Aplicaciones en La Fase de Diseño Conceptual de Triz (19)
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8CONGRESOIBEROAMERICANODEINGENIERAMECNICACusco,23al25deOctubrede2007
ALCANCESYAPLICACIONESENLAFASEDEDISEOCONCEPTUALDETRIZ,TEORADERESOLUCINACELERADADEPROBLEMASDELMBITOMECNICOENCHILE.
Dr.Ing.PedroSariegoPastn;Ing.FelixPizarroMartinezDepartamentodeMecnica.UniversidadTcnicaFedericoSantaMariaAvenidaEspaa1680Valparaso-ChilePedro.sariego@usm.cl;[email protected]
RESUMEN
EltrabajopresentaunapanormicageneraldelosmtodosdediseoysusimplicanciasconlainventivaylainnovacinenelmbitodelaIngenieraMecnicaydestacaalaTeoradeResolucinAceleradaparalaInventiva,denominadaTRIZ,comounametodologadediseoadecuadaparapotenciarlosnivelesdeinventiva,especialmenteenlafasedediseoconceptualdelaingenieramecnica.Eltrabajopresentaunasntesisdeprincipalesherramientas,incluyendoloscuarentaPrincipiosdeInventivaylaMatrizdeContradiccionesdeTRIZ,comoasmismolosconceptosdeSustanciaCampoyCiclodeVida.SeilustranademsalgunosresultadosdedesarrollodelmtodoenChileanivelacadmico,basadasespecialmenteenexperienciasenelDepartamentodeMecnicadelaUTFSM,dondeseobservaqueTRIZ,porserunmtodosistmicoqueseintegrarpidamentealamentalidaddelosalumnosdeingeniera;comotambinlasexperienciasdeaplicacionesindustrialalafecha,talescomo;diseode:mesadebipedestacin,dispositivoutilizadopreferentementeporusuariosdiscapacitados;ylaaplicacinenalgunosdiseodemquinasparalaindustria.SedestacaelhechoqueTRIZesunadelasprincipalesherramientasdediseoeingenierautilizadasanivelmundialenlaactualidad.I.INTRODUCCION
Sediceconraznquelainnovacintecnolgicasehaconvertidoenunademandaindispensableparaeldesarrolloeconmicoysocialdelospasesyparalasupervivenciayxitodelasempresaseinstituciones.,esasqueasempresaseinclusolosgobiernosdelospasesindustrializadoshanimpulsadoaldiseocomounaactividadestratgicadentroyfueradesusorganizaciones,alpuntodequesehaconvertidoenunaherramientaclaveparacrearventajascompetitivassostenibleseneltiempo.Esto,porqueeldiseoeselcentrodelprocesodetomadedecisioneseneldesarrollodeproductos,ellugaryelmomentoprecisoparahacerrealidadlasapetenciasdelosusuarios,dondesetienelamayorlibertadparacrearlonuevo,redisearloviejo,actualizarloqueestenuso,dondemejorseensayayaplicanlosnuevosmateriales,lasnuevastecnologas,losnuevasvisionesyconceptossobrelosproductos[8].
Enesemarco,yentendiendoqueparaqueexistainnovacindebehaberunmodelodegestinquecomercialiceunproductoquealguienhayainventado,creado,descubierto,generalmentemedianteprocesosdenominadosinventiva.Lociertoesqueesjustamentelainventivalaque,enpasescomoChileyentodoelmbitolatinoamericano,tiendeaestarenelmbitodelatcnica,bastanteatrsrespectodelospasesindustrializados.Unaseriecomplejadefactoresconspiranparadarcomoresultadolasituacindescrita,perosinlugaradudasunadelasprincipalesfalenciaseslafaltausoeinclusodeconocimientodemetodologasquepotencianlainventiva.
