SYSTEMATIC DESIGN THROUGH
THE INTEGRATION OF
TRIZ AND OPTIMIZATION TOOLS
Gaetano Cascini
Paolo Rissone Federico Rotini Davide Russo
Lab. di Metodi e Tecniche per l’Innovazione Università degli Studi di Firenze
Sommario
Introduzione PROSIT: Product Development and Systematic Innovation Innovazione VS Ottimizzazione
Tecniche di ottimizzazione Logica di ARIZ
Gli strumenti di ottimizzazione a supporto di ARIZ Esempio di applicazione
Introduzione - contesto
Diffusione (preliminare) di metodi e strumenti
per l’Innovazione Sistematica
IFIP Workgroup su Computer-Aided
Innovation
Scarsa integrazione degli strumenti CAI con gli
altri sistemi software di sviluppo prodotto
Product Development and Systematic Innovation
Progetto PRIN 2005 (www.kaemart.it/prosit) Coordinatore: Prof. Umberto Cugini
Innovazione VS Ottimizzazione
Ottimizzazione come ricerca del miglior
“compromesso” fra requisiti tecnici conflittuali Innovazione come superamento dei conflitti fra i requisiti tecnici del sistema
PROSIT: Ottimizzazione come strategia per tradurre requisiti tecnici del sistema in
“contraddizioni fisiche” da superare mediante tecniche di Innovazione Sistematica
Tecniche di Ottimizzazione
Funzione Obiettivo Variabili di Progetto
Interazioni con il SuperSystem: condizioni di carico e di vincolo (interni/esterni)
SHAPE OPTIMIZATION SIZE OPTIMIZATION
TOPOLOGY OPTIMIZATION TOPOGRAPHY OPTIMIZATION
Logica di TRIZ
Modello di Problema come Contraddizione Tecnica o Fisica
Modello di Soluzione come lista di Principi Inventivi mediante i quali superare la contraddizione
Specific Problem Problem Model Specific Solution Solution Model
Logica di ARIZ
Specific Problem Problem Model Specific Solution Solution Model Contraddizione “Superficiale” Contradizione “Tecnica”: TC1: A – Anti-B TC2: Anti-A – B Contraddizione “Fisica”: P B – anti-P AUlteriori intensificazioni della contd: P1 P – anti-P1 anti-P
P2 P1 – anti-P2 anti-P1 …
Pn Pn-1 – anti-Pn anti-Pn-1
Logica di ARIZ: esempio
Contraddizione “Superficiale”: Barca a vela SICURA E VELOCE
Contradizione “Tecnica”:
TC1: A – Anti-B – STABILITÀ – Anti-IDRODINAMICITÀ
TC2: Anti-A – B – Anti-STABILITÀ – IDRODINAMICITÀ
Contraddizioni “Fisiche”:
P A max larghezza scafo stabilità – anti-idrodinamicità
anti-P B min larghezza scafo anti-stabilità – idrodinamicità
P’ A max massa opera viva stabilità – anti-idrodinamicità
Richiede un cambio di mentalità del progettista
Va contro la tendenza alla progettazione Trial&Error mediante sistemi di Prototipazione Virtuale
Rigidezza degli strumenti di modellazione geometrica Strumenti TRIZ elementari (es. Matrice Contraddizioni):
Moderata affidabilità
Moderata ripetibilità di impiego
Assimilazione logica di ARIZ onerosa
SAPER IDENTIFICARE LE CONTRADDIZIONI FISICHE ALLA RADICE DI UN PROBLEMA TECNICO È LA PRINCIPALE
DIFFICOLTÀ DELL’INTERO PROCESSO
Gli strumenti di ottimizzazione a supporto di ARIZ
0a. Disegno di un nuovo sistema/componente
Requisiti funzionali e vincoli tecnici Geometria dettagliata
0b. Modifica di un sistema/componente
Nuovo requisito funzionale/proprietà o Incremento prestazioni
1. Definizione di un insieme di problemi di ottimizzazione
Superfici funzionali, volumi disponibili, condizioni al contorno…
2. Analisi dei risultati ed identificazione dei conflitti
Contraddizioni di tipo fisico (topologia / dimensioni)
