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Numberland - New Processes, New Materials

Produktentwicklung

Marktentwicklungslebenszyklus

 

Warum Innovationennotwendigsind 

Kein Unternehmen kommt aus mindestens drei Gründen um Innovationen herum:
  • Um Kunden Neues zu bieten, und sich so gegen Wettbewerber und drohenden Preisverfall abzugrenzen
  • Um Wertschöpfung zu erzeugen, d. h., mit geringem Materialaufwand wertvolle Produkte zu erstellen
  • Um immaterielle Vermögenswerte zu schaffen, die den Unternehmenswert steigern und die Beschaffung von Fremdkapital sicherstellen.


Kunden neues bieten

Ein Mangel an Innovationskraft wird bei an sich guten Produkten sofort dazu führen, dass Imitate am Markt angeboten werden, sobald ein eventuell vorhandener Schutz abgelaufen ist. Der auf diese Weise wachsende Wettbewerb reduziert Gewinne führt zu steigendem Kostendruck und kann – wenn dies alles zu schnell erfolgt – wesentlich dazu beitragen, dass florierende Unternehmen ihre Position im Markt verlieren.

Wertschöpfung erzeugen

Mit geringem Materialeinsatz „Preis-werte“ Produkte herzustellen, diese Fähigkeit gewinnt in einer Zeit, in der Produktion und Absatz in voneinander völlig getrennten Regionen der Welt stattfinden können, eine immer größere Bedeutung. Für Produkte mit geringem Anteil des Rohstoffwertes am Produktpreis müssen nicht nur für die Produktion geringere Materialmengen herbeigeschafft werden; ebenso fallen für den Versand des fertigen Produkts geringere Kosten an, so dass der Anteil der Logistikkosten insgesamt sinkt.
Die folgende Tabelle zeigt zum besseren Verständnis eine Übersicht der Zeitschrift „TIME“ des Jahres 2000, die natürlich prinzipiell auch heute nach wie vor gültig ist. Die Tabelle enthält Namen, Preise, Gewichte und Preise je Gewichtseinheit für eine ganze Reihe von Produkten. Bereits auf den ersten Blick ist ersichtlich, dass hoch veredelte Produkte (also solche, die mit einem geringen Materialeinsatz eine hohe Wertschöpfung erzielen) mit großem Abstand an der Spitze der Tabelle stehen.
Tabelle 1: Wertschöpfung je Gewichtseinheit für unterschiedliche Produkte

Immaterielle Vermögenswerte schaffen

Dem Finanzbericht der Firma BASF des Jahres 2004 ist zu entnehmen, dass sich das Vermögen der Firma in Höhe von insgesamt 17.694 M€ aus folgenden Positionen zusammensetzt:

  • Sachanlagen: 12.444 M€ (70,3%)
  • Finanzanlagen: 1.912 M€ (10,8%)
  • Immaterielle Vermögenswerte: 3.338 M€ (18,9%)


Bilanzierte, immaterielle Vermögenswerte machen also ca. 19% des gesamten Firmenvermögens aus. Berücksichtigt man zusätzlich das Kurs-Buchwert-Verhältnis (KBV = setzt den Kurswert einer Aktie mit dem bilanziell ausgewiesenen Buchwert pro Aktie einer Gesellschaft ins Verhältnis. Es vergleicht also den Gegenwartswert mit dem erwarteten Zukunftswert eines Unternehmens. Je höher das KBV, desto größer sind die Erwartungen der Anleger in die künftige Entwicklung der Gesellschaft), das für die Firma BASF in der Regel deutlich über eins liegt (Beispiel: Huber Portfolio AG, Februar 2006: 1,9; www.huber-portfolio.de) so wird klar, dass die Börse – und damit die Öffentlichkeit – davon ausgeht, dass das Unternehmen zusätzlich zu den bereits in der Bilanz genannten immateriellen Vermögenswerten über zusätzliche Kenntnisse, Ergebnisse und/oder Patente verfügt, die in der Zukunft den Unternehmenswert steigern helfen. Gerade in Zeiten von Basel II gewinnen deshalb immaterielle Vermögenswerte mehr und mehr an Bedeutung.

Kann man Innovationen organisieren?

