تعداد بازدید : 70

10/8/2023

TRIZ تئوری حل مسئله به روش ابداعی

هدیه هرسینی

دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی صنایع- دانشگاه تربیت مدرس

دکتر رضا کاظم زاده

عضو هیئت علمی بخش مهندسی صنایع- دانشگاه تربیت مدرس

چکیده مقاله

کلمه TRIZ مخفف کلمه روسی Teoriya Rasheneniya Izobretatelskikh Zadath میباشد که در انگلیسی به Theory of Inventive Problem Solving ترجمه شده است.

آلتشولرکه از وی به عنوان پدر تکنیک TRIZ یاد شده است، عقیده دارد که مسائل ابداعی همانند هر مسئله مهندسی قابل کدبندی، کلاسه بندی و حل توأم با متد هستند.

این مقاله نشان میدهد که TRIZ برخلاف آنچه در ابتدا به نظر میرسد، یک روش حل مسئله بر اساس ابزارهای روان شناسی از قبیل طوفان ذهنی،کشف، شهود و خلاقیت نیست. بلکه TRIZ همانند سایر تکنیک های مهندسی از قوانین و قواعد خاصی پیروی میکند. بنابراین هر محقق و کارشناسی با پیروی از این روش میتواند به راه حلهای جدید و ابداعی دستیابد.

همچنین این مقاله اساس TRIZ را در 50 کلمه بیان میدارد. اصول و روشهای زیادی در TRIZ وجود دارد که اساس و پیکره آن را تشکیل میدهند. مانند 40 اصل ابتکاری، ماتریس تناقضات آلتشولر، ARIZ ، تعیین پیشگویانه خطا AFD ، تکامل هدایت شده محصول DPE . ولی تمام این روش ها خیلی وسیع تر از آنند که جهت درک اساس TRIZ مورد مطاله قرار گیرند.

1- مقدمه

دو دسته مسئله وجود دارد که غالبا ً افراد با آنها مواجه میشوند: مسائلی که دارای راه حل شناخته شده میباشند و مسائلی که هیچ راه حل شناخته شده ای برای آنها وجود ندارد.

دسته اول معمولا ً با استفاده از اطلاعاتی که در کتابها، مقالات و مجلات یافت میشوند و یا با استفاده از دانش و تجربیات متخصصین امر حل میشوند. این گونه مسائل با بکارگیری روشهای مرسوم حل مسئله که در شکل 1 نشان داده شده است قابل حل میباشند. به طوریکه یک مسئله خاص به یک مسئله استاندارد مشابه تبدیل میشود. سپس راه حل استاندارد شناسایی میشود و از آن راه حل مسئله نتیجه میگردد. [1]

به عنوان مثال، در طراحی یک ماشین برش دوار (مسئله خاص) به یک موتور پر قدرت ولی با سرعت rpm 100 (دور بر دقیقه) نیاز داریم. در حالیکه اغلب موتورهای AC دارای سرعت rpm 3600 (دور بر دقیقه) میباشند.

ابتدا مسئله را به مسئله استاندارد مشابه تبدیل میکنیم به طوریکه مسئله استاندارد مشابه آن، چگونگی کاهش سرعت موتور میباشد. راه حل استاندارد مشابه آن استفاده از جعبه دنده میباشد. پس یک جعبه دنده با ابعاد، وزن، دور rpm و گشتاور متناسب با طرحمان طراحی میکنیم.

همان طور که قبلا ً گفته شد دسته دوم مسائلی هستند که دارای راه حل شناخته شده نمیباشند و به آنها مسائل ابداعی اتلاق میشود و ممکن است دارای خواسته ها و نیازهای متناقضی باشند.

در قرن چهارم، دانشمندان مصری که به آنها پپ گفته میشود، فرضیه ای را مبنی بر وجود علمی به نام علم ابتکاری حل مسائل ابداعی مطرح نمودند. در عصر پیشرفته حاضر، حل مسئله به روش ابداعی، در جرگه علوم روان شناسی که پل ارتباطی بین مغز، بینش ، نوآوری و ابداع است قرار داده میشود. روشهایی نظیر طوفان ذهنی، آزمون و خطا روشهایی از این قبیل میباشند.