Existeporciertounacantidadenormedemtodosdediseoeinventiva,seproponeenestetrabajoalaTeoradeResolucindeProblemasdeInventiva(TRIZ),queesunametodologaprcticayseveasmismacomounacienciaendesarrollo.SetratadeunametodologaquenacienRusiaenlosaos50,deampliousoenlaempresasdedesarrollodeproductoenelmundoindustrializadoenlaactualidad,empresasinteresadasenpotenciarsusnivelesdeinventiva,paramantenery/oacrecentarsusnivelesdeinnovacinyporconsiguientesusventajascompetitivasaescalamundial.TRIZhademostrandoserefectivaauxiliandoenlasolucindeproblemasyparadesarrollarlasestrategiasdetecnologasfuturasentodaslasramasdelaindustriaydelaciencia,suconocimientoenlosmbitosdelaingenieramecnicaesnaturalydeacuerdoalaexperienciaendesarrollospropiosunagranayudaalmomentodeldiseoconceptual.
II.ENFOQUESDELAINVENTIVAYLAINNOVACIONENELDISEOMEDIANTETRIZ.
Existenunaseriedeenfoquesdediseodeproducto,lasdiferenciasmsgrandessedanentrelasvisiones,formas,conceptos,mtodosyherramientasquesegenerandesdeelmbitoDiseoIndustrialversuslosquesedesarrollandesdeloscamposdelaIngenieradeDiseo.Enelmbitodelaingenieraqueseestudiaennuestrasescuelasdeingeniera,sereconoceaChristopherJones(1981),comoelpionerodelestudiodelosmtodosdediseoydeproyecto,quiensealaraqueelciclodediseocomprendetresetapas,asaber:anlisis,sntesisyevaluacin,mismasquerenombracomodivergencia,transformacinyconvergenciaparaasociarlasalalabordediseo.
Alafecha,seconocenenlaactualidadaportestericosaldiseodediversosautores,quehallevadoaagruparalosmtodosdediseoentresgrandesgrupos,asaber:MtodosSistemticos,quederivandelaTeoradeSistemas,cuyosgrandesautoressonAltshuller,Beiltzentreotros.MtodosIntegradores,nacidosdelaexperienciadelmercado,cuyogranreferenteesPughyMtodosAxiomticos,queseoriginaneneldesarrollodelastecnologasinformticasenelmbitodelamanufactura,eldiseoylaingenieraengeneral,teniendoaShucomounodesusgrandesautores.Bajoestosgrupostericoshansidoagrupadasunconjuntoampliodemtodosdediseo,loscualessonutilizadosindistintamenteendistintoslugaresdelmundo.
TRIZ,seinsertaenelmarcodeTeorasSistemticasydacuentadeungrupodemetodologascreadasporAltshullertalescomolamatrizdecontradicciones(las39caracteristicastcnicasyfsicasylos40principiosdeinventiva),lasustanciacampos,lascurvasdeprogreso;ysuscontinuadoresquecrearonmtodocomoARIZ(algoritmosderesolucindeinventivadeproblemas);sistemasestructuralesyotros,dealtoimpactoenlainventivayenlainnovacindeproductosyprocesos.
Ahorabien,todoslosmodelosdediseo,lasmetodologaseinclusolasfilosofasdediseovenenste,loquehanvenidohadefinircomounaactividad,dominiosdeinteraccinentreelusuarioyelobjeto.Lagrancuestineselcorazndelprocesodediseo,estoeselprocesodecreacin,deinventiva,decreacindeunacosanueva,quesedenominadiseoconceptual.
Colectadedatos
Problemainicial
Formulacindelproblema
Identificarlacontradiccin
Modelosdeevolucin
Condicionesespecificas
Implementarlasolucin
Resolverlacontradiccin
Figura1.ParmetrosconceptualesdeTRIZ[5].
