O que é Inovação Sistemática – TRIZ

Tradução e adaptação: Eng. Prof. S. S. Santos, sylvioss@gmail.com

Copyright: Dr. Semyon Savransky www.trizexperts.net/Tech1Rev.htm
Nota: Esta tradução contou com a autorização do autor, Dr. Semyon Savransky

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A metodologia sistemática para resolução de problemas criativos conhecida como TRIZ (do acrônimo russo Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch), Teoria Para Resolução de Problemas Criativos, foi desenvolvida na antiga União Soviética nos anos 50 por Genrich Saulovich Altshuller e seus colegas. Hoje este método está começando a ser ensinado e comercializado nos Estados Unidos e na Europa. Nós discutiremos aqui o desenvolvimento de TRIZ e forneceremos uma visão geral abreviada do processo envolvido em conceber uma solução criativa para um problema, usando os métodos fornecidos por TRIZ.

Por que é necessária uma abordagem sistemática para invenção?

De modo significativo, a história é dominada pelo progresso da invenção, desde a descoberta pré-histórica da roda ao trabalho de Thomas Edison e James Bardeen em nossa própria era. Diferentes inventores elaboraram suas próprias aproximações à arte e à ciência da invenção, e estas aproximações conduziram a muitos estudos relativos ao chamado“processo criativo”.

Quando descobertas importantes como a luz elétrica e o transistor alteraram profundamente nossa sociedade, poucos mas inumeráveis avanços foram igualmente necessários para manter o ritmo da evolução tecnológica. Embora tenha ocorrido mais recentemente uma ampliação e complexidade crescentes da base de conhecimentos da sociedade, tornou-se impossível para inventores, grandes ou pequenos, prosseguir inteiramente de modo vago para criar algo novo com base nos avanços que ocorrem atualmente em muitos campos diferentes. Assim, as invenções relevantes em um campo não podem ser conhecidas por especialistas em outras áreas de conhecimento, resultando no dispêndio de muito esforço em reinventar uma solução já existente. Há cinquenta anos atrás, Genrich Altshuller começou uma busca para superar este obstáculo, formulando uma aproximação metódica para criar invenções, e para fornecer uma lista de métodos conhecidos para resolver problemas, os quais poderiam ter relevância em muitos campos diferentes.

Altshuller examinou um grande número patentes, procurando encontrar indicações de invenções verdadeiramente criativas. Encontrou, para sua surpresa, que os mesmos problemas tinham sido resolvidos frequentemente em vários campos técnicos, usando apenas alguns dentre aproximadamente quarenta princípios inventivos fundamentais. Em conseqüência, ele e seus colegas elaboraram uma nova classificação destas patentes, sem consideração quanto à sua base na indústria. Removendo o campo a que pertencia o assunto, Altshuller pode assim explicar o processo da resolução de problemas. Para isto, categorizou as soluções das patentes em cinco níveis:

Problemas rotineiros de projeto do nível 1

Podem ser resolvidos por métodos conhecidos dentro da especialidade ou interiormente dentro de uma empresa. (Aproximadamente 32% das soluções ocorreram neste nível.)

Exemplo: A habilidade de se mudar o tamanho de nadadeiras tornadas mais pesadas para mergulhadores, adaptáveis aos pés de diferentes tamanhos de quem as utiliza, ajustando seu comprimento. (É curioso que este desenvolvimento ocorreu somente nos anos 60, uns 70 anos após a invenção de sapatas dos mergulhadores; isto é, durante 70 anos todos os mergulhadores usaram nadadeiras incômodas do mesmo tamanho).

Correções menores do nível 2

Correspondem a aproximadamente 45% em um sistema existente, pelos métodos conhecidos dentro da indústria.

Exemplos:

(a) As batatas podem apodrecer em conseqüência das bactérias naturalmente existentes em sua superfície. O aquecimento na água em ebulição mata as bactérias, mas demasiado calor cozinhará o interior das batatas. As batatas podem ser expostas por um curto período de tempo (5 segundos) a uma chama 700°C. Isto mata as bactérias de superfície sem afetar o interior das batatas.

