Metodologie di progettazione: il TRIZ e la previsione tecnologica

Questo articolo si inserisce nel contesto di un mini-ciclo di articoli sulla metodologia TRIZ-Teoria per la Soluzione dei Problemi Inventivi (G. Altshuller 1926-1998), ognuno dei quali vuole essere completo ed indipendente, con l’obiettivo di chiarire l’ausilio che la metodologia può offrire alle attività di progettazione e di sviluppo nuovo prodotto (qui il precedente). Vengono qui chiariti due contributi sinergici della metodologia a supporto delle analisi di previsione tecnologica per favorire le attività di progettazione predittiva di prodotti futuri. Il primo contributo è indirizzato a supportare l’estrapolazione intuitiva di proiezioni sul futuro, tramite la tecnica dell’Operatore di Sistema e istruire le attività di progettazione verso soluzioni allineate alle proiezioni eseguite. Il secondo contributo è indirizzato a istruire la definizione di soluzioni tecniche di dettaglio di futuri sistemi tecnici, tramite l’impiego di un insieme di modelli e percorsi osservati come statisticamente ricorrenti nell’evoluzione dei sistemi tecnici ed indicati come Leggi TRIZ di Evoluzione dei Sistemi Tecnici (Laws of Engineering Systems of Evolution). Di seguito si presentano le due tecniche chiarendone il significato e mostrando degli esempi illustrativi.

La tecnica dell’operatore di sistema a supporto dell’estrazione intuitiva di proiezioni

La tecnica dell’Operatore di Sistema viene impiegata per supportare l’estrazione intuitiva di proiezioni nell’ambito dei forni domestici per una prospettiva temporale futura di 15 anni. (Per motivi di brevità e leggibilità è riportato solamente un estratto dell’analisi).
Il forno domestico è adottato come ‘System’ e l’ambiente in cui si inserisce il forno viene a collocarsi nel SuperSystem, mentre i principali gruppi funzionali del forno si registrano come Subsystem. Partendo dalla colonna ‘Presente’ riferita al 2015 sono aggiunte due colonne passato riferite rispettivamente al 1985 e al 2000 e si procede a registrare come si presentano e come si presentavano i fattori indagati nei periodi storici d’interesse. Completate le descrizioni delle colonne, nella colonna aggiuntiva si registrano i cambiamenti avvenuti nei differenti livelli gerarchici.
In modo ragionato e strutturato è possibile così supportare l’estrazione di proiezioni sui tre livelli gerarchici, che consentono di indirizzare le attività di ideazione e progettazione verso soluzioni e configurazioni di prodotti futuri che siano in accordo alle tendenze riconosciute.

L’Operatore di Sistema o Multischermo si presenta solitamente come una tabellina 3×3 di nove finestre (o quadranti) ed è caratterizzato da un asse verticale che descrive il livello di dettaglio dell’analisi e una dimensione ‘Tempo’ che costituisce il suo asse orizzontale. Dalla ricerca TRIZ, qualunque sia il sistema oggetto dell’analisi, una persona di talento sempre riconosce e tiene in considerazione l’ambiente e il contesto esterno (SuperSystem) con cui il sistema indagato interagisce, le sue parti costituenti (SubSystem) e un tempo passato, presente e futuro (colonne Passato, Presente, Futuro) di ogni livello di dettaglio.