Laproblemticasepotenciacuandoseexaminanherramientasy/omtodosdeapoyoaldiseo,unanlisisdetalladoindicaquedetodoslosmbitosdeldiseo,especialmenteelrelacionadoconlamecnicaysusderivaciones,eseldiseoconceptualelmshurfanodeapoyodeherramientas,metodologasyhastatecnologas.EstohastaquesurgieraconfuerzalaalternativadelMtodoTRIZ.Estaesbsicamenteunametodologaestructuradaparalainnovacin,queexaminalosproblemasdeinventivaenformametdica,explorandoespaciosdesolucionesparagenerarideascreativas.Lafigura1ilustralafuerzametdicadeTRIZ,indicandoqueelproblemainicialpasaporunaseriedeetapashastaqueesposibleformularelproblemacorrectamente,identificarlacontradiccinquehaderesolversecorrectamentepararesolvereimplantarlasolucin.ElmtodofuedesarrolladoenlaantiguaURSSporGenrichAltshuller,constituyporaosunametodologamsdentrodeluniversodemtodosdediseo,desconocidopordcadasenoccidente.TRIZ,queesacrnicodelrusoyquevieneasignificarelTeoradeResolucinInventivadeProblemas.ElcolapsodelaURSSpermitiquesetuvieraconocimientoenoccidenteydesdeesapocahasidounmtodosumamentedifundidoenlospasesindustrializadosquetienenenlainnovacinelejedesudesarrolloeconmico,mientrasqueenlospasescomoChile,centradoenlaproduccinderecursosnaturales,esprcticamentedesconocido.TRIZesunmtodobasadoenlacienciayenelconocimientoqueseconcentraenresolvercontradiccionesensistemascomportamientosquemuestracontradiccionespasadasosimilares.Susetapassonbsicamenteladeestablecerlasfasesdedefinicindelproblema,laformulacin,lacategorizacindelproblema,eldesarrollodeconceptosdesolucin,lapriorizacineimplementacindesoluciones.
BuscadorescientficoscomoScurusindicancercade5000referencias,conuncrecimientoexpotencialmesames,lamayoradeellassonreferenciassobreaplicacionesdelametodologaendiversoscamposdelsaberysusderivacionesenelmbitoindustrial.ElnmerodepginaswebdeTRIZenelmundo,almomentoderedactarestedocumentosuperabaelmilloncuatrocientasmilreferencias.
SegnTRIZ,elprocesocreativoquellevaalainnovacindesistemastecnolgicos,noesalgocaprichoso,alazary/omisterioso,quedependedelapercepcinydelapsicologadecadapersona.Enrealidadtodolocontrario,setrataentodomomentodedeunprocesoperfectamenteestructuradoybasadoenunmetodologafcildeaprender,demaneraquelaspersonasseenfrentenconxitoaproblemasdeinnovacintecnolgicayseannotablementeinventivas,produzcaninventos,demaneraprogramadayexitosa.Deahsuxitoeneconomasquenecesitandelainnovacinparasudesarrollo.TRIZindicaquelagranmayoradelosproblemasdeinventivayahansidoresueltosyquelassolucionesaportadas,sepuedenclasificaryordenardeformaenqueesposibleteneraccesoaellasdemanerafcilyrpida.