(b) Soldar dois metais diferentes juntos (como o cobre e o alumínio) pode representar um desafio. Uma técnica útil é usar um espaçador feito de um metal que possa ser soldado a ambos os metais incompatíveis.

Melhorias fundamentais do nível 3

Cerca de18% correspondem a um sistema existente em que se resolvem contradições, pelos métodos conhecidos fora da indústria.

Exemplos:

(a) A alimentação do gado consiste nos vários tipos de espécies e cortes de capim que foram misturados com um equipamento especial. Produzir a mistura da capim e grama apropriada, semeando antecipadamente os vários tipos existentes rende mais do que em uma colheita que seria difícil de combinar posteriormente. Mas como um tipo de capim pode crescer sobre outro, suprimindo-o, os diversos tipos de capim podem ser semeados em tiras paralelas e estreitas, colocando-se a semente em tiras longas de papel degradável, que é coberto por terra e adubo. O capim nascerá alinhado segundo a direção das tiras de papel, já que as sementes foram antes coladas nelas. Aliás, fica aí uma sugestão para comercialização de sementes por metragem, e não por peso ou espécie em saquinhos, como habitualmente se faz.

Os tipos diversos de capim ou grama nascerão segundo a direção das tiras de papel degradável, e podem começar a serem misturados no escaninho de recepção da segadeira.

(b) Os métodos de uso geral para mover sais derretidos, químico-ativos, exigem o uso de dispositivos caros. Um método mais econômico usa uma mistura ar-carburante que seja bombeada na parte inferior da solução de ebulição, dando surgimento a bolhas. Enquanto as bolhas se levantam, movem os sais para a parte superior. Desde que as bolhas se queimem igualmente, os sais derretidos não irão se solidificar.

(c) Um elemento eletromecânico de relé resiste e dura um número finito de ciclos do interruptor. Substituir um relé eletromecânico por um relé a semicondutor aumenta a duração de seu número de ciclos e diminui o tempo de acionamento e o peso do dispositivo.

Melhorias de nível 4

Novas gerações de técnicos ou cientistas (4%) que usam conhecimentos tecnológicos novos ou princípios científicos inovadores para executar as funções preliminares do sistema.

Exemplos: Microscópio, motor a vapor, fotocopiadoras, microscópio atômico de alta-resolução.

Descobertas de nível 5

Consistem da abertura de novos caminhos (menos de 1%) através de invenções científicas raras, essencialmente com a criação de um novo sistema.

Exemplos: Descoberta dos raios X, penicilina, ADN, laser, supercondutores, etc.

A partir de cada nível de êxito, o conhecimento exigido do inventor, bem como o lucro em potencial da invenção aumentam. São derrubadas assim as barreiras psicológicas que podem impedir o reconhecimento de uma aproximação diferente a uma solução do problema, uma solução que se encontra na parte externa de sua própria experiência direta. Assim, Altshuller procurou uma metodologia que, superando estas barreiras psicológicas, ajudasse em criar soluções de mais alto nível. Nesta aproximação, ele e seus colegas de trabalho não tentaram reproduzir o processo de pensamento dos inventores originais, mas sintetizar uma metodologia que, se seguida, poderia guiar um inventor em potencial aos mesmos tipos de soluções. Quando consideramos os métodos comuns de um projeto de engenharia [3], por sua natureza mesma, as soluções a que chegamos são baseadas na aplicação de princípios estabelecidos a produtos novos, e se relacionam geralmente com os níveis 1 e 2. TRIZ, em contraste, está relacionado com as aproximações conceituais, e oferece aos especialistas a oportunidade de resolver problemas significativos e até descobertas nos níveis 4. Descobertas no nível 5 permanecem fora do alcance de TRIZ, mas muitos na Rússia estão tentando estender as ideias de TRIZ  a este domínio.

