TRIZ

Unabhängig davon, ob Sie Produktinnovation oder Prozessinnovationen anstreben, TRIZ ist ein Muss in jedem Verbesserungsprojekt. Brainstorming, Brainwriting und viele andere gängige Kreativitätsmethoden liefern zufällige Ergebnisse. TRIZ basiert auf empirischer Beobachtung und der Auswertung technischer Problemlösungen. TRIZ beschreibt die Lösungsstrategien erfolgreicher Erfinder in nachvollziehbarer und in der Praxis sehr gut anwendbarer Form.

TRIZ Anwendungsbereiche

• innovative Problemlösungen erzeugen
• Durchbruchsinnovationen generieren
• Innovationsstrategien festlegen
• Produktgenerationen planen
• Produkte mit Alleinstellungsmerkmalen entwickeln
• Fertigungsprozesse optimieren
• Patente umgehen

Mit der TRIZ-Methode sind gezielt kontinuierliche Innovationen ebenso wie radikale Innovationen  erreichbar.

TRIZ läßt sich sehr gut in F&E oder Konstruktion einsetzen,  z.B. wenn es darum geht, ein Produkt signifikant zu verbessern und Alleinstellungsmerkmale zu generieren. Ebenso erfolgreich ist TRIZ in der Optimierung von Fertigungsprozessen insbesondere dann, wenn es in Kombination mit  Werkzeugen aus Six Sigma oder des Lean Managements verwendet wird.

Eine Patentumgehung ist eine typische Aufgabenstellung, bei der TRIZ seine volle Leistungsfähigkeit entfalten kann – immer wieder mit verblüffenden, innovativen Ergebnissen.

Vorteile von TRIZ

TRIZ im Produktentwicklungsprozess (PEP) oder zur Prozessoptimierung systematisiert die Vorgehensweise und steigert Effizienz und Produktivität.  TRIZ ermöglicht eine schnelle und umfassende Ideen- und Lösungsgenerierung. Durch die Vorgabe von Suchrichtungen macht TRIZ passives Wissen verfügbar. Die Methodik ermöglicht den Zugang zu branchenfremden Technologien und Verfahren und führt in kürzester Zeit zielgerichtet zu einer Vielzahl von innovativen, praxisorientierten Lösungsvorschlägen.

Hintergrund von TRIZ

Angetrieben von der Fragestellung, ob das Denken und die Vorgehensweise von Erfindern Ähnlichkeiten aufweisen und sich deshalb im Sinne einer Best Practice beschreiben lassen, wurde TRIZ von Genrich Altshuller, dem Begründer der Methode, entwickelt. Dazu werteten er und seine Mitarbeiter inzwischen über 2,5 Mio. Patente und technische Publikationen aus. Auf Basis dieser Erkenntnisse entwickelten Sie TRIZ-spezifische Werkzeuge.

Wesentliche Elemente der TRIZ-Methodik sind die funktionalen Analyse-Werkzeuge, die empirisch gefundenen Evolutionsgesetze, die Widerspruchsmatrix und die 40 innovativen Lösungsprinzipien, die Stoff-Feld-Analyse mit den Lösungsstandards sowie die TRIZ-eigenen funktionale Effekte- und Lösungsdatenbanken. Mit ARIZ entwickelte Altshuller einen umfassenden Algorithmus zur Bearbeitung von erfinderischen Aufgabenstellungen.

Altshullers Kernfragen:

1. Wie lassen sich Probleme allgemein charakterisieren und strukturieren?
2. Gibt es allgemein gültige Vorgehensweisen zur Lösung von Problemen ?
3. Wie kann Kreativität systematisch gefördert werden?
4. Wie lassen sich Aufwand, Zeit, Kosten und Versagensrisiko für eine Problemlösung bzw. Erfindung signifikant reduzieren?