Entrminosgenerales,lateoraconsisteendescubrirlasprincipalescontradiccionesenunproblemadeinnovacintecnolgicaolanecesidaddegeneraruninvento,estascontradiccionessedividenbsicamenteen:ContradiccionesTcnicas,quesonlasqueinvolucranadoselementosdeun1.Segmentacin11.Precaucinprevia21.Pasarrpidamente31.Materialesporosos
2.Extraccin12.Equipotencialidad22.Convertirlonegativoenpositivo32.Cambiosdecolor
3.CalidadLocal13.Inversin23.Retroalimentacin33.Homogeneidad
4.Asimetra14.EsfericidadCurvatura24.Mediador34.Restauracinyregeneracindepartes
5.Combinar15.Dinmica25.Autoservicio35.Cambiosdeparmetros
6.Universalidad16.Accionesparciales26.Copiar36.TransicionesdeFase
7.Anidacin17.Otradimensin27.Objetosbaratosudecortavida37.ExpansinTrmica
8.Contrapeso18.VibracionesMecnicas28.Sustitucindesistemasmecnicos38.OxidantesFuertes
9.Reaccinpreliminar19.AccinPeridica29.Neumticaehidrulicas39.Atmsferasinertes
10.Accinpreliminar20.Continuidaddelaaccintil30.Membranasdelgadas40.Materialescompuestos
1.Pesodeunobjetoenmovimiento11.Tensin,presin21.Potencia31.Efectossecundariosdainos
2.Pesodeunobjetosinmovimiento12.Forma22.Desperdiciodeenerga32.Manufacturabilidad
3.Longituddeunobjetoenmovimiento13.Estabilidaddeunobjeto23.Desperdiciodesustancia33.Convenienciadeuso
4.Longituddeunobjetosinmovimiento14.Resistencia24.Perdidadeinformacin34.Reparabilidad
5.readeunobjetoenmovimiento15.Durabilidaddeunobjetoenmovimiento25.Desperdiciodetiempo35.Adaptabilidad
6.readeunobjetosinmovimiento16.Durabilidaddesinobjetosinmovimiento26.cantidaddesustancia36.Complejidaddeunmecanismo
7.Volumendeunobjetoenmovimiento17.Temperatura27.Confiabilidad37.Complejidaddecontrol
8.Volumendeunobjetosinmovimiento18.Brillo28.Precisindemedi-ciones38.Niveldeautoma-tizacin
sistematecnolgico.ContradiccionesFsicasquecorrespondenaunasolapartedelsistematecnolgico.ComoconsideracinespecialsedebesealarqueTRIZseaplicamejoraproblemascuyodiseoorendimientosondelargaduracinyqueaparentandemostrarcontradicciones.TRIZserecomiendaparapersonaslgicasyanalticas,yesmuyefectivoenayudaraingenierosapensarmscreativamente.TRIZrequieredeconocimientodefsica,entrenamientoconsiderableyprcticaparaproporcionarlaeficienciaadecuada.Delanlisisdeungrannmeropatentes,Altshullerdesarrolllosdenominados40principiosdeinvencin,queseespecificanenlasiguientetabla.
Tabla1.Los40PrincipiosdeInvencindeAltshuller[5].Estoscuarentaprincipiossoncontrastadoscon39parmetrosocaractersticasdecualquiersistematecnolgicoatravsdeloquesedenominaMatrizdeContradicciones.
9.Velocidad19.Energadeunobjetoenmovimiento29.Precisindemanu-facturas39.Productividad
10.Fuerza20.Energadeunobjetosinmovimiento30.Factoresperjudicialesactuandoenunobjeto
Tabla2.Las39caractersticasoparmetrosdecualquiersistematecnolgico[5].III.MATRIZDECONTRADICCIONES
LaMatrizdeContradiccionesesellugardondesecontrastanlascaractersticasoparmetrosdelsistematecnolgicoquesedebenmejorar,frentealosparmetrosdediseoquesedeterioran.Enlainterseccindeestosseestablecenlosprincipalesprincipiosdeinventivainvolucrados.
ElusodelamatrizdeAltshullercomprende5pasos:
AnteundeterminadoproblemadediseosehadeconvertirelproblemaencomentosehadeidentificarloselementosdelmismocondosparmetrosocaractersticasPosteriormentesehadeIdentificarlacorrespondenciaentrelosdosparmetrosocaractersticasdediseocitadasconalgunodelos39parmetrosgeneralizadosdeAltshullerSehandebuscarlosprincipiosdeinventivaquepermitanresolverelconflictodediseousandolamatriz.ExistenherramientasdesarrolladasenExcelenquelosparmetrosgeneralestienennmerosasociadosconellos,sehadebuscarelcorrespondientecorteentrelasfilasycolumnasqueposeenesosnmerosasociados.Losnmerosqueaparecenenlaceldacorrespondiente,correspondenaprincipiosdeinventivaSedebeanalizarcadaunodelosprincipiosdeinventivaresultantesyestablecersiestnencorrespondenciaconlanaturalezadelproblema.
