Créativité Résolution de problèmes inventifs TRIZ Yvon LE MEUR Professeur de Génie Industriel...

Créativité

Résolution de problèmes inventifs

TRIZ

Yvon LE MEUR

Professeur de Génie Industriel

ENSAM Angers

Importance de la maîtrise du cycle d'innovation

To TP

Tb TfCas

h flo

w

Tr

Ts PM Te

Temps

profitnet

CYCLE D'INNOVATION

To Opportunité

TP Opportunité perçue

Tb Lancement du projetTf La définition est figée

Tr Première production

Ts Premières livraisons

PM Point mortTe Fin du projet

tiré de "Accelerated Innovation" by Marvin Patterson

Années 70/90 : Focalisation sur la trilogie :

QUALITE/COÛT/DELAI

Aujourd'hui :

QUALITE/COÛT/DELAI/INNOVATION

Innovation ?

Découverte ?

Invention ?

IL FAUT INNOVER !

COMMENT ?

Comment stimuler la capacité d'innovation des techniciens, ingénieurs et cadres?

TRIZTeoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch

Théorie de la Résolution des Problèmes Inventifs

Autres sigles :

- T.I.P.S. (Theory of Inventive Problem Solving)

- T.R.P.I. (Théorie de la Résolution des ProblèmesInventifs)

- I.TRIZ - S.I.T. – U.S.I.T. – A.S.I.T. – W.O.I.S

Plan de l'exposé• 1 - Origines de TRIZ• 2 - Le corpus de connaissances• 3 - Positionnement • 4 - Le problème inventif• 5 - Présentation de bases de données• 6 - Approches méthodologiques• 7 - Le logiciel IWB• 8 - Exemples industriels• 9 - Les lois d’évolution• 10 - Conclusions

1 Les origines de TRIZ

« TRIZ »Un corpus de

connaissances dédié à la créativité

« TRIZ »Un corpus de

connaissances dédié à la créativité

Le fondateur :Genrich ALTSHULLER

(1926-1998)• né dans l'ex URSS

• autodidacte

• auteur de science fiction sous le nom de G. ALTOV

• débute sa réflexion sur TRIZ en 1946

• de 1946 à 1985, élabore TRIZ:

- un corpus de connaissances

- des méthodologies structurées

- un autre état d'esprit pour la résolution de problèmes

© ENSAM 2001

Contexte culturel : matérialisme dialectique

Demandes des inventeurs

Intuitions d’ALTSHULLER

Analyse des brevets Histoire des sciences et techniques

Théorie « TRIZ »

Mécanismes d’invention et lois d’évolution des systèmes techniques

Evolution de TRIZG. Altshuller

et collaborateurs"TRIZ classique"

Israël

SIT

USIT

Consultantsaméricains

IMIdeation

Kishinev

SéparationOccidentalisation

recherche de l'efficacitéfidélité à l'esprit

Fidélité à la forme« messianisme »

Consultants ex "russes" Ex URSS

?

Minsk

USA ex URSS

Finlande Suède

Australie

Israël

Pol

(RDA)

Hollande

FranceGB

JaponCorée

RFA

Italie Espagne

immigration

diffusion

Taiwan

Belgique

© ENSAM 2001

Théorie TRIZ

Corpus de connaissances

- prémisses

- concepts

- postulats

- résultats

SIT USIT (Ford)

Triz « classique »

Approches manuelles

contradictions - principes

vepoles - ARIZ ..

<1985

~1970

Approches occidentalisées

- Invention machine

- Ideation

- Autres

Cible :

- ingénieurs soviétiques

- culture dialectique

- créativité bridée

- sans informatique

- efficience faible

Cible :

- ingénieurs occidentaux

- complémentarité avec l ’existant

- « A.O. » - appropriation rapide

>1990

© ENSAM 2001

Pic des attentes surestimées

Dépression de la désillusion

E

t

Plateau de la productivité

© ENSAM 2001

« Dans la Silicon Valley, la plupart des idées prennent

vingt ans à devenir des succès immédiats ! »

Paul SAFFO - Institute for the future

2 – Le corpus deconnaissances

Les champs d’application

A - La résolution de problèmes :

TRIZ méthode de créativité :

« super » brainstorming !