3. Applicazione dei Principi di Separazione e/o di Transizione a Sub/SuperSystem
Gli strumenti di ottimizzazione a supporto di ARIZ
1. Definizione di un insieme di problemi di ottimizzazione
Superfici funzionali, volumi disponibili, condizioni al contorno…
Traduzione dei requisiti/vincoli di progetto in un problema di ottimizzazione (Attività tipica di un progettista)
Gli strumenti di ottimizzazione a supporto di ARIZ
a) Le diverse topologie/dimensioni costituiscono contraddizioni fisiche del sistema
b) La contraddizione fisica risiede fra obiettivi e vincoli: si definisce un insieme di problemi di ottimizzazione con la medesima
funzione obiettivo, ma tali da eliminare ad uno ad uno i vincoli di sistema “la geometria dovrebbe essere X in modo tale da
soddisfare il vincolo V, ma dovrebbe essere anti-X in modo da 2. Analisi dei risultati ed identificazione dei conflitti
a) Due o più problemi di ottimizzazione conducono a risultati contrastanti
b) Uno specifico problema di ottimizzazione non conduce a risultati soddisfacenti i requisiti
Gli strumenti di ottimizzazione a supporto di ARIZ
a) Identificare la ZONA OPERATIVA ed il TEMPO OPERATIVO b) Verificare se le definizioni conflittuali relative ad un medesimo
parametro di progetto sussistono nell’intera Zona Operativa c) Verificare se le definizioni conflittuali relative ad un medesimo
parametro di progetto sussistono nell’intero Tempo Operativo d) Verificare se le definizioni conflittuali relative ad un medesimo
parametro di progetto sussistono sotto le medesime condizioni di impiego
e) Verificare l’opportunità di superare la contraddizione mediante una transizione a super-system o sub-system
3. Applicazione dei Principi di Separazione e/o di Transizione a Sub/SuperSystem
Da più requisiti esterni al sistema si sono identificati due o più parametri di progetto con definizioni contraddittorie
Esempio di applicazione
2 PROBLEMI DI OTTIMIZZAZIONE:
Minima forza utente
Massima lunghezza taglio FORBICI DA LAMIERA - Requisiti:
Minima forza utente
Massima lunghezza di taglio per singolo azionamento
Leggerezza
Minimo ingombro (compatibilmente con l’ergonomia dello strumento)
Esempio di applicazione
2 PROBLEMI DI OTTIMIZZAZIONE: CONTD FISICA
Minima forza utente:
min lunghezza tagliente / max braccio impugnatura
Massima lunghezza taglio
Esempio di applicazione
SUPERAMENTO DELLA CONTRADDIZIONE FISICA
Separazione in tempo: sistema a cricchetto
Separazione in spazio:
separare il braccio della leva, ovvero la distanza fra il punto di taglio ed il fulcro, dalla lunghezza di taglio IDEA 1: “Moving to another dimension” – direzione di
taglio ortogonale al braccio di leva
Esempio di applicazione
SUPERAMENTO DELLA CONTRADDIZIONE FISICA IDEA 1: “Moving to another dimension” – direzione di
Esempio di applicazione
SUPERAMENTO DELLA CONTRADDIZIONE FISICA IDEA 1: “Moving to another dimension” – direzione di
Conclusioni
Abbandonare gli strumenti TRIZ caratterizzati da definizioni confuse e/o in sovrapposizione
Minimizzare l’impegno richiesto al progettista per assimilare le tecniche di maggiore complessità
Risorsa: strumenti di ottimizzazione come strumento per stimare l’influenza dei parametri di progetto sui requisiti del sistema
Prospettiva: definire un sistema esperto in grado di guidare l’utente all’interno dell’ambiente di