Es gibt viele gute Gründe, die dafür verantwortlich sind, dass Innovations-projekte zu den anspruchsvollsten Aufgaben zählen, die man sich als Unternehmen vornehmen kann. Einer der wesentlichen Gründe ist sicher, dass man auf einem Gebiet zielgerichtet arbeiten muss, auf dem man nur wenig Erfahrungen hat, weil es ja gerade darum geht, Neues zu schaffen.
Bild 1: Alle Geschäftsprozesse eines Unternehmens lassen sich in drei Hauptprozesse zusammenfassen: durch Product Livecycle Management (PLM) werden Produkte und/oder Dienstleistungen entworfen, produziert und durch ihren Lebenszyklus begleitet; Enterprise Ressource Planing (ERP) sorgt dafür, dass alle notwendigen Ressourcen, sowie Administrations- und Unterstützungsprozesse zielgerichtet durchgeführt werden können; Supply Chain Management (SCM) schließlich ist verantwortlich dafür, dass notwendige Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe etc. rechtzeitig vor Ort sind.
Um in einer solchen Situation nicht völlig ohne vertraute Rahmenbedingungen arbeiten zu müssen, kann der Entwicklungsvorgang entweder als Projekt mit definierter Struktur (PMBoK – Projectmanagement Body of Knowledge, bzw. PRINCE2 – Projects in Controlled Environments; während der erste Standard den Schwerpunkt auf die vollständige, detaillierte Aufgabenbeschreibung legt, konzentriert sich der zweite Standard auf die Projektorganisation an sich) oder als PLM-Prozess (Product Livecycle Management) durchgeführt werden. Der PLM-Prozess umfasst dabei alle Aufgaben, die nichts mit der Produktion an sich oder mit der Beschaffung der für die Produktion notwendigen Güter zu tun haben. Im Einzelnen gehören hierzu:
  • Produkt- und Portfolio Management,
  • Produkt Design,
  • Produktionsplanung, und
  • Produktdatenmanagement

Produkt- und Portfolio Management

Jedes Produkt und jede Dienstleistung durchlaufen im Prinzip immer den gleichen Lebenszyklus, wobei der Zeitraum, über den sich der Zyklus erstreckt, natürlich unterschiedlich lang sein kann. Die Aufgabe des Unternehmens ist es nun, den zur aktuellen Phase des Lebenszyklus passenden Innovationstyp auszuwählen. Neben Produkt- und Prozessinnovationen spielen dabei auf jeden Fall noch Marketing- und Serviceinnovationen eine Rolle.

Es macht beispielsweise wenig Sinn, zu versuchen, sich in der Phase der Marktreife auf weitere Produktinnovationen zu konzentrieren, wenn doch zu diesem Zeitpunkt mit Marketinginnovationen wahrscheinlich ein deutlich größerer Erfolg zu erzielen ist. Vergleichbare Überlegungen gelten natürlich auch für alle anderen Marktphasen.

Passend zu Marktphase und Innovationstyp ist auch die Marktstrategie zu wählen; der bekannten Ansoff-Matrix lässt sich entnehmen, dass die für die gerade beschriebene Situation passende Strategie sicher die einer Marktdurchdringung ist.


AnsoffMatrix

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Geeignete Methoden: zu den für diese Aufgabe geeigneten Methoden zählen neben der oben dargestellten Ansoff-Matrix sicher Porters fünf Kräfte bzw. die SWOT-Analyse (Strenght, Weaknesses, Opportinities and Threats).


Zusammengefasst gilt:

  • Strategien können nur für Märkte, nicht für Unternehmen festgelegt werden (es sei denn, ein Unternehmen ist nur auf einem Markt tätig)
  • Die passende Strategie wird durch die aktuelle Marktphase des Produkts bestimmt,
  • Strategie und Marktphase bestimmen weiterhin die dafür am besten geeignete Innovationsmethode, und
  • das Produkt und Portfolio Management überwacht für jedes relevante Produkt die aktuelle Position im Lebenszyklus, um möglichst frühzeitig die jeweils passenden Maßnahmen ergreifen zu können.

Produktdesign

Aufgabe des Produktdesigns ist es, ausgehend von der Kenntnis der aktuellen Marktposition ein verbessertes bzw. Neues Produkt zu entwickeln. Je nach der Dauer des Entwicklungsprozesses sowie der geplanten Nutzungsdauer des Produkts wird dabei versucht, gesellschaftliche oder technologische Trends bei der Produktentwicklung zu berücksichtigen.
Geeignete Methoden: QFD (Quality Function Deployment), FMEA (Failure Mode and Effects Analysis), NPD (New Product Development), DFSS (Design for Six Sigma), DFMA (Design for Manufacture / Assembly), TRIZ/TIPS (Theory of Inventive Problem Solving).
Entwicklungsaufgaben innerhalb des Produktdesigns werden - da sie eindeutig Anfang und Ende besitzen – in der Regel in Projektform organisiert; spätestens hier sollte man auf die durch PMBoK bzw. PRINCE2 vorgegebenen Strukturen zurückgreifen, um die Rahmenbedingungen so strukturiert und nachvollziehbar wie möglich zu gestalten.