Nell’attività di previsione di sviluppo futuro eseguita tramite l’Operatore di Sistema, una volta definito l’oggetto dell’analisi (System, colonna Presente), si procede ad identificare il SubSystem e il Supersystem per la colonna Presente, quindi si definisce una o più colonne Passato, la cui distanza temporale sia pari almeno all’arco di tempo futuro da investigare e si registrano System, Subsystem e Supersystem per quel periodo storico. Una volta completate le descrizioni Passato e Presente, si registrano i cambiamenti avvenuti nei differenti livelli gerarchici. In modo intuitivo si formulano delle visioni sulla colonna Futuro ripartite in modo congruente sui tre livelli SubSystem, System e SuperSystem, per l’arco di tempo da indagare. Le visioni intuitive così realizzate non sono previsioni tecnologiche, ma piuttosto delle proiezioni consistenti per riconoscere eventuali tendenze significative (In quale direzione si potrà andare? where?), nell’intento di identificare i fattori portanti che motivano l’evoluzione del sistema tecnico indagato e gli ostacoli che ne hanno frenato lo sviluppo. La tecnica mira a valorizzare e far leva sulle capacità intuitive personali e sulle conoscenze tecniche degli esperti di settore, fattori imprescindibili per un’analisi predittiva, ma allo stesso tempo fonte di pregiudizi e faziosità legate al vissuto personale. Pertanto, per ridurre al minimo i possibili pregiudizi, la tecnica indirizza l’opinione degli esperti a riflettere sui futuri problemi da affrontare (intesi come conflitti tra motivazioni e ostacoli allo sviluppo tecnologico del sistema) piuttosto che sulla previsione diretta del sistema indagato. Confrontando l’evoluzione di specifici elementi del Sistema (o del SubSistema o SuperSistema) registrati nei quadranti dell’Operatore è possibile riconoscere come questi elementi legati al Sistema indagato si sono evoluti. In tal modo l’Operatore fornisce un aiuto metodologico a:

  • ricavare delle indicazioni sui trend specifici rilevanti che guidano i cambiamenti del sistema indagato;
  • comprendere le ragioni dell’evoluzione tecnologica del sistema indagato lungo le tendenze riconosciute;
  • riconoscere le future criticità e sfide prioritarie che il sistema tecnico indagato dovrà affrontare;
  • Indirizzare le attività di ideazione e generazione di idee verso soluzioni e configurazioni dei prodotti futuri che siano in accordo alle tendenze riconosciute.

L’analisi potrà essere eseguita durante le attività di ideazione e definizione di prodotti futuri e i responsabili di progettazione e sviluppo prodotto ne sono i principali fruitori. I benefici che si traggono si riconoscono in:

  • integrare e supportare le capacità previsionali intuitive di tecnici di settore;
  • acquisire un approccio proattivo alla definizione e sviluppo di prodotti futuri, avendo la consapevolezza di quali sono i problemi chiave da affrontare e risolvere in anticipo;
  • assegnare delle priorità negli interventi di progettazione e indirizzarli verso la risoluzione dei conflitti chiave;
  • acquisire una conoscenza strategica su quali fattori e tendenze monitorare in futuro su prodotti emergenti.

Leggi TRIZ di Evoluzione dei Sistemi Tecnici a supporto della definizione di modifiche future di progetto

Come qualunque prodotto, anche l’accendi gas elettrico ha visto un percorso di sviluppo tecnologico nel corso degli anni, finalizzato a incrementare il rapporto benefici-costo. Una volta concluso questo percorso, potrebbe sembrare che non vi siano ulteriori possibilità di evoluzione.
La Legge 6 – Transizione a Super System indica che quando le risorse per l’ulteriore sviluppo di un sistema sono esaurite, l’evoluzione prosegue tramite l’integrazione del sistema stesso con altri sistemi, portando così alla generazione di un super sistema composto o la combinazione di sistemi mono, bi-poli system.
Il piano cottura a gas è il contesto più vicino al dispositivo e oggi l’accendigas è integrato direttamente sui fuochi e il suo sviluppo prosegue come un gruppo funzionale di un insieme più grande.

L’osservazione della storia dei sistemi tecnici ha dimostrato che tutti i prodotti dell’ingegno umano evolvono secondo modelli ripetibili, a prescindere dallo scopo specifico di tali trasformazioni. In altri termini, i Sistemi Tecnici evolvono secondo regolarità (che G. Alshuller chiama Leggi Oggettive dell’Evoluzione) che sono indipendenti dal campo di applicazione e dalla funzione per la quale il sistema tecnico è stato concepito. Queste leggi governano lo sviluppo dei sistemi tecnici esattamente come le leggi naturali regolano lo sviluppo dei sistemi biologici. Così come la conoscenza della genetica permette di prevedere le caratteristiche di un organismo vivente, le leggi di evoluzione TRIZ consentono di anticipare i futuri sviluppi di un sistema tecnico. Queste Leggi sono tipicamente classificate in tre gruppi (Statica, Cinematica, Dinamica) corrispondenti alle tre principali fasi di sviluppo di un sistema tecnico, ovvero infanzia, crescita e maturità. Queste Leggi devono essere considerate come un sistema di regolarità coesistenti caratterizzanti l’evoluzione di qualunque sistema tecnico e la sua complessità innata. Accanto alle Leggi di Evoluzione la teoria TRIZ ha riconosciuto anche un insieme di strategie solutive (System of 76 Inventive Standards) che spesso descrivono trend di evoluzione, che puntualizzano il processo di evoluzione più generale indicato dalle Leggi. Nella definizione di interventi e modifiche predittive (Quali modifiche possono essere realizzate e anticipate? What?) da apportare ad un prodotto, processo o tecnologia in analisi, tramite l’ausilio delle Leggi, si procede a riconoscere la pertinenza della singola Legge al sistema, interpretandone il significato generale sul caso specifico, quindi si suggerisce l’evoluzione ulteriore, in accordo alle indicazioni fornite dalla Legge e ai benefici generalizzati che ne derivano.