تعداد آزمایشات بر اساس پیچیدگی مسئله متفاوت میباشد. در صورتیکه بتوان راه حل مناسب را با استفاده از تجربیات یک نفر و یا حیطه علمی خاصی نظیر مهندسی مکانیک بدست آورد، تعداد آزمایشات مورد نیاز محدود خواهد بود. در غیر این صورت، مخترع یا مبدع باید از مرزهای دانش و تجربیات خود فراتر رود و به زمینه های علمی دیگری نظیر شیمی یا الکترونیک نیز نظر افکند. بنابراین تعداد آزمایشات بر اساس اینکه مخترع یا مبدع تا چه حدی میتواند در استفاده از ابزار فکری نظیر طوفان ذهنی، اشراق یا دریافت ناگهانی و خلاقیت ماهر شود، افزایش می یابد.

مشکل بعدی این است که انتقال ابزارهای فکری نظیر تجربه و دریافت ناگهانی به سایر افراد سازمان کاری بس دشوار است. [2]

بنابراین رویکرد بهتری توسط شخصی به نام جنریچ آلتشولر که مبنای آن به جای علم روان شناسی، تکنولوژی و فناوری میباشد، ابداع شد.

او در سال 1926 در اتحاد جماهیر شوروی سابق به دنیا آمد. حس کنجکاوی او در خصوص روشهای حل مسئله، وی را به سمت کشف یک روش استاندارد برای حل مسئله سوق داد. به طور خلاصه آلتشولر به این نتیجه رسید که تئوری ابداع باید در برگیرنده موارد زیر باشد:

1.رویه ای سیستماتیک و قدم به قدم باشد.

2.راهنمایی در فضای نامحدود راه حلهای گوناگون در جهت رسیدن به راه حل ایده آل باشد.

3.تکرارپذیر و قابل اطمینان باشد و وابسته به ابزارهای فکری نباشد.

4.به جوهره وجودی دانش ابداع دسترسی داشته باشد.

5.موجب ارتقاء دانش ابداع گردد.

6.مشابه روشهای عمومی حل مسئله باشد تا مبدع بتواند با دنبال کردن آن، مسئله را حل نماید.

در سال های بعد ، آلتشولر با بررسی بیش از 200|000 اختراع به ثبت رسیده، بدین نتیجه رسید که تمام اختراعات از یک سری قوانین خاص تبعیت میکنند و دارای ویژگی های مشترکی هستند. سپس وی مسائلی ابداعی را مطرح نمود که راه حل بدست آمده برای آنها، مسئله دیگری را نمایان می سازد. مثل افزایش مقاومت یک صفحه فلزی که موجب افزایش وزن آن میگردد.

او اختراعات موجود را با روش جدیدی به جای طبقه بندی بر اساس صنایع مختلف نظیر خودروسازی، صنایع هوایی و غیره، دسته بندی نمود. وی به این نتیجه رسید که معمولا ً مسائل مختلف با استفاده از 40 اصل ابتکاری مشخص حل میشوند. [3]

2- بحث

پیدایش TRIZ در سال 1946 و به واسطه تحقیقات وسیع آلتشولر و همکارانش در اتحاد جماهیر شوروی سابق می باشد. TRIZ یا تئوری حل مسئله به روش ابداعی، بر اساس این فرضیه که قوانین و اصولی عمومی برای تمام اختراعات و ابداعات وجود دارد بنا نهاده شده است. این فرضیه پایه و اساس اختراعات و ابداعات خلاقانه که در نهایت موجب پیشرفت تکنولوژی میگردند، می باشد. در صورتیکه این قوانین شناسایی و رمز گشایی شوند، می توانند جهت قابل پیشگویی تر شدن فرآیند اختراع و ابداع به انسانها آموخته شوند.

آلتشولر طبق تحقیقاتی که انجام داد، اختراعات به ثبت رسیده را بر اساس سطح ابتکاری بودنشان دسته بندی نمود و آنها را جهت دستیابی به قوانین و اصول ابداع مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. در نتیجه این تحقیقات سه ویژگی عمومی زیر را در ابداع شناسایی نمود: [3]

1.مسائل و راه حل های یکسان و عمومی مشترکی بین صنایع و علوم مختلف وجود دارد.