Produktionsplanung

Aufgabe der Produktionsplanung ist es, das bereits mehr oder weniger fertig entworfene Produkt in den eigentlichen Produktionsprozess zu überführen.
Geeignete Methoden: QFD, FMEA (vgl. oben), APQP (Advanced Product and Quality Planning)

Produktdatenmanagement

CAD-Systeme (Computer Aided Design) können als Ursprung des Produktdatenmanagements (PDM) angesehen werden. Bei PDM geht es darum, alle im Zusammenhang mit der Produktion eines Produkts erforderlichen Daten in einem einheitlichen Format zu verwalten. In der Zwischenzeit haben auch ERP- (Enterprise Ressource Planning) und DMS- (Document Management System) Systeme die Möglichkeit, Produktdaten zu verwalten und miteinander auszutauschen. Damit dies möglich ist, wird von vielen Systemen der Standard STEP (ISO 10303) unterstützt.

Innovationenshöhe ist Trumpf ...

Neben einer Einteilung der Innovationen in Typen wie Prozess-, Produkt-, Marketing- oder Serviceinnovationen auf der einen Seite ist es auf der anderen Seite notwendig, sich über die “Innovationshöhe“ der gesuchten Verbesserung Gedanken zu machen.
Viele für ein Unternehmen sinnvolle Verbesserungen können mit relativ einfachen Methoden identifiziert und voran gebracht werden. Kreativitätstechniken, Kaizen, kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) oder Quality Function Deployment (QFD) sind deswegen so erfolgreich, weil sie – sofern sie nur konsequent benutzt werden - in vielen Situationen durch die Beteiligung mehrerer Personen einerseits sowie durch die zielgerichtete Vorgehensweise andererseits Lösungen hervorbringen, die für den einzelnen alleine nicht sichtbar sind.
Trotzdem muss man sich darüber im klaren sein, dass mit den genannten Methoden nur das an Neuem hervorgebracht werden kann, was als abrufbares Wissen bei wenigsten einer der teilnehmenden Personen bereits vorhanden ist. Die Methoden versagen also in dem Maße, wie Wissen benötigt wird, das sich ausserhalb des Erfahrungshorizontes der Teilnehmer befindet. Abbildung zwei zeigt, was damit gemeint ist. Ein Expertengruppe des Jahres 1900, die nach einem Verkehrsmittel befragt worden wäre, hätte wahrscheinlich die folgenden Eigenschaften als wesentlich herausgearbeitet:
  • Bequeme Fahrt
  • Sportliches Aussehen
  • Hohe Geschwindigkeit
  • Sparsamer Verbrauch
Die dafür passende Lösung wäre vermutlich wie in der folgenden Abbildung links dargestellt ausgefallen.

InnovativeTransportmittel








Von dieser Vorstellung bis zu dem, was wir heute mit den genannten Eigenschaften verbinden (in der Abbildung rechts), ist es ein so weiter Weg, zu dessen Bewältigung große technologische Hürden überwunden werden mussten. Es ist daher offensichtlich, dass ein solcher Weg nicht allein durch die Befragung von Kunden oder Mitarbeitern und die aus den Befragungs-ergebnisssen abgeleiteten Verbesserungen hätte bewältigt werden können.

TRIZ-TIPS

Alleine durch die Anwendung der o. g. Methoden – sofern es sie damals schon gegeben hätte – wäre man wohl niemals von der Kutsche zum Automobil unserer Tage gelangt. Dies wird verständlich, wenn man sich die unterschiedlichen Erfindungshöhen von Innovationen und ihre prozentuale Häufigkeit vor Augen führt. Nach Genrich Saulovich Altschuller, dem Erfinder von TRIZ – der Theorie des erfinderischen Problemlösens (TRIZ wird im englischen Sprachraum auch als TIPS – Theory of Inventive Problem Solving – bezeichnet) – lassen sich Erfindungen in fünf Klassen einteilen, die sich hinsichtlich ihrer Erfindungshöhe unterscheiden.