Logiciels : Improver – IWB – Knowledge WizzardCreatriz – TRIZsolver….

1.Pb ?

2.R Idée

3.Act

4.TrSit 1 Sit 2

Conseil

1.Pb ?

2.R Idée

3.Act

4.TrSit 1 Sit 2

TRIZ

BS 1

BS 2

idées concepts

conceptssuggestions

problème

problème idées

TRIZ

Brainstorming classique

TRIZ

Idées

Peuvent être abstraites , floues, partielles , sans recherche de faisabilité

ressources pour des concepts

Concepts

cohérents . maquettables validables . prototypables

évaluables

concrétisation

Solutions immédiates

pertinentes

Choix

Solutions potentielles

Cibles de R&D et de veille+

Construction

Créativité Conception

Idées

Peuvent être abstraites , floues, partielles , sans recherche de faisabilité

ressources pour des concepts

Concepts

cohérents . maquettables validables . prototypables

évaluables

concrétisation

Solutions immédiates

pertinentes

Choix

Solutions potentielles

Cibles de R&D et de veille+

Construction

Créativité ConceptionTRIZTRIZ

Point de départ Date butoir

Ensemble exhaustifdes solutions

Point de décisionpertinente

Nombre mini desolutions pourune décision

pertinente

Nombre de

solutions

Temps

TR

IZ

Méthodes conventionnelles

Apports de TRIZ

Point de décision forcée

B - Analyse de défaillances

• Principe : analyse "subversive" : le saboteur

• Méthodes classiques : Quoi ? Pourquoi ?

• TRIZ : Comment ?

Logiciels : AFD – FA Failure analysis

AFD – FP Failure prediction

C - Prospective technologique("évolution dirigée")

Approche systématique permettant de déterminer un ensemble de scénarios possibles d'évolution de :

- produits/services/procédés - technologies- marchés - organisations ….

Logiciels en cours de développement

Les "lois" d'évolution des produits :

Hypothèse d'Altschuller :

Les systèmes techniques n'évoluent pas au hasard, mais suivant des lois d'évolution

8 lois (tendances)Rem : dans la littérature sur TRIZ, on en trouve de

nombreuses variantes se déclinant elles-mêmes en de nombreuses lignes d'évolution.

Retour d’expérience

Cas industriels

Introduction en France : 1997

Aujourd’hui :

en phase de découverte - validation :

Plus une centaine d ’entreprises, dont la plupart des grands groupes industriels

en phase d ’appropriation : une quarantaine d ’entreprises dont PSA , Legrand , MGI-Couttier, Bourjois Chanel,Valeo, Michelin, Altran,…

PSA – Plateau Créativité Innovation

Sujet : Processus de Cataphorèse

Actions : 3 groupes :

- TRIZ classique (37 idées)

- TechOptimizer (25 idées)

- IWB (35 idées)

Schéma : ½ journée avec le poseur de problème

1 à 3 jours de travail du groupe (2ou3 personnes)

½ journée de restitution

Au total 50 idées, dont 29 retenues par

les spécialistes

19 BREVETS

GOMMA (Rennes)

Caoutchoutier automobile

Rotule de suspension

Contradiction :- souple pour absorber bruits

et cahots de la route

- rigide en courbe

Solution IWB : employer des fluides magnéto-rhéologiques

(brevet déposé)

« potentiel d’un brevet par mois »

TOSHIBA TEIS (Dieppe)

Photocopieurs et toner

1ère cible : alimentation papierObjectif :

Réduction de coût de 25 %

Doc TOSHIBA TEC Corporation

La démarche de TEIS• participation à une présentation Ideation-

TRIZ (fin mai 1999)

• formation par Internet à IWB2.2 (juin)

• résolution du problème (du 21 juin au 6 juillet)

• définition des plans et pièces (du 7 au 13 juillet)

• fabrication du proto (du 19 au 26 juillet)

• test du proto fonctionnel (fin juillet 1999)


Une séance de travail :• salle de réunion (on sort du cadre de travail)• ordinateur portable + videoprojecteur• 2 heures MAXI• 2 à 3 personnes• définition des objectifs • mise à jour du rapport en temps réel• relecture et synthèse (J+1), avant une nouvelle séance