2.سیر تکامل و تحول فنی صنایع و علوم مختلف دارای الگوهای مشترکی هستند.

3.ابداعات گوناگون از نتایج علمی خارج از محدوده ای که در آن قرار دارند استفاده می نمایند.

در کاربری TRIZ از این سه ویژگی در راستای خلق یا ایجاد بهبود در محصول، خدمت و یا سیستم استفاده می گردد.

در TRIZ قوانین زیادی وجود دارد که یکی از آنها قانون افزایش ایده آل گرایی است. این بدان معناست که سیستمها در جهت افزایش درجه ایده آل بودن متحول می شوند و ایده آل گرایی به صورت کسری از مجموع آثار مفید سیستم (Ui ? ) بر مجموع آثار مضر سیستم (Hj ? ) تعریف می شود.

آثارمفید سیستم در برگیرنده تمام نتایج ارزشمند عملکرد سیستم و آثار مضر، در برگیرنده ورودی های ناخواسته سیستم از قبیل هزینه، انرژی، آلودگی و خطرات می باشند.

ایده آل ترین حالت زمانی رخ میدهد که فقط نتایج سودمند داشته باشیم و آثار زیان آور صفر باشند. بنابراین از نقطه نظر طراحی، مهندسان باید به دنبال سود بیشتر و کاهش هزینه مواد، نیروی کار ، انرژی و به طور کلی آثار مضر سیستم باشند. معمولا ً وقتی در پی افزایش سود هستیم و اقداماتی را در این خصوص انجام میدهیم، در نتیجه آن آثار مضر نیز افزایش می یابند و تناقضاتی مشاهده می گردند.

ناچارا ً برای اصلاح و بهینه نمودن سیستم مجبور به جایگزینی ها و جابجایی هایی می شویم. ولی قانون ایده آل گرایی TRIZ ، طراحی را به سمت حل کردن تناقضات طراحی و یا برطرف کردن هر گونه نیاز به جایگزینی سوق می دهد.

سرانجام نتیجه ایده آل نهایی سیستم یا محصولی خواهد بود که عملکردهای سودمند طرح اولیه را همراه دارد ولی ممکن است همان سیستم یا وسیله اولیه نباشد. می توان از تبدیل ساعتهای مکانیکی فنردار به ساعتهای الکترونیکی و دیجیتالی به عنوان مثالی از تحول و حرکت به سمت ایده آل گرایی نام برد. [3]

مثال: قوطی نوشیدنی

قوطی را به عنوان یک سیستم مهندسی که با هدف نگه داری نوشیدنی طراحی شده است، در نظر بگیرید. مشخصه های فیزیکی این سیستم شامل وزن قوطی پر شده، فشار داخلی قوطی، استحکام و صلبیت ساختار قوطی میباشد. عمده عملکرد مفید این سیستم نگه داشتن نوشیدنی است. آثار مضر آن شامل هزینه های مواد اولیه و تولید و فضای هدر رفته ناشی از انبارش قوطی میباشد. نتیجه ایده آل، قوطیی است که در صورت چیده شدن سایر قوطی ها بر روی آن بدون آسیب رسیدن به قوطی و نوشیدنی داخلش باقی بماند.

ارتفاعی که قوطی ها هنگام انبارش بر روی هم چیده می شوند برای ما قابل کنترل نیست. از طرفی قیمت مواد اولیه ما را مجبور به کاهش هزینه های مواد اولیه میکند. جهت این کار باید ضخامت دیواره های قوطی را کاهش دهیم، ولی در این صورت ممکن است قوطی نتواند وزن ناشی از چیدمان سایر قوطی ها را تحمل کند و بنابراین ضخامت دیواره ها باید تا جایی کاهش یابد که قوطی بتواند وزن بار گذاری شده را تحمل کند. این در واقع تناقضی فیزیکی است. به طوریکه اعمال تغییراتی در جهت بهبود یک مشخصه فیزیکی موجب بدتر شدن مشخصه دیگری می شود. اگر بتوانیم این مشکل را حل کنیم به یک سیستم مهندسی ایده آل دست یافته ایم. [4]