 

Erfindungshöhe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Klasse 1 (offensichtliche Verbesserung, 32 % aller Erfindungen; üblicherweise sind ca. 10 Versuche notwendig, um zu einer Lösung zu kommen): Lösung ist offensichtlich - Weiterentwicklung eines technischen Systems mit bekannten Verfahren
  • Klasse 2 (geringe Verbesserung, 45 % aller Erfindungen; üblicherweise sind ca. 100 Versuche notwendig, um zu einer Lösung zu kommen): geringfügige Verbesserung eines existierenden Systems, meistens durch eine Kompromißlösung
  • Klasse 3 (wesentliche Verbesserung, 18 % aller Erfindungen; üblicherweise sind ca. 1.000 Versuche notwendig, um zu einer Lösung zu kommen): wesentliche Verbesserung eines existierenden Systems unter Verwendung vorhandener Technologien
  • Klasse 4 (Erfindung, 4 % aller Erfindungen; üblicherweise sind ca. 100.000 Versuche notwendig, um zu einer Lösung zu kommen): Erfindung - neue Systemgeneration unter Anwendung einer neuen Technologie
  • Klasse 5 (Entdeckung, 1 % aller Erfindungen; üblicherweise sind ca. 1.000.000 Versuche notwendig, um zu einer Lösung zu kommen): grundlegende Entdeckung

Methoden wie Kaizen, KVP, QFD etc. sind nun um so weniger geeignet, ein bestehendes Problem zu lösen, je höher die Klasse ist, der das Problem zugeordnet werden kann. Um also auch anspruchsvolle Erfindungen zielgerichtet angehen zu können, ist ein weiteres Hilfsmittel erforderlich.
Genrich Altschuller hat nun mit eben diesem TRIZ auch einen geeigneten Werkzeugkasten zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe sich solche Auf-gaben lösen lassen. TRIZ-Werkzeuge lassen sich dabei in die Gruppen Systematik, Wissen, Analogie und Vision einteilen.


HouseOfTriz


















Werkzeuge der Gruppe Systematik dienen dabei dazu den Ausgangs- oder idealen Endzustand, vorhandene Ressourcen, das Problem oder das Vorgehen zu beschreiben. Werkzeuge der Gruppe Wissen haben das Ziel, den Erfahrungshorizont zu erweitern, um auch andere als die gewohnten Lösungswege gehen zu können. Werkzeuge der Gruppe Analogien sind geeignet, übliche Standardlösungen in abstrakter Form, oder Verfahrensweisen zum Umgang mit technologischen oder physikalischen Widersprüchen aufzuzeigen. Werkzeuge der Gruppe Vision schließlich zeigen in allgemeiner Form die Evolutionsprinzipien technischer Systeme auf, veranschaulichen den Lebenszyklus von Produkten

Triz in Kurzform

In den meisten Fällen startet man ein TRIZ-Entwicklungsprojekt dann, wenn ein Entwicklungshindernis aufgetreten ist, das mit den üblichen Methoden unlösbar erscheint. In einem ersten Schritt wird man dann damit beginnen, sowohl das vorhandene Problem, als auch die zur Verfügung stehenden Ressourcen zu beschreiben.

Dabei spielt die Unternehmensstrategie eine wesentliche Rolle, da sich ein TRIZ-Projekt in drei wesentliche Phasen gliedert:
  • Richtungsfindung,
  • Entscheidungsfindung,
  • Innovationsfindung.
Im Rahmen der Richtungsfindung wird dabei als erster Schritt die unternehmerische Situation betrachtet, wobei sowohl die Historie des Unternehmens auch die des zu verbessernden Produkts berücksichtigt wird. Als zweiter Schritt wird untersucht, welche Ziele mit dem zu verbessernden Produkt verfolgt werden, und zwar unter Berücksichtigung aller Interessengruppen und Wettbewerber. Schließlich ist es wichtig, zu betrachten, welche langfristigen Trends das Produkt bzw. seinen Markt beeinflussen, wobei die folgenden Faktoren von Bedeutung sind:
  • Biosphärische Zukunftsfaktoren,
  • Technologische Zukunftsfaktoren,
  • Politische Zukunftsfaktoren,
  • Wirtschaftliche Zukunftsfaktoren, und
  • Gesellschaftliche Zukunftsfaktoren.