Altshullers Beobachtungen:

1. Probleme lassen sich als Konflikt ganz bestimmter, wiederkehrender Parametersätze beschreiben.
2. Ähnlich strukturierte Problemstellungen werden immer wieder mit identischen Lösungsmustern erfolgreich gelöst – unabhängig von Technologie, Branche und Anwendung.
3. Die Weiterentwicklung technischer Systeme folgt bestimmten, prognostizierbaren Gesetzmäßigkeiten.
4. Die menschliche Psychologie kann Erfindungen blockieren.

Einleitung TRIZ

Die Methodik wurde von Genrich Saulowitsch Altschuller und Rafael Borissowitsch Shapiro unter Einfluss von Dmitri Dmitrijevitsch Kabanov um 1954-1956 ins Leben gerufen. Im Nachhinein wurde der Beginn der Forschungen oft mit 1948 oder gar 1946 durch G. Altschuller angegeben. Diese früheren Daten konnten jedoch nicht dokumentarisch belegt werden (vgl. „Wie viele Väter hat die TRIZ?“ ).
TRIZ entstand auf der Basis der Annahme, dass durch die Sichtung einer großen Anzahl von Patentschriften, anschließende Auswahl und Werten derjenigen, die technischen Durchbrüche beschreiben, allgemeingültige innovative Prinzipien und sogar Gesetze des Erfindens zu entdecken wären. So erkannten G. Altschuller und R. Shapiro bereits 1956 drei wesentliche Gesetzmäßigkeiten:

1. Einer großen Anzahl von Erfindungen liegt eine vergleichsweise kleine Anzahl von allgemeinen Lösungsprinzipien zugrunde.
2. Erst das Überwinden von Widersprüchen macht innovative Entwicklungen möglich.
3. Die Evolution technischer Systeme folgt bestimmten Mustern und Gesetzen.

Mit Hilfe dieser Methode versuchen Erfinder, ihre Tätigkeit zu systematisieren, um schneller und effizienter zu neuen Problemlösungen zu kommen. Die TRIZ-Methode hat sich inzwischen weltweit verbreitet und ist „in stürmischer Entwicklung begriffen“ (Zobel).
Im angelsächsischen Sprachraum ist auch die Bezeichnung TIPS (Theory of Inventive Problem Solving) verbreitet.
Die TRIZ enthält eine Reihe von methodischen Werkzeugen, die es erleichtern, ein gegebenes technisches Problem besser zu analysieren, und die es ermöglichen, kreative Lösungen zu finden.

Die Methoden der klassischen TRIZ

1. Innovationsprinzipien und Widerspruchstabelle
2. Separationsprinzipien zur Lösung physikalischer Widersprüche
3. Algorithmus oder auch Schrittverfahren zur Lösung der Erfindungsprobleme (ARIZ)
4. System von 76 Standardlösungen und Stoff-Feld-Analyse (SFA, früher auch WEPOL-Analyse (rus.) genannt)
5. S-Kurven und Gesetze der Entwicklung von Systemen (Evolutionsgesetze der technischen Entwicklung, Gesetzmäßigkeiten der technischen Evolution)
6. Prinzip (Gesetz) der Idealität
7. Modellierung technischer Systeme mit Hilfe„ Kleiner Männchen“ (Zwerge-Modelle)

Weitere Methoden, die der TRIZ zugeordnet werden,

die aber nicht in der klassischen Lehre enthalten sind, sondern durch Schüler von Altschuller entwickelt wurden, sind:

1. Innovations-Checkliste (Innovation Situation Questionaire)
2. Funktionsstruktur nach TRIZ (eine Art Ursache-Wirkungs-Diagramm, das aber nicht dem Ursache-Wirkungs-Diagramm von Ishikawa Kaoru entspricht, wird auch Problemformulierung genannt)
3. SAO-Funktionsmodell (Subject-Action-Object, ein erweitertes Funktionsmodell, das auf der Basisarbeit von Miles zur „Wertanalyse“ beruht)
4. Prozessanalyse
5. GZK-Operator (Größe-Zeit-Kosten)
6. Antizipierende Fehlererkennung
7. Ressourcen-Checklisten