3- مبانی TRIZ در 50 کلمه

TRIZ یعنی:

" تشخیص و درک این که سیستم های فنی در جهت افزایش ایده آل بودن به وسیله غلبه بر تناقضات و اغلب با صرف حداقل منابع، متحول می شوند. بنابراین TRIZ برای حل خلاقانه مسائل، یک روش جدلی و مناظره ای ارائه می کند یعنی:

· درک مسائل به عنوان یک سیستم

· تصور یک راه حل ایده آل در آغاز

· حل تناقضات

مهم ترین مطلب تشخیص و درک متحول شدن و تکامل یافتن سیستم های فنی است. عمدتا ً از تکنولوژی به عنوان یک سیستم فنی یاد می کنیم. هر سیستمی از تعدادی اجزاء و تعاملات متقابل بین آنها تشکیل شده است (زیر سیستم) ، و همچنین این سیستم ممکن است یکی از اجزاء یک فوق سیستم باشد. تمام سیستم های فنی در طول دوران موجودیت شان تغییر می کنند و توسعه می یابند یعنی متحول می شوند. این تحولات ممکن است در مراحل مختلف و یا از راه های مختلفی از قبیل تولد، توسعه، یکپارچگی، پیچیدگی و غیره نمایان گردند.

مورد بعدی این است که بدانیم سیستم های فنی در جهت افزایش ایده آل بودن متحول می شوند که به آن قانون ایده آل گرایی میگویند. ایده آل گرایی در واقع حرکت در جهت افزایش ایده آل بودن تعریف می شود و درک این موضوع پایه و اساس ذهن ما در پیش بینی آینده و توسعه سیستم های فنی خواهد بود. باید در نظر داشته باشیم که TRIZ علاقه مند به فراهم آوردن متدلوژی (راهی برای فکر کردن) در جهت حل خلاقانه مسائل می باشد. این مطلب هدف اصلی ایجاد و توسعه TRIZ است. از روش حل مسئله جهت فایق آمدن بر تناقضات استفاده می نماییم و مسئله را به طور خلاقانه حل می کنیم، هر چند که به ظاهر هیچ راه حل شناخته شده ای برای برطرف نمودن تناقضات در اختیار نداریم. [2]

4- دلایل استفاده از TRIZ

به واسطه وجود محیط رقابتی شدید در دنیا و نیاز مشتری به محصول با کیفیت بالاتر و ارزان تر، نیاز بیشتری به رویکردهای ابداعی در دنیا به وجود آمده است. در حال حاضر فعالیت های علمی باید در سطح بالاتر، با بودجه کمتر و سرعت بیشتری نسبت به گذشته، صورت گیرند. تحقیقات اخیر نشان میدهد که TRIZ بین 70% تا 300% به تولید ایده برای محصولات و خدمات جدید و ایجاد بهبود کیفیت، سرعت می بخشد. TRIZ تکنیکهای مهندسی و تئوری های علمی را به سمت یک چارچوب سوق میدهد. متبحر شدن در فرآیند TRIZ ، فقط این نیست که تیم فنی تمام پتانسیل موجودشان را شناسایی کنند، بلکه TRIZ در ابتدا به آنها یاد آوری میکند که چرا آنها مهندس یا دانشمند بودن را برگزیده اند. TRIZ از راه های مختلفی به این هدف میرسد. یکی از مهمترین راهها این است که ما را برای یافتن راه حل مسئله مان، به نظر افکندن به زمینه های خارج از دانش، تجربه، سازمان، متخصصین و حتی خارج از صنعت خود تشویق میکند (هرچند که این روش برای ما و سازمان مان غیر معمول میباشد). [4]

بکارگیری TRIZ یعنی بازگشت به اصول اولیه، ولی معمولا ً در این راه از اصول، علوم و راه حل های مهندسی که برای ما آشنا نیستند استفاده می نماییم. این فرآیند با تجزیه تمام مسائل به وظایف بنیادی طراحی شان و با القاء درک کاملی از اساس مسئله ای که با آن دست به گریبانیم ساده میگردد. با بکارگیری TRIZ ما در مسیر یافتن راه حل ها قرار می گیریم و در می یابیم که چگونه دیگران مشکلات مشابهی را در تمام زمینه های علمی و مهندسی بدین وسیله حل نموده اند.