Résultat : gain de 22 % (sur la base du prototype fonctionnel)


Boundary layerimpacted

NOZZLE

MATERIALFEED

Mixture air/particlesevacuated

Boundary layerdeflected

Boundary layerimpacted

Jet mixtureAir/particles

2ème cible : production de toner

Objectifs:

• Gagner deux heures par opération de maintenance

• Diviser le prix de la pièce par deux

• Supprimer les risques de détérioration en maintenance

• RESULTAT = coût de la pièce

passant de 25 kF à 2,5 kF

• efficacité de l’opération accrue

de 10 %

• temps de maintenance divisé

par 2

Problèmes traités - Produit (1)

• Concepteur de circuits intégrés : réalisation d’une nouvelle fonction au sein d’une puce (2 demandes de brevets).

ST Microelectronics

• Secteur aéronautique : réduction de 20% du coût d’un moteur (19 demandes de brevet). Snecma

• Secteur de l’agro-alimentaire : élimination d’un défaut rédhibitoire (moyen terme). Barangé

• Secteur cosmétique : nouveau type de conditionnement pour produit cosmétique. Bourjois/Chanel

Problèmes traités – Process, logistique(2)

• Traitement de surface de polymères pour le flaconnage de luxe : amélioration du procédé de vernissage (moyen terme). Solev

• Sous-traitance automobile : division par 10 du taux de rebut sur une ligne de soudure. Valeo

• Plasturgiste : mise au point d’un nouveau procédé de soudure de pièces en nylon. Solvay

• Sous-traitance automobile : augmentation de la productivité (pièces injectées) permettant de conserver l’activité en France et optimisation de la logistique interne de l’entreprise. Tetras

3 Positionnement

par rapport aux autres méthodes

LE CERVEAU fonctionnement des DEUX hémisphères

Hémisphère gauche Hémisphère droit

CORTEX GAUCHELogique

AnalytiqueMatheux

TechniqueSéquentiel

CORTEX DROITIntuitif, Imaginé,

visionnaireSynthétiqueArtistiqueEsthétique

Global

LIMBIQUE GAUCHEContrôléPlanifiantOrganisé

AdministratifCritique

LIMBIQUE DROITExpansif

RelationnelSpontané

Non verbalChaleureux

Les deux cerveaux

Hémisphère gauche Hémisphère droitAnalyse raisonnement séquentialité logique

Synthèse intuition globalité simultanéité analogie

L’enseignement :

Deux mondes, deux états d’esprit différents !

Cycle opérationnel Cycle d’innovation

Hémisphère gaucheAnalyse raisonnement séquentialité logique

Hémisphère gaucheAnalyse raisonnement séquentialité logique

Hémisphère droitSynthèse intuition globalité

simultanéité analogie

Analyse de situationPoser le problème Construction

Conception préliminaireCréativité

Problèmessecondaires

« TRIZ » Une démarche de type« cerveau gauche » à

finalité « cerveau droit »= continuité

méthodologique

« TRIZ » Une démarche de type« cerveau gauche » à

finalité « cerveau droit »= continuité

méthodologique

Pb ?

R Idée

Act.

Tr.Sit 1 Sit 2

stimulants méthodes structurantes

Freins

Les freins

Le vecteur d'inertie psychologique

ThermoThermo

Chimie ElectricitéElectricité

Pb

S

Mécanique

Les « œillères » de l’expert !

Peut être individuel ou collectif

Les phrases "créaticides"

- Cela ne marchera pas - On n'est pas équipé pour- Ce n'est pas sérieux - Formons un comité- Il n'en sortira rien - Ce n'est pas brevetable- N'allons pas trop vite - Ce n'est pas convaincant- Les clients ne l'accepteront pas - Attendons voir - Ca ne colle pas avec notre image - Ca ne se fait pas - Trop difficile à vendre - Dupont sera contre- Cela donnerait trop de travail - C'est trop simple- Vous ne ferez jamais accepter cela à la direction- Ils penseront que nous sommes farfelus ……

Le frein sémantique:très souvent : un vocabulaire précis sera trop restrictif

Exemple de dialogue :

A: " je cherche un truc qui protège le moteur"

B: " Monsieur, un truc qui protège un moteur, comme vous dites, s'appelle un capot"

Conséquence:

On ira chercher un solution dans l'ensemble des capots et non dans l'ensemble plus général des "trucs qui protègent.."