Widerspruchstabelle und 40 innovative Prinzipien

TRIZ Regeln

Meist wird unter der TRIZ nicht die oben genannte Sammlung der Methoden und Werkzeuge verstanden, sondern es wird nur auf die Widerspruchstabelle und die 40 innovativen Prinzipien als „das TRIZ“ verwiesen. Diese sind aber in der Fachwelt bezogen auf Umgang und Wirkungsweise umstritten.
Die TRIZ enthält 40 Prinzipien oder auch „40 Regeln der Innovation“ (teilweise auch 40 innovative Prinzipien, 40 IGP – 40 innovative Grundprinzipien genannt). Eine dieser Regeln ist das „Prinzip der Steckpuppe (Matrjoschka)“ (auch „Integration“ genannt): Man überführe ein Objekt in das Innere eines anderen.

Diese abstrakten Regeln sind im Einzelnen:

1. Zerlegung
2. Abtrennung
3. Örtliche Qualität
4. Asymmetrie
5. Kopplung
6. Universalität
7. Integration (Steckpuppe, Matrjoschka)
8. Gegengewicht (Gegenmasse)
9. Vorherige Gegenwirkung (vorgezogene Gegenwirkung)
10. Vorherige Wirkung (vorgezogene Wirkung)
11. Prinzip des „vorher untergelegten Kissens“ (Prävention)
12. Äquipotentialität
13. Funktionsumkehr (Inversion)
14. Kugelähnlichkeit (Sphäroidalität)
15. Dynamisierung
16. Partielle oder überschüssige Wirkung
17. Übergang zu anderen Dimensionen (Übergang zur höheren Dimension)
18. Ausnutzung mechanischer Schwingungen
19. Periodische Wirkung
20. Kontinuität der nützlichen Wirkung (Kontinuität der Wirkprozesse)
21. Prinzip des Durcheilens (Überspringen)
22. Umwandlung von Schädlichem in Nützliches
23. Rückkopplung (Feedback)
24. Prinzip des „Vermittlers“
25. Selbstbedienung
26. Kopieren
27. Billige Kurzlebigkeit anstelle teurer Langlebigkeit
28. Ersetzen des mechanischen Systems (Ersatz mechanischer Wirkprinzipien)
29. Anwendung von Pneumo- und Hydrosystemen
30. Anwendung biegsamer Hüllen und dünner Folien
31. Verwendung poröser Werkstoffe
32. Farbveränderung
33. Gleichartigkeit (Homogenität)
34. Beseitigung und Regenerierung der Teile
35. Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften (Veränderung des Aggregatzustandes)
36. Anwendung von Phasenübergängen
37. Anwendung der Wärmeausdehnung
38. Anwendung starker Oxydationsmittel
39. Anwendung eines trägen Mediums (Verwendung eines inerten Mediums)
40. Anwendung von Verbundwerkstoffen (Anwendung zusammengesetzter Stoffe)