Als vierter Schritt einer Richtungsfindung wird berücksichtigt, dass Objekte auf einer abstrakten Ebene immer wieder vergleichbare Entwicklungsstufen durchlaufen. Vielfach kann dabei beobachtet werden, dass einfache Objekte zunächst komplex werden, um sich anschließend erneut in eine Gruppe von einfachen Systemen zu verwandeln (Beispiel: Schreibfarben: Stifte sind üblicherweise einfarbig; benötigt man unterschiedliche Farben, benutzt man unterschiedliche Stifte. Als erste Verbesserung sind Stifte auf dem Markt, die - von beiden Seite gespitzt – mit unterschiedlichen Farben schreiben. Die dritte Verbesserungsstufe besteht in den seit langem bekannten Stiften mit Minen unterschiedlicher Farbe, die wechselweise nach vorne geschoben und benutzt werden können. Tintenstrahldrucker als vierte Verbesserungsstufe kombinieren mehrere Tinten in einem gemeinsamen Behälter, so dass durch geeignete Mischung jede beliebige Farbe erzeugt werden kann. Um nicht den gesamten Behälter ersetzen zu müssen, sobald eine Farbe leer ist, werden inzwischen separate Tintenbehälter für jede einzelne Farbe eingebaut. Eine solche Entwicklung: Mono-, Bi-, Poly- und zurück zu einem verbesserten Monosystem lässt sich in vielen Fällen beobachten.).

Der letzte Schritt einer Richtungsfindung trägt schließlich der Tatsache Rechnung, dass Systeme in aller Regel mehrere Funktionsgruppen in sich vereinen, die unabhängig voneinander betrachtet und optimiert werden können (nach Linde):
  • Versorgungssystem,
  • Antriebssystem,
  • Steuersystem,
  • Übertragungssystem,
  • das eigentliche Kernsystem,
  • Stützsystem,
  • Hüllsystem,
  • Informationssystem,
  • Hilfssystem, und
  • Entsorgungssystem.

Als Ergebnis einer erfolgreichen Richtungsfindung sollte also bekannt sein, warum sich Unternehmen und Produkt von der Entstehung bis zum heutigen Stand so und nicht anders entwickelt haben, welche Bedürfnisse aktuell an das Produkt gestellt werden, was die Wettbewerber tun, und wie sich die genannten Zukunftsfaktoren in der Zukunft vermutlich auf das Produkt auswirken werden. Man versucht außerdem bereits in dieser Phase, zu beschreiben, wie ein ideales Ergebnis (= das ideale Endresultat) aussehen könnte (wie müsste ein Produkt aussehen, das nur das gewünschte Ergebnis bereitstellt, ohne irgend welche Ressourcen zu benötigen?).
Damit sollte klar sein, wo der größte Unterschied zwischen dem aktuellen und einem verbesserten Produkt vorhanden ist, wo also eine Innovation sinnvollerweise ansetzt. Eine mögliche Vorhabensbeschreibung für ein Innovationsprojekt ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Als Ergebnis des IST- und SOLL-Vergleichs wird man wahrscheinlich vor einem Widerspruch stehen, der der – wenigstens annähernden – Erreichung des SOLL-Zustandes im Weg steht. Das Vorliegen eines solchen Widerspruchs macht sich dadurch bemerkbar, dass durch die Verbesserung eines Parameters auf dem Weg zum SOLL-Zustand die gleichzeitige Verschlechterung eines anderen Parameters scheinbar in Kauf genommen werden muss. Eine der zentralen Leistungen Altschullers ist es, für genau diese Situation eine Liste von 39 technischen Parametern sowie von 40 innovativen Grundprinzipien entwickelt zu haben, die in der so genannten Widerspruchsmatrix miteinander verbunden sind.

Die 39 technischen Parameter sind dabei jeweils sowohl in der ersten Spalte als auch in der ersten Zeile der Matrix genannt. Diejenigen der 40 innovativen Grundprinzipien, die sich für die Lösung eines bestimmten Problems anbieten (Beispiel: zu verbessernder Parameter: Länge des bewegten Objekts, sich verschlechternder Parameter: Masse des bewegten Objekts; anwendbare innovative Grundprinzipien: 8, 15, 29, 34), sind im zugehörigen Feld der Matrix am Schnittpunkt der Zeile und Spalte genannt.
Wenn es um die Weiterentwicklung eines Produkts geht, tritt z. B. oftmals das Problem auf, dass ein Bauteil leichter werden muss, ohne an Stabilität einzubüßen. Im einfachsten Fall wird dann versucht, den Querschnitt des Bauteils zu verringern, und entweder eine geringe Abnahme der Stabilität zu tolerieren. Abstrahiert bedeutet dies, dass man einen Widerspruch gefunden hat, der einer Weiterentwicklung entgegen steht, und versucht, diesem Widerspruch auszuweichen. Im Gegensatz dazu wird bei Anwendung von TRIZ das Ziel verfolgt, aus dem entweder-oder (d. h., dem Widerspruch) ein sowohl-als-auch zu machen (beispielsweise könnte man der Stabilitätsabnahme durch ein geändertes Profil entgegen wirken).