با بکارگیری TRIZ میتوانیم با یک روش سیستماتیک به عصاره و چکیده تمام راه حل های مسائلی که بشریت با آنها روبرو بوده است، دسترسی پیدا کنیم. و با توجه به مفهوم TRIZ در می یابیم که تمام مسائل قبلا ً به طریقی حل شده اند. مطمئنا ً در صورت عدم استفاده از TRIZ زمان زیادی هدر خواهد رفت. [5]

درست مثل اینکه به جای کشف راه حل هوشمندانه ای برای بهبود بخشیدن به عملکرد چرخ، آن را دوباره اختراع کنیم.

TRIZ ما را به سمت راه حل هایی که نیاز داریم، راه حل هایی که وجود دارند و راه حل هایی که ابداعی هستند ولی بدون TRIZ معمولا ً امکان درک آنها را نداریم، هدایت می کند.

ضمنا ً ، بررسی اساس تمام ابداعات و اختراعات به ثبت رسیده در جهان نشان میدهد که هزاران ساعت نیروی انسانی صرف حل مسائل مشابهی شده است که انسانها در زمینه های مختلفی با آن سر در گریبان بوده اند و در نهایت پس از حل آنها، به نتایج مشابهی دست یافته اند. [4]

آنچه که TRIZ انجام میدهد این است که با طبقه بندی این راه حل های هوشمندانه، راه های ابداعی حل هر مسئله ای را شناسایی میکند.

5- TRIZ و مدیریت دانش

روس ها TRIZ را جهت بهره جستن از علوم و دانش مهندسی تمام دنیا و به حداقل رسانیدن منابع مورد نیاز جهت دستیابی به راه حل های ساده و ظریف، ایجاد نمودند.

در عصر حاضر TRIZ راه هایی را برای مدیریت دانش اثربخش فراهم آورده است. TRIZ سیستمی را برای ذخیره سازی، بازیابی و دستیابی به اطلاعات مورد نیاز در اختیار ما می گذارد. نرم افزارهایی جهت تسهیل کاربری TRIZ طراحی شده است. اطلاعات سازمان در آن ذخیره می شود و با استفاده از این اطلاعات و سایر اطلاعات موجود در نرم افزار، فرآیند TRIZ به سادگی انجام می گردد. [6]

6- ابزارهای TRIZ

اصول و روش های زیادی در TRIZ وجود دارند که اساس و پیکره آن را تشکیل می دهند که در ادامه به طور اجمالی در خصوص برخی از آنها بحث می گردد:

6-1- 40 اصل ابتکاری و ماتریس تناقضات آلتشولر

آلتشولر با بررسی اختراعات مختلف به ثبت رسیده در دنیا 40 اصل ابتکاری را پیشنهاد کرد. این اصول به مهندسان، جهت دستیابی به راه حل ابداعی مناسب کمک می کند.

وی ماتریسی از تناقضات برای بدست آوردن اصول منطبق با مسئله و تشخیص این که باید از کدام یک از این 40 اصل استفاده شود، ایجاد نمود. وی در این جدول 39 پارامتر مهندسی نظیر وزن، طول، شفافیت و غیره را در ستونها قرار داد (آثار ثانویه نامطلوب) و پارامترهایی که لازم است بهبود یابند را در ردیف ها قرار داد. در خانه هایی که از تقاطع هر سطر و ستون بدست می آمدند، دو یا سه اصل از اصول 40 گانه ابتکاری را که در به دست آوردن راه حل خلاقانه مورد استفاده قرار میگیرند، قرار داد. [5]

در حل مسائل مختلف می توان از این روش استفاده نمود، ولی این روش دارای محدودیتی است و آن این است که کاربران در ابتدا باید مسئله را به صورت پارامترهای 39 گانه مهندسی فرموله کنند. و این روش برای حل مسائل پیچیده کاری وقت گیر و دشوار می باشد.

6-2- الگوریتم برای حل مسئله به روش ابداعی (ARIZ)

این روش رویه ای سیستماتیک جهت شناسایی راه حل ها بدون در نظر گرفتن تناقضات است.