Genutzt werden diese Regeln zumeist in Verbindung mit einer sogenannten Widerspruchsmatrix oder Widerspruchstabelle. Diese Matrix hat in der ersten Zeile und der ersten Spalte jeweils (in identischer Reihenfolge) verschiedene technische Parameter aufgetragen. In den einzelnen Feldern der Matrix stehen sich somit (ähnlich einer Saison-Spieletabelle beim Fußball) die einzelnen Parameter gegenüber. Die Diagonale der Matrix bleibt leer, weil sich hier jeweils ein und derselbe Parameter gegenübersteht (das wäre mit den physikalischen Widersprüchen zu lösen). Was die anderen Felder anbelangt, so wird davon ausgegangen, dass sich der zugeordnete Parameter in der Spalte verbessern soll, während sich der Parameter in der zugehörigen Zeile dadurch verschlechtert. Hierin liegt der Widerspruch. Das Feld, in dem sich Zeile und Spalte kreuzen, nennt anhand einzelner Nummern die innovativen Grundsatzregeln der TRIZ, die helfen können, diesen Widerspruch zu überwinden. Ein Entwickler, der mit der Widerspruchsmatrix arbeitet, muss sich also zuerst darüber klar werden, welche Parameter des von ihm entwickelten Systems sich verbessern sollen. Sodann muss er ermitteln, welche anderen Parameter sich durch diese Verbesserungen üblicherweise verschlechtern würden. Schließlich abstrahiert der Entwickler diese Parameter, so dass er sie Parametern der ersten Zeile und Spalte der Widerspruchsmatrix zuordnen kann. Letztendlich gelangt er hiermit zu den abstrakten Regeln der TRIZ, die geeignet sind, bei der Überwindung der im Rahmen der Entwicklung auftretenden Widersprüche zu helfen. Anhand von Beispielen und der Konkretisierung der Regeln auf den Entwicklungsgegenstand hin werden Gedanken angeregt, wie die bestehenden Entwicklungswidersprüche zu überwinden sind.
Für eine genaue Erläuterung und Konkretisierung der Regeln der TRIZ, sowie Beispiele sei auf die unten genannte Fachliteratur verwiesen.

Effektivität der Tabelle

Die von der Widerspruchstabelle vorgeschlagenen Lösungsprinzipien liefern in der Regel keine fertigen Lösungen, sondern regen den Anwender an, in die richtige Richtung zu denken. Oft findet man die Lösung in der Kombination unterschiedlicher Prinzipien.
In der Praxis ist es aber nicht einfach, für eine konkrete Aufgabe einen technischen Widerspruch mit Hilfe der Widerspruchstabelle präzise zu formulieren. Eine Vereinfachung wäre deshalb eine direkte zeitsparende Anwendung von Innovationsprinzipien in der Reihenfolge ihrer statistischen Anwendungshäufigkeit.
Nach der Erfahrung zahlreicher Problemlösungen (Pavel Livotov, Wladimir Petrow) liefern die ersten 10 Prinzipien aus dieser Liste brauchbare

Lösungsansätze für ca. 60 % aller Aufgabenstellungen

• Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften
• Vorherige Wirkung
• Zerlegung
• Ersetzen des mechanischen Systems
• Abtrennung
• Dynamisierung
• Periodische Wirkung
• Ausnutzung mechanischer Schwingungen
• Farbveränderung
• Funktionsumkehr (Inversion)

Grundsätzlich sind die 40 Innovationsprinzipien zur Lösung leichter bis mittelschwerer Probleme gut geeignet.

Physikalische Widersprüche und Separationsprinzipien

Ein physikalischer Widerspruch tritt ein, wenn ein und derselbe Parameter eines technischen Systems gleichzeitig zwei Zustände einnehmen müsste. Das heißt zum Beispiel, dass ein Gegenstand gleichzeitig heiß und kalt sein müsste. Die physikalischen Widersprüche können innerhalb der technischen Widersprüche gefunden werden, d.h. im Kern geht jeder technische Widerspruch auf physikalische Widersprüche zurück. In der Widerspruchstabelle entspricht das der Diagonalen, auf der kein Widerspruch steht. Der physikalische Widerspruch basiert auf sich gegenseitig ausschließenden Zuständen, die auf eine einzelne Funktion, eine Komponente oder die Funktion des Gesamtsystems bezogen ist (Herb, S. 131).
Um einen physikalischen Widerspruch aufzulösen, kennt die TRIZ vier Separationsprinzipien:

• Separation im Raum
• Separation in der Zeit
• Separation innerhalb eines Objekts und seiner Teile
• Separation durch Bedingungswechsel