Princípios de TRIZ

O método de Altshuller é baseado em três princípios principais:

(a) A definição de contradições técnicas e físicas

(b) A evolução dos sistemas

(c) O sistema ideal e a solução ideal.

O conceito básico de TRIZ é a definição de uma contradição. Uma contradição levanta-se mutuamente – das demandas exclusivas que podem estar presentes no mesmo sistema. A melhoria de um dos parâmetros de sistema conduzirá então à deterioração de outro. Para resolver a contradição é importante determinar as contradições físicas que são a raiz escondida do problema técnico. Como um exemplo, se a área de asa de um avião for grande, o avião poderá decolar facilmente, mas estará sujeito a um arrasto elevado em velocidades supersonicas. Uma solução apropriada reduziria as dimensões da área das asas a um nível que acomodaria ambas as demandas, embora de modo imperfeito. TRIZ rejeita tais acordos e indica de pronto o problema: as asas devem ser grandes, e devem ser pequenas. Entretanto, o avião precisa das grandes asas e das asas pequenas em horas diferentes. Assim, o avião pode decolar facilmente e voar com baixo arrasto usando asas retráteis.

Altshuller reconheceu que a evolução de todo o sistema técnico tem a forma de uma curva de sino, característica quando a taxa de produção da patente é traçada em função do tempo. A tecnologia segue um ciclo de vida de nascimento, crescimento, maturidade, e declínio:

Estágio 0. Os cientistas ou os tecnólogos fazem uma descoberta (que corresponde aos níveis da solução 4-5) e, frequentemente, não reconhecem suas aplicações.

Como exemplo podemos citar o caso da descoberta da penicilina por Alexander Fleming que, “em 1928, que observou que o mofo produzia algo venenoso para muitas bactérias sem causar dano aos seres humanos. Ele denominou a nova substância de penicilina e publicou seus resultados em 1929 em uma publicação científica de renome. Em 1938, Ernest Chain leu o artigo de Fleming e se interessou pela penicilina. Em 1939, ele obteve uma bolsa da Fundação Rockfeller para o desenvolvimento do novo medicamento, que se tornou o início da indústria de antibióticos” (Obs: Cf. Domb & Rantannen, Simplified TRIZ, pg. 2)

Estágio 1. Um sistema não existe ainda, mas o material importante para sua aparência está sendo desenvolvido.

Estágio 2. Um sistema novo aparece em conseqüência da invenção do nível 3-4, mas o desenvolvimento é lento.

Estágio3. A sociedade reconhece o valor do novo sistema e o desenvolvimento torna-se rápido, com muitas patentes emitidas.

Estágio 4. O sistema torna-se maduro, e seu desenvolvimento, continuado pelos que nele se especializaram, satura-se em algum nível.

Estágio 5. Neste estágio, os recursos para o conceito de sistema original são esgotados, a oportunidade de melhorar o sistema original desaparece, e as variantes da taxa de produção da patente tendem para zero.

Estágio 6. A geração seguinte do sistema emerge para substituir o sistema original.

Estágio 7. Alguma operação limitada do sistema original pode coexistir com o novo sistema.

Exemplo: A evolução MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA do AUTOMÓVEL (Exemplo de Craig Stephan)

Estágio 0. Carnot, Watt e outros desenvolvem a compreensão científica da termodinâmica.

Estágio 1. Primeiros motores a combustão interna são desenvolvidos.

Estágio 2. Primeiras construções de automóveis completos: muito caros, “um de um único tipo”, construídos usando técnicas herdadas do conceito de construção de carruagens.

Estágio 3. Ford desenvolve o conceito de linha de produção e alta especialização para produção em massa de automóveis, colocando-os dentro do alcance de qualquer pessoa. Isto produz uma onda de desenvolvimento, acirrando a competição entre os fabricantes em um mercado em constante expansão.