 

Widerspruchsmatrix

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Statt die Lösung des konkreten Problems also direkt zu versuchen, wählt man den Umweg über eine abstrakte Problemdarstellung und versucht, über den Umweg der abstrakten Lösung zur konkreten Lösung zu gelangen. Was sich im ersten Moment umständlich anhört, hat sich jedoch bereits in vielen Fällen bewährt.

 

 

KAAK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bei der Arbeit mit TRIZ hat sich die Berücksichtigung folgender Evolutionsprinzipien für technische Systeme als äußerst nützlich heraus-gestellt:

  • Stufenweise Evolution
  • Vergrößerung der Idealität
  • Uneinheitliche Entwicklung der Systemteile
  • Erhöhung der Dynamik und Steuerung
  • Über Komplexität zum Einfachen
  • Evolution mit passenden und nicht passenden Elementen
  • Miniaturisierung und verstärkter Einsatz von Feldern
  • Geringere menschliche Interaktion

ARIZ

Die einzelnen Werkzeuge können entweder in ihrer Gesamtheit benutzt werden (wobei eine sinnvolle Einsatzreihenfolge durch das zur Gruppe Systematik gehörende Werkzeug ARIZ vorgegeben wird), oder angepasst auf die jeweilige Problemstellung.

 

 

ARIZProcess

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Von technischen zu physikalischen Widersprüchen

Betrachtet man die Widerspruchsmatrix näher, so stellt man schnell fest, dass damit ein geeignetes Werkzeug vorliegt, um Widersprüche aufzulösen, die zwischen unterschiedlichen technischen Parametern existieren. Nicht geeignet ist die Matrix, wenn Probleme vorliegen, zu deren Lösung sich derselbe technische Parameter gleichzeitig entgegengesetzt verhalten müsste (schwer und leicht, groß und klein, starr und felxible, etc.). Dies wird daran sichtbar, dass auf der Diagonale der Widerspruchsmatrix keine innovativen Grundprinzipien als Lösungsvorschläge eingetrtagen sind.
Widersprüche, die am selben technischen Parameter angreifen, und zur Lösung eine zeitgleiche Veränderung in entgegengesetzte Richtungen erwarten, werden als physikalische Widersprüche bezeichnet. Physikalische Widersprüche stellen in der TRIZ-Nomenklatur die höchste Stufe möglicher Widersprüche dar. Um auch solche Widersprüche lösen zu können, wurden als Ergänzung zur Widerspruchsmatrix vier Separationsprinzipien definiert:
  • Separation im Raum,
  • Separation in der Zeit,
  • Separation innerhalb eines Objektes und seiner Teile, sowie
  • Separation durch Bedingungswechsel.

Separation im Raum

Grundgedanke bei diesem Separationsprinzip ist, sich widersprechende Erfordernisse räumlich zu trennen. Dabei wird versucht, das System in Teile oder in Subsysteme räumlich zu zerteilen und die sich widersprechenden Funktionen verschiedenen Teilen zuzuordnen.

 

BeispielWiderspruchLösung
Zur Oberflächenbeschichtung auf chemischem Weg werden die zu beschichtenden metallischen Oberflächen in Metallsalz- lösungen eingetaucht. Im Verlauf einer Reaktion schlägt sich elementares Metall aus der Lösung auf der Oberfläche des zu beschichtenden Produktes nieder. Hohe Temperaturen beschleunigen diesen Prozeß, führen aber auch zu Zersetzung der Salzlösung. Ca. 75% des eingesetzten Salzes gehen so an Wand und Boden des Gefäßes verloren. Der Zusatz von stabilisierenden Substanzen ist ungeeignet und eine Verringerung der Temperatur führt zu deutlich geringerer Produktivität.Der Ablauf muss zugunsten einer schnellen, effektiven Beschichtung heiß durchgeführt werden, für eine effiziente Ausnutzung der vorhandenen Salzmenge muss er aber kalt geführt werden. Die Lösung wird bei prägnanter Umformulierung des Problems schnell sichtbar. Es wird offensichtlich, daß eigentlich nur der Bereich heiß sein muß, in dem die Beschich-tung stattfindet.Das Werkstück wird vor dem Eintauchen in eine kalte Salzlösung erhitzt. Somit ist die ganze Salzlösung kalt und stabil, nur am Beschichtungsort ist die Temperatur erhöht. Es ist möglich, das Werkstück während eines längeren Beschichtungsvorganges heiß zu halten, indem es induktiv geheizt wird.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Separation in der Zeit