Zwerge-Modell

Begriffsklärung: Das Zwerge-Modell wird in den ersten Übersetzungen auch als Modellierung mit Hilfe „kleiner Figuren“ und als Verfahren der kleinen Figuren (VKF) bezeichnet. Ferner kann man die Bezeichnung Schlaue Zwerge, Zwergetechnik, Die kleinen Zwerge oder Modell der cleveren Zwerge lesen.
Beschreibung: Mit dem Zwerge-Modell versucht man, die Unzulänglichkeiten der persönlichen Analogie (Identifikation) in der Synektik zu umgehen. Der Mensch hat nämlich damit Probleme, sich vorzustellen, dass sein Körper zerstört oder beschädigt wird. Daher vermeidet der menschliche Geist diese Denkrichtungen. Mit dem Zwerge-Modell wird das dadurch umgangen, dass man sich das Objekt aus einer Vielzahl von Zwergen zusammengesetzt vorstellt.

Gesetze der Entwicklung von Systemen

Begriffsklärung: Neben dem Originalbegriff Gesetze der Entwicklung von Systemen (Altschuller, S. 186) werden auch Definitionen wie Technische Entwicklungstrends, Gesetzmäßigkeiten der technischen Evolution oder Evolutionsprinzipien technischer Systeme verwendet. Im englischen Sprachgebrauch verwendet man für dieses Tool die folgenden Bezeichnungen: Trends of Evolution, Trends of Technological Evolution, Patterns of Evolution oder TESE – Trends of Engineering System Evolution.
Beschreibung: Die Gesetze der Entwicklung von Systemen geben Hinweise, wie sich ein technisches System entwickeln wird. Dabei stützt man sich auf die Beobachtungen in der Historie und kann somit gewisse Voraussagen treffen. Diese Voraussagen sind sehr abstrakt und stellen eher eine Aufgabenstellung oder eine Vision dar, die es ermöglicht, Ideen für konkrete weitere Schritte zu entwickeln.
In der Literatur finden sich momentan nur die 8 Gesetze, die Altschuller selbst aufgestellt hat oder die acht von Terninko, Zusman und Zlotin. Es gibt aber umfangreiche weitere Arbeiten zu diesen Entwicklungsgesetzen, die ein wesentlich verbessertes Arbeiten zulassen. Im Folgenden werden die 8 Gesetze genannt, wie sie von Altschuller beschrieben wurden:

1. Gesetz der Vollständigkeit der Teile eines Systems: Notwendige Bedingungen für die Lebensfähigkeit eines technischen Systems ist das Vorliegen der Hauptteile des Systems und eine minimale Funktionsfähigkeit derselben.
2. Gesetz der „energetischen Leitfähigkeit“ eines Systems: Eine notwendige Bedingung für die Lebensfähigkeit eines technischen Systems ist der Energiefluss durch alle Teile des Systems.
3. Gesetz der Abstimmung der Rhythmik der Teile eines Systems: Eine notwendige Bedingung für die Lebensfähigkeit eines technischen Systems ist die Abstimmung der Rhythmik (der Schwingungsfrequenz, der Periodizität) aller Teile des Systems.
4. Gesetz der Erhöhung des Grades der Idealität eines Systems: Die Entwicklung aller Systeme verläuft in Richtung auf die Erhöhung des Grades der Idealität.
5. Gesetz der Ungleichmäßigkeit der Entwicklung der Teile eines Systems: Die Entwicklung der Teile eines Systems verläuft ungleichmäßig; je komplizierter das System ist, umso ungleichmäßiger verläuft die Entwicklung seiner Teile.
6. Gesetz des Übergangs in ein Obersystem: Nach Erschöpfung seiner Entwicklungsmöglichkeiten wird ein System als ein Teil in ein Obersystem aufgenommen: Dabei erfolgt die weitere Entwicklung auf der Ebene des Obersystems.
7. Gesetz des Übergangs von der Makroebene zur Mikroebene: Die Entwicklung der Arbeitorgane eines Systems erfolgt zunächst auf der Makroebene und anschließend auf der Mikroebene.
8. Gesetz der Erhöhung des Anteils von Stoff-Feld-Systemen: Die Entwicklung technischer Systeme verläuft in Richtung auf die Erhöhung des Anteils und der Rolle von Stoff-Feld-Wechselwirkungen.