La Legge 1 –Completezza delle Parti di un Sistema (Gruppo Statica) afferma che il sistema tecnico sia riconducibile a quattro componenti di base (tool, transmission, engine, control) necessari per lo svolgimento della funzione assegnata e che i quattro componenti si integrino riducendo il coinvolgimento umano e incrementando le performance e le capacità di controllo nello svolgimento della funzione. Nel tradizionale mop per il lavaggio manuale di pavimenti in ambiente domestico la frizione dello straccio sul pavimento sporco è a carico dell’utente e tanto più è il vigore dell’utente nello strofinare, tanto maggiore è l’azione pulente. Interpretando il significato della Legge 1 al mop, si riconosce nello straccio l’utensile (tool) e nell’asta impugnata dall’individuo il tramite (transmission). In accordo alla Legge, nell’intento di ridurre l’effort dell’individuo e di migliorare le performance, il percorso di sviluppo suggerisce l’introduzione di un organo di azionamento (engine) interno al sistema, capace di fornire l’energia richiesta per movimentare lo straccio e rimuovere lo sporco. Sebbene ancora poco diffuse, alcune aziende già hanno proposto prodotti sul mercato in tale direzione.

La Legge 6 – Transizione a Super System (Gruppo Cinematica) afferma che quando le risorse per l’ulteriore sviluppo di un sistema sono esaurite, l’evoluzione prosegue tramite l’integrazione del sistema stesso con altri sistemi, portando così alla generazione di un super sistema composto o la combinazione di sistemi mono, bi-poli system. Come qualunque prodotto, anche l’accendi gas elettrico ha visto un percorso di sviluppo tecnologico nel corso degli anni, finalizzato a incrementare le sue performance. Una volta concluso questo percorso, potrebbe sembrare che non vi siano ulteriori possibilità di evoluzione. In accordo alla Legge 6 – Transizione a Super System, il dispositivo continua la sua evoluzione e ad accrescere il rapporto benefici-costo, integrandosi con altri sistemi o il contesto in cui si trova. Il piano cottura a gas è il contesto più vicino al dispositivo e oggi l’accendigas integrato direttamente sui fuochi prosegue il suo sviluppo come un gruppo funzionale di un insieme più grande.

La Legge 7 – Transizione da Macro a Micro livello (Gruppo Dinamica) indica che le transizioni a nuove tecnologie sono caratterizzate da una riduzione della scala dimensionale delle interazioni tra il tool del sistema e l‘oggetto destinatario della funzione. In altre parole, i principi fisico-chimici caratterizzanti l’abilità del tool di erogare la funzione progressivamente interessano una scala più piccola (solido, polvere, cristalli, molecole, ioni, atomi, particelle sub atomiche, ecc).

Nel grammofono la lettura del disco di vinile avviene tramite il passaggio di una testina solida lungo i solchi del disco, causando col tempo un’usura del disco stesso e il deterioramento della qualità del suono.
La Legge TRIZ -Legge di Transizione da Macro a Micro livello indica l’evoluzione della tecnologia verso una soluzione capace di superare il conflitto e il percorso di sviluppo generalizzato suggerisce di realizzare un contatto tra dispositivo di lettura e supporto musicale ad una scala dimensionale inferiore.
La music-cassetta con nastro ferro magnetico viene letta tramite una testina, secondo un’interazione a livello di cristalli. La durata della music cassetta è assai superiore a quella del disco in vinile, ciò nonostante anche con questa tecnologia si manifesta col tempo un fenomeno di usura del nastro.
In accordo alla Legge, il conflitto viene superato con l’evoluzione tramite il passaggio ad una scala d’interazione ancora inferiore: il raggio laser applicato alla lettura di un supporto CD/DVD realizza un’interazione su scala dimensionale nanoscopica senza contatto, garantendo la qualità del suono nel tempo e una ripetizione illimitata.