Une solution :l'abstraction

en mathématiques

"x" "inconnue" dématérialisée

en TRIZ"chose" "substance" "champ"

"truc" "machin"...pour s'extraire de toute référence

à une solution

?

?

« Out of the box »« Out of the box »

Organisation de la créativité par des méthodes de type "MILES"

Méthodes dites « rationnelles » « cerveau gauche »

• Objectif :

Structurer les connaissances pour organiser le processus créateur

• Principales approches :

- Analyse de la valeur (L.D. Miles)

- Analyse morphologique (F. Zwicky)

- Quality Function Deployment (Y. Akao)

- Matrices de découverte (A. Moles)

- Six Sigma….

étape 1 : orientation de l'action

étape 2 : recherche de l'information

étape 3 : analyse des fonctions et des coûts

étape 4 : recherche des idées

étape 5 : étude et évaluation des solutions

étape 6 : bilan et décision

étape 7 : exécution

Etapes de l'A.V.

?Point faible

Stimulation de la créativité par des méthodes de type "OSBORN"

Méthodes dites « non rationnelles » « cerveau droit »

• Objectif :

Réduire l'inertie psychologique - stimuler la motivation - utiliser le potentiel multiplicateur du travail en groupe

• Principales approches :

- Brainstorming (A.F. Osborn)

- Synectique (W. Gordon)

- Pensée latérale (E. DeBono)........

Quelques suggestions de la démarche synectique

Extraire – Ajouter – Transférer – Pratiquer l’empathie - Superposer – Changer d’échelle Substituer – Isoler - Fragmenter – Déguiser Contredire – Parodier – Parasiter - Falsifier

Rechercher des analogies – Mythifier Symboliser - Approche « surréaliste » - Répéter

Combiner … (dans le désordre !)

Essayez de:

4 - La résolution de problèmes inventifs

1ère partie: principes

Trois composantes d’un problème :

Trois composantes d’un problème :

1 -Questions d’inventaire Produit/Marché:1 -Questions d’inventaire Produit/Marché:

Portent sur la cible:

Délimiter la cible : dans l’espace, dans le temps, par extension…

Dynamique : acteurs, fonctions, relations…

Portent sur la cible:

Délimiter la cible : dans l’espace, dans le temps, par extension…

Dynamique : acteurs, fonctions, relations…

(Analyse de la situation)(Analyse de la situation)

2 -Questions d’évaluation :2 -Questions d’évaluation :

Supposent des critères de valeur

Expression d’une insatisfaction,d’attentes

Définition des objectifs

Supposent des critères de valeur

Expression d’une insatisfaction,d’attentes

Définition des objectifs

3 – Enjeux:

Quel intérêt ? Quels enjeux technologiques ?Quels enjeux économiques ?

Expression d’un marchéConditionne la motivation

3 – Enjeux:

Quel intérêt ? Quels enjeux technologiques ?Quels enjeux économiques ?

Expression d’un marchéConditionne la motivation

Poser le Pb ?

Raisonnement Idée

Action

Transformation

Situation 1

Situation 2

Conception de la solution

Construction de la solution

Problèmes « routiniers »

Il existe au moins un méthode connue pour essayer de résoudre

le problème

Objectif : un résultat qualitatif et quantitatif

Exemple : dimensionner un réacteur pour la réaction X

Problèmes « inventifs »

Il n’existe pas de méthode connue pour résoudre le problème dans notre champ

de compétences

Objectif créativité : générer des idées

Exemple : contourner un brevet

Résolution par modélisation :

Modèle :équations

Solution du

modèle

Monproblème

Masolution

Modélisation

Résolution

Concrétisationparticularisation

Abstractiongénéralisation

(souvent AO)

Raisonnement par analogie :

« Structure »de départ

« Structure »analogue

Structure plus abstraite1ère phase

d’abstraction:généralisation

2ème phase d’abstraction:

particularisation

f(x) = 0 x = f-1(o)

ax²+bx+c = 0 -b± b2-4ac

2a

2x²+x-6 = 0x1 = + 3/2

x2 = -2

Résolution d'un problèmemathématique simple

x =

Conception inventive

Comment ?