TRIZ Werkzeuge

Als Reaktion auf die oben aufgeführten Beobachtungen entwickelte Altshuller strukturierte Vorgehensweisen und Werkzeuge zur Projektsteuerung und Informationssammlung (“Innovations-Checkliste”), zur Problemanalyse (z.B. ARIZ, Stoff-Feld-Analyse, Wiederspruchsmatrix, 9-Feld-Analyse, AFD) sowie eine Reihe von Werkzeugen zur Ideenfindung und Problemlösung (z.B. innovative Prinzipien, 76 Standard-Lösungen). Er formulierte die Entwicklungsgesetze technischer Systeme (Evolutionsgesetze) und begann den Aufbau von funktional strukturierten Effekte- und Wissensdatenbanken.

Altshuller war ein exzellenter Psychologe, der die häufig unbewussten psychologischen Barrieren (“Betriebsblindheit”, “Befangenheit”) des Problemlösers erkannte. Zum Aufbrechen dieser Denkblockaden entstanden Werkzeuge wie z.B. “smart little people” oder “Operator ZKM”.
Die Analyse-Tools in TRIZ dienen dazu, ein umfassendes Systemverständnis zu entwickeln, das jeweilige Problem eindeutig zu charakterisieren und die zugrunde liegenden Problemursachen (“root-cause”) herauszuarbeiten. Als sehr leistungsfähige Werkzeuge sind hier die bewertende Funktionsanalyse sowie zur Problemanalyse die “9-Feld-Matrix” und die Methode AFD – Anticipatory Failure Determination zu nennen.
Die Lösungs-Tools sind als stark strukturierende Denk- und Suchrichtungen aufzufassen, die in der Vergangenheit bei ähnlich strukturierten Problemstellungen bereits erfolgreich waren. Die Evolutionsgesetze werden genutzt zur Standortbestimmung des eigenen Systems, zur Prognose zukünftig möglicher Entwicklungsstufen, als Richtungsvorgabe für Lösungssuche bei Problemen sowie zum Auffinden von Substitutionstechnologien und Verdrängungslösungen.
Unterstützt wird die Ideengenerierung und Lösungssuche durch Nutzung der TRIZ-typischen Effekte- und Wissensdatenbanken. Diese sind funktional strukturiert, liefern Beispiele, Bilder und Technologien aus branchenfremden Anwendungen und stimulieren so die Ideengenerierung – frei nach dem Motto “Somebody somewhere already solved your problem”.

TRIZ-Software wie z.B. CREAX, TRISolver oder TechOptimizer enthalten in ihrer Datenbank Tausende von Effekte und Beispiele in einfach recherchierbarer Form. Mit Goldfire Intelligence von Invention Machine Corp. ist eine sematische, funktionale Patentrecherche u.a. quer über alle Patentkategorien in allen wichtigen Patentdatenbanken möglich.

Als Instrument zur Projektsteuerung wird in TRIZ die “Innovations-Checkliste” verwendet. Sie dient zur strukturierten Sammlung der verfügbaren Informationen über die Zielsetzung einer Aufgabenstellung, über das Systemumfeld, der Randbedingungen, der Auswahl- und Bewertungskriterien, der Problemhistorie sowie zulässiger Veränderungen und erkennbarer Trends.

Da TRIZ keine Bewertungsverfahren enthält, bietet sich der Einsatz im Methodenbund z.B. mit Bewertungsverfahren, Wertanalyse und Six Sigma bzw. Design for Six Sigma (DFSS) an.