Estágios 4-5. Os automóveis nos anos 50 já incorporavam pelo menos formas primitivas da maioria dos dispositivos de hoje acionados eletronicamente (transmissões automáticas, direção de “power stearing”/freios assistidos, injeção de combustível, etc.), mas a ausência de controles eletrônicos limitava sua eficácia em muitos casos.

Estágio 6. Os controles eletrônicos são característicos deste estágio. São acoplados ao amadurecimento dos motores de combustão interna (*), que já anos 80 permitem alterações espetaculares na dirigibilidade e nas emissões.

Estágio 7. O que substituirá finalmente o automóvel com motores de combustão interna? Quando os veículos elétricos, a bateria ou a célula a combustível estiverem suficientemente maduros, ocuparão o espaço das tecnologias anteriores. Os que existem hoje, exceto para o Toyota Prius e, talvez, o Volt da GM, do ponto de vista da viabilidade comercial, estão ainda nos estágios 1 ou 2, esperando as invenções dos níveis 3-4 que farão avançar seu desempenho a onde poderão competir com os MCI, Motores de Combustão Interna.

Se e quando estas invenções estiverem sendo feitas, os veículos elétricos poderão coexistir com os veículos a combustão interna, cada um dominando o mercado em que são os mais fortes. Assim, no estágio 7 poderemos considerar, por exemplo, os veículos elétricos ou trens acionados por levitação magnética ou por células a combustível, para viajantes adquirentes de bilhete mensal, ou os veículos com motores a combustão tradicionais já usados na condução urbana, juntamente com seus congêneres elétricos e híbridos.

(*) Saliente-se que motor a combustão interna é apenas um de muitos subsistemas que compõem o sistema “automóvel”.

Características de mudanças em um sistema tecnológico de uma maneira previsível e de como evolui e amadurece com o tempo

Genrich Altshuller e Boris Zlotin categorizaram esta evolução nas seguintes regras que descrevem mudanças em aspectos diferentes de um sistema tecnológico enquanto amadurece:

  1. Os subsistemas são desenvolvidos originalmente de forma espasmódica, tendo por resultado contradições. Os subsistemas primitivos com ciclos de vida diferentes retêm a evolução do sistema total.
  2. O sistema torna-se mais dinâmico e verificável.
  3. Os fluxos da energia/informação dentro do sistema são aperfeiçoados.
  4. O sistema no início aumenta em complexidade, a seguir torna-se mais simples em conseqüência da integração.
  5. Os conjuntos são feitos originalmente de peças não coordenadas, seguidos pelos projetos integrados, culminados pelas peças cujas características são mutáveis de acordo com a demanda.
  6. Uma transição é feita dos objetos macro do sistema aos objetos micro, com a finalidade de melhorar mais o desempenho e o controle.
  7. A participação humana diminui com a automatização crescente.
  8. Todo sistema transforma-se em um subsistema de um sistema mais geral que seja mais próximo do sistema ideal.

Estas regras podem ser usadas para desenvolver patentes para a tecnologia futura antes dos concorrentes, assim como para proteger o inventor do erro comum de centrar-se sobre a alteração do subsistema errado. Como um exemplo do uso destas regras, Altshuller previu corretamente o futuro da fabricação do vidro liso. O processo era naquele tempo passar o vidro quente através de uma série de rolos. O vidro tendia a ceder entre os rolos, tendo por resultado ondulações no produto final. Usando a regra 5, Altshuller previu que o tamanho dos rolos diminuiria tanto quanto possível – para baixo de uma escala atômica em tamanho, prevendo o processo de flutuação do vidro introduzido diversos anos mais tarde, em que é dada forma à folha de vidro fazendo o mesmo flutuar em banho de estanho derretido. Enquanto um sistema evolui, deve tornar-se cada vez mais quase perfeito, de modo que sua habilidade de satisfazer as necessidades do ser humano venha aumentar, ao mesmo tempo em que seu custo deverá diminuir. O sistema ideal, de acordo com o método TRIZ, é um sistema inexistente com as todas suas funções que supostamente ainda sejam executáveis. Este sistema ideal, análogo à definição de limite de uma função na matemática, é impossível de se realizar na prática. Não obstante, os sistemas reais se aproximam do sistema ideal, aumentando suas funções benéficas e eliminando fatores prejudiciais.