بر اساس ماهیت مسئله، تعداد مراحل اجرای آن می تواند از 5 الی 16 مرحله تغییر کند. در این روش ممکن است از یک مسئله فنی غیر واضح و نامعلوم، مسائلی که در لایه های زیرین قرار دارند بیرون آمده و نمایان شوند که برای ما قابل حل می باشند. مراحل پایه ای این رویه عبارتند از:

1.مسئله را فرموله کنید

2.مسئله را به یک مدل تبدیل کنید

3.مدل را تجزیه و تحلیل کنید

4.تناقضات فیزیکی را حل کنید

5.راه حل ایده آل را فرموله کنید[5]

6-3- تعیین پیشگویانه خطا (AFD)

جلوگیری از بروز خطاهای پیش بینی نشده در توسعه و ایجاد یک محصول جدید از اهمیت زیادی برخوردار است. AFD به طور موثر مکانیزم خطا را کشف میکند و سپس احتمال رخداد آن را بررسی می نماید. به وسیله این تکنیک عواملی که سهم به سزایی در رخداد خطا دارند، برطرف میگردند. [5]

6-4- تکامل هدایت شده محصول (DPE)

روش های سنتی پیش بینی سعی دارند که مشخصه های آینده سیستم ها، روش های اجرایی و یا تکنیکها را به وسیله ارزیابی، شبیه سازی و تمایل به ایجاد مدل های احتمالی پیش بینی نمایند. این روشها فقط یک پیش بینی را در اختیار ما می گذارند ولی چگونگی ابداع تکنولوژی پیش بینی شده را به ما نمی دهند.

آلتشولر توانست با مطالعه صدها هزار اختراع به ثبت رسیده، 8 الگویی را که نشان دهنده چگونگی توسعه سیستم های تکنولوژیکی طی دوران مختلف بوده اند، مشخص کند. این مطلب بر مبنای مقایسه " چگونه فکر کردن مردم در مقابل" به چه چیز فکر کردن مردم" بود.

DPE مانند نقشه راهی به سوی آینده می باشد که با استفاده از آن (به جای پیش گویی آینده) می توان به طور سیستماتیک تکنولوژی های آینده را ابداع کرد. [6]

نتیجه گیری

در عصر حاضر که سازمانها نیاز مبرمی به پاسخگویی به تغییرات محیط و فرهنگ جدید سازمانی دارند، TRIZ به عنوان یک روش ابداعی می تواند همراه و راهگشای سازمانها باشد. با بهره جستن از روشهای مورد بحث قرار گرفته در این مقاله می توان مسائل و مشکلات سازمان را با دید بازتر و از نقطه نظری دیگر مورد بررسی قرار داد و از چارچوب فکری سازمان فراتر رفت و نیز از تجربیات و راه حلهایی که در جایی دیگر و در زمانی دیگر و در حوزه کاری و علمی دیگری ابداع شده است استفاده نمود و با سرعت بیشتری به نیاز مشتری و محیط پاسخ داد.

امروزه TRIZ جهت درک اهداف بلند مدت کسب و کار و پیشگویی آینده محصولات سازمانهای پیشرو و موفق استفاده می شود.[7]

تحقیقات اولیه TRIZ ابزار قدرتمندی جهت پیشگویی مسیر تحول صنعت در اختیار سازمانها می گذارد. این ابزارها محصولات محتمل آینده را به طور موثر شناسایی میکنند و سرمایه گذاری بر روی تحقیقات با ارزش را هدفمند می کند .در نتیجه کاربران TRIZ با سرعت بیشتری نسبت به سازمانهایی که با روشهای سنتی طراحی وتوسعه محصولات کار میکنند، می توانند محصولات جدید به بازار عرضه کنند.

مراجع

[2] Altshuller|”The Art of Inventing (And Suddenly the Inventor Appeared). Translated by Lev Shulyak. Worcester| MA: Technical Innovation Center. 1994

[3] Toru Nakagawa|”Essence of TRIZ in 50 words”. Proceeding of ETRIA Conference| Bath| UK| Nov. 2003

[6] Braham| James. "Inventive ideas grow with TRIZ." Machine Design Journal| Vol. 67 No.18. October 2001.