Sehadeadaptarlos
123456tratarde
principiosdeinventiva
correspondientesaposiblessolucionesdelproblemadediseoAmododeejemplo,seilustralamatrizparalasseisprimerascaractersticas,enlasinterseccionesseilustranlosprincipiosdeinventivaalosquesehacereferencia.
1
15.8.29.34
29.17.38.34
2
10.1.29.35
35.30.13.2
15.8.329.34
15.17.4
4
35.28.40.29
17.7.10.40
2.17.529.4
14.15.18.4
6
30.2.14.18
26.7.9.39
Figura3.PartedelaMatrizdeContradiccionesdeAltshuller.Seindicaelnmerodelosparmetrosgeneralesquesecontrastanporpares.Elnmeroderecuadrospresentalosprincipiosdeinventivainvolucrados[5].
Estosignificaquesehadeconsiderarlosprincipiosindicadosyporconsiguienteelproblemapuedetratardelasolucindealgunosdelostemsqueseindicanparacadacaso.
IV.ANLISISDEPROBLEMAAPLICANDOMATRIZDECONTRADICCIONESDETRIZ([1]y[4]).
Amododeejemplo,deloscasosanalizadosenChileutilizandolamatrizdecontradicciones,seilustraelresultadodelainnovacinenunalimentadordecorreaparamineralgruesoubicadobajoelchancadorprimario,queseilustraenlasiguientefigura,conunacapacidadde6000ton/hr,parauntopsizedemineralde10.
IDEALIDAD:Elsistemaidealseraquelquenodemandemayorescostosoperacionalesporconceptodeconsumodeenergaymanutencin,manteniendolosnivelesdedisponibilidadactuales.
EFECTOS:ElautordeTrizobservqueagranpartedelassolucionessimplementeaplicabanlasventajasdeunefectoconocido.Estosefectospuedenserfsicos,qumicosygeomtricosyparalaobtencindeideasseemplealateoraencuestin.
ParmetroaMejorarParmetroquesedeteriora
14.Resistencia15.Durabilidaddeunobjetoenmovimiento23.Desperdiciodesustancia25.Desperdiciodetiempo39.Productividad1.Pesodeunobjetoenmovimiento
9.Velocidad
Figura4:Geometradelalimentadordecorreabajoelchancadorprimario.
CONTRADICCIONES
ContradiccionestcnicasLoprimeroquesehahechohasidoanalizarlos39parmetrosdeingenieraparadeterminarculespuedenllegaraafectaralincrementodevelocidaddelapala.Trasdichoanlisis,elnmeroinicialdeparmetrossehareducidoa5queseincluyenenlatabla5.Ensegundolugarsehanidentificadolasposiblescontradiccionesquepuedenocurrirentrelos39parmetros.Paraello,sehatenidoencuentaquelamejoradeunparmetroempeoraotro.
Tabla3:Parmetrosgeneralizadosdeingeniera.Unavezdeterminadaslascontradiccionesexistentes,lamatrizdecontradiccionesselecciona(apartirdelos40principiosinventivosdeAltshuller)seseleccionanaquellosparmetrosquesonmsinteresantespararomperlacontradiccin,indicadosenlamatrizdelasiguientetabla..