Wenn ein System oder ein Prozeß sich widersprechenden Anforderungen genügen, gegensätzliche Funktionen erfüllen oder unter konträren Bedingungen arbeiten muß, dann wird versucht, die Funktionsweise des Systems zeitlich so zu unterteilen, daß die sich widersprechenden Anforderungen, Funktionen oder Bedingungen zu verschiedenen Zeiten stattfinden.

 

BeispielWiderspruchLösung
Ein Sessellift soll die Personen schnell und sicher von Punkt A nach B befördern. Das Problem tritt auf, wenn die Fahrgäste den Lift besteigen wollen.Der Lift sollte schnell fahren, damit die Fahrzeit kurz ist, er sollte langsam fahren, damit das Ein- und Aussteigen sicher und bequem vonstatten gehen kann.Der Sessel fährt für einen zügigen Transport recht schnell, wird aber beim Ein- und Aussteigen vom Seil ausgekuppelt und bewegt sich in dieser Zeit sehr langsam.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Separation innerhalb eines Objektes und seiner Teile

Die Grundidee ist das Trennen gegensätzlicher Anforderungen innerhalb eines Objekts oder seiner Teile. Wenn ein System sich widersprechende Funktionen erfüllen soll, sollte das System in Subsysteme unterteilt werden. Eine der sich widersprechenden Funktionen wird dann einem Subsystem zugeordnet und alle übrigen Funktionen dem Gesamtsystem nach wie vor überlassen.

 

BeispielWiderspruchLösung
Werkstücke haben unter Umständen recht komplexe Formen und sind mit konventionellen Greifvorrichtungen, z.B. Schraubstock, schlecht zu halten.Die Funktion des Schraubstockes stellt eine gleichmäßig verteilten Haltekraft zur Verfügung, idealerweise mit einer stabilen und flachen Oberfläche. Die Funktion, sich einer unregelmäßigen Form des Werkstückes anzupassen, kann als Subsystem gesehen werden.Zwischen die Backen des Schraubstockes verteilt der Werker harte Bürsten hochkant. Jede Bürste kann sich horizontal frei bewegen, um sich so der unregel- mäßigen Form des Werk- stückes optimal anzu- passen. Hierdurch wird der Anpreßdruck des Schraub- stockes gleichmäßig auf jede beliebige unregelmäßige Form weitergegeben.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Separation durch Bedingungswechsel

Die Idee ist hier die Trennung sich widersprechender Anforderungen durch Modifikation der Bedingungen, unter denen zeitgleich ein nützlicher, unnötiger oder schädlicher Prozeß abläuft. System oder Umgebung können so modifiziert werden, daß nur noch der nützliche Prozeß ablaufen kann.

 

BeispielWiderspruchLösung
Ein Sägewerk hat Abnehmer für reines Sägemehl. Durch ein erzeugtes Vakuum wird die Umgebung des Sägeblattes abgesaugt und das Sägemehl wird über ein Saugrohr dem Sammelbehälter zugeführt.Bedauerlicherweise wer-den außer dem Sägemehl auch kleinere Holzstücke mit abgesaugt und verunreinigen so den Inhalt des Sammelbehälters.Durch Vergrößerung des Saugrohrdurchmessers auf einer kurzen Strecke verändern sich die Strömungsverhältnisse so, daß größere Partikel sich hier sammeln und nicht in den Sammelbehälter gelangen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Quelle der Beispiele des Kapitels: www.triz-online.de)

 

 

TRIZ und Materialwissenschaften

Noch viel zu wenig beachtet wird in diesem Zusammenhang, dass die Lösung einander widersprechender Anforderungen an physikalische Parameter eines der originären Ziele der modernen Werkstoffforschung ist. Den bisher genannten Beispielen sieht man sofort an, dass Maschinenbauer und Ingenieure, nicht Physiker, Chemiker und Biologen bisher die Hauptgruppe der TRIZ-Anwender stellen. Dies gilt, obwohl physikalische, chemische und biologische Effekte in den gängigen TRIZ-Effektedatenbanken eine zentrale Rolle spielen. Welche Interpretationsmöglichkeiten ergeben sich also aus den vier Separationsprinzipien, wenn sie aus Sicht der Materialwissenschaften betrachtet werden?