Um exemplo que se aproxima rapidamente deste ideal é o do computador moderno, que executa as funções de aparelho de televisão, telefone, FAX, centro de música, etc. e que tem um peso e preço milhares de vezes inferior do que os computadores originais de algumas décadas atrás, como aqueles que prevaleciam antes do surgimento da microinformática. Um outro exemplo sugestivo é aquele de uma tela  de  projeção ideal, cuja evolução é, naturalmente, uma parede.

Como TRIZ pode ajudar em um processo de invenção?

TRIZ afirma que, se as condições de um problema que exige uma solução criativa não contradizem as leis de natureza, dever-se-á chegar não somente a uma solução ideal mas igualmente a muitas outras “boas soluções”. A metodologia oferece diversas ferramentas para encontrar estas boas soluções. Um delas é um algoritmo detalhado para resolver problemas, que no formulário simplificado inclui as seguintes etapas (Veja exemplo na fabricação de dinheiro):

  1. Selecione um problema técnico

Geralmente um sistema tem mais de um problema a ele associado e, frequentemente, a formulação do maior problema está incorreta. TRIZ ajuda o inventor a definir a contradição técnica principal que quer eliminar. Uma contradição técnica representa o conflito entre duas porções de um sistema. Por exemplo, empreender uma ação A produz o efeito desejado, mas igualmente conduz à degradação da propriedade B. Neste caso, A e B se encontram na intercessão de dois eixos da Matriz de Contradições. A efetivação da escolha da contradição técnica marca a transição de uma situação do problema para o início de sua solução. Aproximadamente em 60-70% do tempo, se uma contradição técnica é contida na matriz de contradição, o inventor pode ir imediatamente para o item (4) e usar o Princípio Inventivo correspondente.

  1. Formule uma contradição física

O inventor deve substituir a contradição técnica pela contradição física da seguinte maneira: um elemento dado deve ter a propriedade A para executar uma função necessária, e deve ter a propriedade “anti-A” para satisfazer outras condições do problema. Uma contradição do exame resulta das exigências incompatíveis na condição física do mesmo elemento. A formulação bem sucedida de uma contradição física mostra geralmente o núcleo do problema. Intensificar a contradição leva frequentemente à solução direta do problema, visto que o inventor poderá usar a lista de efeitos na etapa (4).

  1. Formule uma solução ideal

Nesta etapa o inventor deve decidir como aumentar os fatores benéficos e eliminar fatores prejudiciais. A comparação do resultado com a solução ideal demonstra se o inventor se aproximava diretamente ou não da escolha da contradição técnica principal. A solução ideal trabalha como um objetivo em etapas (4-6).

  1. Encontre os recursos para a solução, empregue as capacidades de TRIZ. Nesta etapa o inventor deve usar a base de conhecimento e os instrumentos de TRIZ (veja abaixo)
  2. Determine a “força” das soluções e escolha a melhor. Aqui TRIZ recomenda a comparação de suas soluções com a solução e a avaliação ideal dos resultados, por meio de uma análise tipo custo-benefício. Neste momento, a solução do problema é realizada. Geralmente, a solução se situa ao nível 2-3 se uma contradição técnica foi resolvida, e em 3-4 se contradição física foi resolvida. As duas etapas seguintes são usadas para prever no futuro o desenvolvimento do sistema e para melhorar o processo próprio de TRIZ.
  3. Preveja o desenvolvimento do sistema considerado dentro do problema. Nesta etapa o inventor deve usar as leis de TRIZ da evolução de sistemas técnicos e de técnicas de previsão. Esta etapa permite que sejam considerados problemas futuros em potencial presentes no sistema, em seus subsistemas e no super-sistema (o sistema maior em que o sistema considerou é ele mesmo um subsistema), e escolher métodos possíveis para sua solução. Geralmente, esta etapa conduz ao trabalho futuro para melhorar o sistema e para aumentar a posição de competitividade do inventor. TRIZ oferece um método de pensamento novo, no qual o problema é considerado como um “sistema de sistemas”.
  4. Analise o processo da solução a fim impedir problemas similares Esta etapa permite que o inventor melhore o próprio algoritmo. Há diversas versões do algoritmo em sua primeira utilização que compreende 5 etapas, podendo chegar à sua formulação atual com aproximadamente 100 etapas.