- recherche d'idées- méthodes structurantes- freins- méthodes stimulantes

?Problème Solutions

Définition du "problème inventif"

Problème pour lequel on ne dispose pas de modèles dans notre champ

habituel de connaissances

Nota : dans TRIZ « classique », une deuxième condition :et qui comporte au moins une contradiction

Postulat fondamental d'Altshuller:

"Les problèmes inventifs peuvent être modélisés, codifiés, classifiés et résolus méthodiquement, au même titre que tous les autres problèmes

techniques"

TRIZ :

Trois grandes familles de modèles pour problèmes inventifs

"processeur"

Conflit contradiction interaction

Le modèle « processus/processeur »

Entrée Sortie

Ressources

Système technique

Système technique - Approche systémique

Base de données d ’effets - Identification des ressources

Le modèle CONFLIT - CONTRADICTION

La contradiction physique :

La contradiction technique :

Caractéristique A

Caractéristique B

Modalité A2 Modalité A1

Le modèle « substance-champ » ( su-field - vepole )

Modèle de base :

Substance 1 : l ’outil Substance 2 : l ’objet

Champ : (Me.Th.Ch.E.M.EM)

Exemples : liaison mécanique - réaction chimique - influence électromagnétique - effet thermique – communication - etc..

Modélisation :

Monproblème

Masolution

Modélisation

Abstractiongénéralisation

?Modèle

Poser le Pb ?

Raisonnement Idée

Action

Transformation

Situation 1

Situation 2



TRIZ

Raisonnement Idée

Situation 1

Situation 2


Action de transformation


Situation

1

Situation

2

« mécanisme de transformation »

à l’origine de l’action

de transformation

Dans TRIZ, ces mécanismes seront appelés « principes », « solutions standards » et plus

généralement « opérateurs ».

Valeur V1

Valeur V2

V2 > V1

Les mécanismes de l'invention :

Intuition fondamentale d'Altshuller :• Les inventeurs utilisent les mêmes mécanismes pour

innover, à toutes époques et indépendamment de leur domaine d'activité.

• La plupart des inventions sont obtenues avec un nombre fini de mécanismes.

• Si l'on peut, par une analyse systématique du fonds mondial des brevets, identifier ces mécanismes, il deviendra possible de les proposer pour résoudre efficacement les nouveaux problèmes.

méthodologie structurée d'aide à l'innovation

Principe N° 21 : Faire à grande vitesse

« rushing through »

Réaliser les actions difficiles, dangereuses, à grande vitesse.

Exemple 1 :

Une découpe à grande vitesse empêche la déformation de tubes en plastique fin.

Exemple 2 :

Une pomme de terre peut pourrir à cause des bactéries qu'elle contient naturellement à sa surface. La chaleur tue les bactéries; cependant trop de chaleur va cuire l'intérieur de la pomme de terre.

Comme alternative, les pommes de terre sont exposées pendant un court moment (quelques secondes) à une flamme de 500 à 850 degrés C. Ceci tue les bactéries sans affecter l'intérieur de la pomme de terre.

Lait UHT

Invention : stériliser par une "impulsion" à haute température

Mécanisme : Faire à grande vitesse

Idée

Contradiction : - chauffer « fort » pour stériliser

- ne pas chauffer « trop fort » pour

préserver les principes actifs

Illustration : la stérilisation du lait

Quoi faire à grande vitesse?

« Pampryl fraîchement pressé, développé par la société Ulti, est un jus de fruits frais stabilisé par hautes pressions.

Le traitement, aussi appelé pascalisation, effectué pendant quelques secondes à 4 000 bars, garantit le maintien des caractéristiques nutritionnelles et gustatives du produit pendant seize jours »

Emballages Magazine N° 591 Octobre 2001

Un jus de fruit stabilisé par hautes pressions

Démarche d'analyse

• Certificat d’auteur d’invention X

• Quelle invention?

