Idealität Funktions- analyse Widerspruchs- analyse S-Kurve Stoff-Feld- Analyse Evolutions- prinzipien Trimming Ressourcen- Checkliste

18. Systematische Analyse der Wettbewerbsarena Technologiendes Kunden Kunde(Super-system) Stärke des Kunden AlternativeTechnologien Eintrittsbarriere Neue Wettbe-werber Bedrohung durch Ersatz-produkte/-dienste Wettbe-werbs-situation der Branche(System) Wertschöpfungskette Zulieferer(Sub-system) TechnologischesWissen Rivalität unterUnternehmen Technologie desZulieferers Stärke desZulieferers In Anlehnung an Porter’s Five Forces [Porter: Wettbewerbsstrategie] Fokus auf • Produkt-technologien • Produktions-technologien • Werkstoff-technologien • Informations-technologien

19. Alternativtechnologien finden Daten Beispiel: Bildschirm • Aufstellen der Super- und Subsysteme entlang der Wertschöpfungskette(Zulieferer und Kunde) • Alternative Systeme über Hauptfunktion identifizieren(Wettbewerbsprodukte) Super²-System(Anwendung) Fernseher Mobiles Telefon Autocockpit Super-System(Bildschirm) Funktion: Veränderliches Bild anzeigen Variante I Variante II Braunsche Röhrezzgl. Steuerung TFT/LCD Bildschirmzzgl. Steuerung Plasma Bildschirmzzgl. Steuerung System(Anzeige) Funktion:Elektrisches Signal inoptisches wandeln Polaroidgläser und Flüssigkristall verändert optisches Signal Plasma-Entladung erzeugt optisches Signal AuftreffenderElektronenstrahlerzeugtoptisches Signal Sub-System(Komponente) Dünnfilm Transistor Träger(Glas, Kunststoff) Flüssigkristall

20. Entwicklungsgrenzen bestimmen Ziel 1 Ziel 2 Beispiel: Bildschirm • Potenzielle Kunden wünschen großen und flachen Bildschirm • Mit der Braunschen Röhre kann der Widerspruch • große Fläche • geringe Tiefe nicht überwunden werden. Technologische Leistungsfähigkeit =  (Fläche; Tiefe) Leistungsgrenze Tn+1 Leistungsgrenze Tn Potenzial Tn (PTn) Ist-Leistung Tn Potenzial Tn+1 Ist-Leistung Tn+1 Technologie n+1 Technologie n Zeit

21. Entwicklungen antizipieren Zunehmende Dynamisierung und Einsatz von Feldern Starres System Einfaches Gelenk Mehrfache Gelenke Vollständig elastisch Liquid,Aerosol Feld Entwicklungsmöglichkeiten F StarrerComputer FlexiblerComputer(Blatt Papier) Virtueller Computer Flexibler/elastischerBildschirm StarrerBildschirm 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

22. Informationen systematisch auswerten Technologische Leistungsfähigkeit Leistungsgrenze Tn+1 Leistungsgrenze Tn Potenzial Tn (PTn) Ist-Leistung Tn Potenzial Tn+1 Ist-Leistung Tn+1 Technologie n+1 Technologie n Zeit • 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. Technologische Leistungsfähigkeit: 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

23. Abschlussdiskussion:Kann TRIZ für die Technologiefrüherkennung genutzt werden? Portfolio- Analyse TechnischeEvolution Systematische Eingrenzung Informationsbedarf bestimmen Informationen beschaffen Informationen bewerten Erkenntnisse kommunizieren DatenbankenPatentanalyse Workshops Experten-befragung Technologie-kalender Technologie- Datenblatt