Separation im Raum

Die Anwendung des Prinzips „Separation im Raum“ auf die Eigenschaften von Materialien hat zur Folge, dass Materialeigenschaften ortsabhängig werden müssen. Ortsabhängige Eigenschaften sind auf drei Wegen vorstellbar:
  • Ortsabhängige Bearbeitung (chemisch, mechanisch, mit Ionenstrahl bzw. Plasma, Laser)
  • Ortsabhängige Beschichtung, und
  • Ortsabhängige Synthese (z. B. Functional Gradient Materials (FGMs))

 

Separationsprinzipien

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Das Extrembeispiel eines Materials, auf den das Prinzip „Separation im Raum“ angewendet worden ist, stellt sicherlich die CPU eines Computers dar, in der auf genau diese Weise (Mikrostrukturierung) die komplette Funktionsweise realisiert worden ist.

Separation in der Zeit

Durch die Beziehung Frequenz = 1/Zeit wird klar, dass eine Separation in der Zeit genau so als Separation in der Frequenz verstanden werden kann. Eines der offensichtlichsten Beispiele dafür stellen optische Filter dar, die Licht in Abhängigkeit von der Frequenz entweder absorbieren oder transmittieren.
Filter sind aber nicht auf Frequenzen des optischen Teils des elektromagnetischen Spektrums begrenzt. Sie kommen vilemehr überall dort vor, wo mechanische, akustische, thermische oder elektromagnetische Schwingungen eine Rolle spielen und voneinander isoliert werden müssen.

Separation innerhalb eines Objekts und seiner Teile

Die Trennung sich eigentlich widersprechender Eigenschaften eines Materials „innerhalb des Objektes und seiner Teile“ wird in den Materialwissenschaften durch Verbundwerkstoffe realisiert. Je nach Geometrie der daran beteiligten Phasen werden Verbundwerkstoffe dabei in Teilchen-, Faser-, Schicht- und Durchdringungsverbundwerkstoffe unterteilt.
Betrachten wir zum besseren Verständnis das Beispiel einer Hartbe-schichtung auf metallischem Untergrund. In diesem System aus Beschichtung und Substrat übernehmen beide Partner jeweils unterschiedliche Aufgaben, und erfüllen so in der Kombination die an das Werkstück gestellten Anforderungen. Im Fall der Hartbeschichtung sorgt die Schicht für die erforderliche Härte und Abriebbeständigkeit, während das Substrat die notwendige mechanische Zähigkeit, thermische Leitfähigkeit etc. bereitstellt.

Separation durch Bedingungswechsel

Aus Sicht der Materialwissenschaften können unter dem TRIZ-Prinzip „Separation durch Bedingungswechsel“ alle „Smart Materials“ zusammengefasst werden. Mit diesem Begriff werden Werkstoffe bezeichnet, die in der Lage sind, in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen ihre Eigenschaften zu verändern. Vielen bekannt ist das Beispiel der selbsttönenden Sonnenbrille, die bei zunehmender Sonnenstrahlung immer dunkler wird.
Smart Materials verändern ihre elektrische Leitfähigkeit als Funktion von Temperatur oder angelegter elektrischer Spannung, schalten Licht bei Anwesenheit elektrischer Felder, senden Licht aus, wenn chemische Reaktionen stattfinden oder verändern spontan ihre Oberflächenladung als Funktion der Temperatur. Die Liste ließe sich noch um einiges verlängern.
Stand der Technik kennen
Um den Stand der Technik einigermaßen vollständig zu kennen, der sowohl in der Phase der Richtungsfindung als auch in der Innovationsfindung von wesentlicher Bedeutung ist, haben wir im Laufe der Zeit eine Datenbank aufgebaut, die inzwischen ca. 490.000 Einträge über Publikationen, Projekte und Patente enthält, in denen Beschichtungen eine Rolle spielen.


CoatingsDB



















So finden sich z. B. ca. 950 Einträge für den Begriff „ferroelektrisch“, ca. 5500 Einträge für den Begriff „absorbierend“, ca. 6000 Einträge für den Begriff „dielektrisch“ oder ca. 30500 Einträge für den Begriff „leitfähig“.

 

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