• Quelles contradictions? (typologie)

• Quels paramètres en conflit? (typologie)

• Quel principe utilisé? (typologie)

Les 39 paramètres

1 - masse de l’objet mobile 14 - résistance 27 - fiabilité

2 - masse de l’objet immobile 15 - durabilité de l’o.m. 28 - précision de mesurage

3 - dimension de l’o.m. 16 - durabilité de l’o.i. 29 - précision de fabrication

4 - dimension de l’o.i. 17 - température 30 - facteurs nuisibles externes

5 - surface de l’o.m. 18 - brillance 31 - facteurs nuisibles induits

6 - surface de l’o.i. 19 - énergie dépensée par l’o.m. 32 - facilité de fabrication

7 - volume de l’o.m. 20 - énergie dépensée par l’o.i. 33 - facilité d’usage

8 - volume de l’o.i. 21 - puissance 34 - maintenabilité

9 - vitesse 22 - perte d’énergie 35 - adaptabilité

10 - force 23 - perte de substance 36 - complexité de l’objet

11 - tension, pression 24 - perte d’information 37 - complexité de pilotage

12 - forme 25 - perte de temps 38 - degré d’autonomie

13 - stabilité de l’objet 26 - quantité de substance 39 - productivité

1 - masse de l’objet mobile 14 - résistance 27 - fiabilité

2 - masse de l’objet immobile 15 - durabilité de l’o.m. 28 - précision de mesurage

3 - dimension de l’o.m. 16 - durabilité de l’o.i. 29 - précision de fabrication

4 - dimension de l’o.i. 17 - température 30 - facteurs nuisibles externes

5 - surface de l’o.m. 18 - brillance 31 - facteurs nuisibles induits

6 - surface de l’o.i. 19 - énergie dépensée par l’o.m. 32 - facilité de fabrication

7 - volume de l’o.m. 20 - énergie dépensée par l’o.i. 33 - facilité d’usage

8 - volume de l’o.i. 21 - puissance 34 - maintenabilité

9 - vitesse 22 - perte d’énergie 35 - adaptabilité

10 - force 23 - perte de substance 36 - complexité de l’objet

11 - tension, pression 24 - perte d’information 37 - complexité de pilotage

12 - forme 25 - perte de temps 38 - degré d’autonomie

13 - stabilité de l’objet 26 - quantité de substance 39 - productivité

40 principes d'innovation

1 - Segmenter2 - Extraire3 - Changer de qualité locale4 - Utiliser l'asymétrie5 - Combiner....37 - Utiliser l'expansion thermique38 - Utiliser des oxydants forts39 - Utiliser un environnement inerte40 - Utiliser des matériaux composites

1 - Segmenter2 - Extraire3 - Changer de qualité locale4 - Utiliser l'asymétrie5 - Combiner....37 - Utiliser l'expansion thermique38 - Utiliser des oxydants forts39 - Utiliser un environnement inerte40 - Utiliser des matériaux composites

Exemples de principesN° 14 :Utiliser la courbure

• Expressions clés : courbes - sphérique - rotation - curviligne

14a : remplacer des parties droites ou des surfaces planes par des courbes, des formes cubiques par des formes sphériques

14b : Utiliser des rouleaux, billes, spirales

14c : Remplacer un déplacement linéaire par une rotation, utiliser une force centrifuge

• Exemples :

- fonds bombés des réservoirs

- bille de la souris, "track-ball"

- guide à billes ...

Soient N brevets dont l'invention résout une contradiction entre les paramètres x et y

On identifie les principes utilisés et on en réalise une statistique :

P 23

P 31P 17P 5

Principes retenus

On suggèrera à l’utilisateur ayant à résoudre une contradiction de type x/y d’essayer

d’appliquer d’abord le principe 23, puis le 5, puis le 17….

Synthèse

Problèmes inventifs

Problèmes inventifs

Modèles généraux

Modèles généraux

Récurrence des mécanismes d’invention

Récurrence des mécanismes d’invention

Opérateurs types

Opérateurs types

Problèmes types

Problèmes types

Suggestionspertinentes

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