Si considerino i sistemi di lettura di supporti musicali. Nel trascorso grammofono la lettura di un disco di vinile avviene tramite il passaggio di una puntina solida (tool) che percorre le incisioni ricavate sul supporto (object). Il contatto ripetuto tra puntina e solco permette la riproduzione del suono, ma genera con il tempo l’usura del disco, riducendo la qualità del suono. Interpretando la Legge 7 al sistema in indagine, si riconosce che il contatto tra la puntina e il supporto musicale avviene ad una scala dimensionale millesimale: in accordo alla Legge 7 il sistema si evolve realizzando un contatto tra tool e object ad una scala dimensionale inferiore, quali cristalli. La music-cassetta con nastro ferro magnetico (object) viene letta tramite una testina (tool), con un’interazione a livello microscopico. Tuttavia, anche in questo sistema di lettura e riproduzione del suono, con il tempo si ha un’usura del nastro, della testina e un peggioramento della qualità del suono. In accordo alla Legge 7, il conflitto viene superato con l’evoluzione tramite il passaggio ad una scala d’interazione tool-object ancora inferiore: la tecnologia laser (tool) applicata alla lettura di un supporto CD/DVD (object) realizza un’interazione su scala dimensionale nanoscopica senza contatto, garantendo una ripetizione illimitata.

Sebbene TRIZ sia stato sviluppato come teoria a supporto dei processi di ideazione nell’ambito dei problemi inventivi e non specificatamente per attività di previsione, le Leggi di Evoluzione hanno dimostrato importanti capacità di supportare l’analisi qualitativa e descrittiva dell’evoluzione dei Sistemi Tecnici, rappresentando un importante schema di riferimento metodologico per la progettazione predittiva di sistemi tecnici futuri.

Le Leggi di Evoluzione forniscono un aiuto metodologico a:

  • identificare e comprendere le direzioni di evoluzione di un sistema tecnico;
  • riconoscere il grado di maturità raggiunto dal sistema tecnico, in accordo a percorsi già codificati;
  • anticipare e prevedere quali saranno le future configurazioni di successo;
  • istruire la formulazione di soluzioni progettuali future in accordo alle regolarità intraprese;
  • riconoscere in anticipo le parti del sistema più candidate alle prossime modifiche e cambiamenti.

L’analisi delle Leggi Evolutive applicate ad un prodotto, processo o tecnologia potrà essere eseguita durante le attività di ideazione e definizione di prodotti futuri e i responsabili di progettazione, sviluppo prodotto e progettisti ne sono i principali fruitori. I benefici che si traggono si riconoscono in:

  • Ridurre i tempi di ideazione e il dispendio di risorse intellettuali nella ricerca e generazione di soluzioni progettuali future di successo;
  • Definire soluzioni progettuali predittive non sulla base di intuizioni e/o sensibilità personali, ma tramite l’adozione logica di regolarità evolutive applicate ad una rappresentazione generalizzata del sistema indagato;
  • Anticipare e supportare la definizione di modifiche progettuali predittive, comprese anche modifiche radicali del sistema in studio;
  • Acquisire una conoscenza strategica su quali soluzioni monitorare in futuro su prodotti emergenti.

Siti di riferimento

Si ringrazia il Prof. Gaetano Cascini – Politecnico di Milano –Dip. Meccanica per il supporto ricevuto nella stesura del contributo.

[1] Associazione Europea di TRIZ, ETRIA

[2] Associazione Italiana di TRIZ, APEIRON

[3] Centro di competenza italiano per l’Innovazione Sistematica

[4] Associazione Internazionale di TRIZ, MATRIZ

[5] Altshuller Institute for TRIZ

[6] TRIZ journal

[7] ARIZ e principi inventivi

[8] TRIZ e Technology Forecasting