Além dos princípios, TRIZ oferece muitos outros instrumentos para ajudar o inventor a prosseguir com as etapas esboçadas acima: técnicas, soluções padrão, análise substância/portadora (ou a análise substrato/campo em outras traduções), uma lista de efeitos físicos, químicos, geométricos e biológicos, e de mais efeitos [4]. Cerca de 80% dos problemas inventivos são passíveis de resolução através de ferramentas de simples utilização em TRIZ. Algumas vezes é necessário usar o algoritmo completo, que se denomina ARIZ, o que é feito somente para problemas muito difíceis. Hoje, muitas destas ferramentas são construídas em software disponível no comércio, que pode ser usado eficazmente somente depois um treinamento sério de TRIZ.

TRIZ continua a ser submetido a intensamente a novos desenvolvimentos, com diversos grupos acadêmicos oriundos da antiga União Soviética e na Rússia de hoje voltados para o assunto. Uma revista dedicada exclusivamente ao método TRIZ é publicada hoje na Russia. Os exemplos deste trabalho incluem o desenvolvimento continuado de algoritmos, adições às lista de efeitos físicos, químicos e biológicos, buscas para que os métodos novos superem barreiras psicológicas, a adaptação de TRIZ para os vários estudantes cujo nível educacional varia do de escolas primárias ao de faculdades (nos últimos cursos diferentes de TRIZ de 40 a 240 horas de duração tem estado disponíveis), e atualmente já podemos encontrar no mercado a publicação de uns 50 livros sobre TRIZ. Sua popularidade está crescendo rapidamente nos USA, na Europa, no Japão e em outros países. Atualmente, TRIZ já é ensinado há algum tempo em dezenas de escolas na antiga União Soviética, mas apenas está começando a tornar-se um curso académico nos USA e na Europa. A base teórica de TRIZ está sendo ampliada para fornecer também soluções eficazes a problemas criativos em áreas não técnicas, como a análise funcional de custos, estratégia de marketing, propaganda, serviços, etc.

Referências:

1]. G. S. Altshuller. Creativity as an Exact Science: The Theory of the Solution of Inventive Problems. (Translated from the Russian by Anthony Williams.) New York: Gordon and Breach, 1984. Um desenvolvimento teórico do método com muitos exemplos, embora já um pouco ultrapassado.

[2]. H. Altov. And Suddenly the Inventor Appeared. (Traduzido e adaptado do Russo por Lev Shulyak.) Worcester, MA: Technical Innovation Center, 1994. Este livro, traduzido por Altshuller sob pseudônimo, é destinado a estudantes de curso secundário e, embora seja rigoroso em seus desenvolvimentos, fornece uma base de entretenimento de como TRIZ pode ser aplicado a uma diversidade de problemas.

[3]. G. Pahl, and W. Beitz, Engineering Design. Berlin: Springer – Verlag, 3-rd edition, 1995. Abordagem sistemática desenvolvida na Alamanha de todo oprocesso de design, desde esclarecimento das tarefas envolvidas até se chegar ao detalhamento do projeto.

[4]. Semyon D. Savransky, Engineering of CreativityCRC Press, 2000.

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