Tabla4:Elresultadodelamatrizdecontradicciones
Pararomperestacontradiccinsepodranemplearlosprincipiosinventivosseordenanporordendeimportancia,deloqueseobtienelosdemayorrelevanciaasociadosconelproblema,asaber:
35.Transformacindelosestadosfsicosyqumicosdeunobjetoa.Cambiarunestadodeagregacindeunobjeto,concentracindedensidad,gradodeflexibilidad,temperatura.5.Combinandoa.Combineenunespacioobjetoshomogneosuobjetosdestinadosaoperarcontiguamenteb.Combineentiempooperacioneshomogneasocontiguas
ContradiccionesfsicasLacontradiccinfsicaqueseempleaenestecasoesladeseparacinenelespacio,cuyoaplicacinesladequitar,partedelmaterialqueesdainooestaenriesgoparahacerlatanpequeahastadesaparecer
IdeasobtenidasLaideaobtenidaapartirdelanlisisdelascontradiccionestcnicasyfsicasapuntaadisminuirlatensinenlacintamedianteladisminucindelmaterialqueseencuentrasobrelacintadelalimentadordecorrea(cambiarunestadodeagregacin+combineenunespacioobjetoshomogneos),yqueinducefuerzasdearrastresignificativas.Paracumplircontalobjetivosetrabajaconlamodificacin(tamaodeladescarga),delcajndealimentacinalequipoparabajarlatensindecortedelmineralqueseencuentraensuinterioryasuvezbajarlatensinenlacintaaldisminuirlosesfuerzoscortantesantesmencionados.Enlasfiguras5y6seapreciaelanlisisdetensionespracticadoenelcajndealimentacinantesydespusdeimplementarlamodificacinparamejorarlavidadelacinta,quefueevaluadaentrminosdepotenciainstalada,tensionesenlacintayporconsiguiente,vidatilactualyfuturadelamisma.
Figura5:GeometraoriginalydistribucindetensionesdeVonMisesparalageometraoriginal
Figura6:ModificacingeomtricapropuestayDistribucindeesfuerzosdeVonMisesparalamodificacinpropuestaporTRIZ
Lasecuenciadefigurasilustraclaramentelamejoraenelequipoaniveldeconcentracionesdeesfuerzos,loquemuestradepaso,lapotenciadelasolucin.
V.CONCLUSIONES
Lasprincipalesconclusionesdeestetrabajosonlassiguientes:.Lainnovacinyespecialmentelainventivaesunacapacidadquetodoserhumanoenelmbitodelatcnicapuedepotenciaratravsdeherramientasmetodolgicasapropiadas.LametodologaTRIZesunaherramientapotenteparaapoyarestatareadeaprendizajeaceleradoparalainnovacin,especialmenteenelmbitodeldesarrollodeproductoinvolucradaconlaIngenieraMecnica.TRIZesunaherramientasistemticaparadisearqueentregaunasestrategiasefectivasderesolucindeproblemas,eliminalasbarrerasentredominiosdeinventivaeneldiseoconceptual.Generaunenfoque
equilibradotremendamentepotenteparaeldiseoconceptual,cosaquesepudoprobarenelejemploilustrado.Esdeltodonecesariopromoverladifusindeestametodologaenlasescuelasdeingenieradenuestrospases,especialmentedeingenieramecnica,paraapoyareldesarrollodenuestrasnaciones.
REFERENCIAS.
[1]P.Sariego,R.Espinoza.,.EstrategiadeIntroduccinyAplicacionesdeTRIZenlaIndustriaMineraChilena.2doCongresoIberoamericanodeInnovacintecnolgica.MonterreyMxico,2007.
[2]P.Sariego,R.Espinoza.,PasosParaPotenciarLaInnovacinOlvidadaEnChile.UnEjemploDeCooperacinUniversidadEmpresaParaRomperElParadigma.1erCongresoIberoamericanodeInnovacintecnolgica.PueblaMxico,2006.
[[3]W.Maloney.,Oportunidadesperdidas:InnovacinycrecimientoenbasearecursosenAmricaLatina,ForodeEconomadeMinerales,VolIII,pginas25-68,EdicionesUniversidadCatlicadeChile,SantiagodeChile,2005
[4]M.Cerda.,DesarrollodeaplicacionesdeTRIZenlaminera.SeminarioProcesosProductivos.Santiago,Chile,2007.
[5]P.Sariego,C.Troncosoetall.,LaInnovacindeProductoUtilizandolaTeoradeResolucindeProblemasTRIZ.AlcancesyAplicacionesenChile.CongresoNacionaldeIngenierosMecnicos.UniversidaddeTalca,Curic-Chile,2006.