Kehityslait

Päivitetty viimeksi 19 elokuuta 1997

Arkisto
Edellinen osa: Tiedon käyttö
Seuraava osa: Standardiratkaisut
TRIZ-sivulle (kotisivulle)

Sisältö

• Kehityslain käsite
  • Kehityksen säännönmukaisuus
  • Oikotie
• Miten hyödyntää kehityslakeja?
• Yleispäteviä lakeja
  • Yleiset säännönmukaisuudet
  • Kehityksen spiraali
  • Ideaalisuuden kasvun laki
  • Trendi mono-bi-poly
• Tilastollisia trendejä
  • Trendien järjestelmästä
  • Supistumistrendi
  • Siirtyminen mikrotasolle
  • Dynamisointi
  • Koordinointi
  • Vuorovaikutusten kasvu
  • Energiajohtavuus
  • S-käyrä
• Trendien tutkimus tietokoneella
• Esimerkkejä
  • Polkupyörän kehitystrendejä
  • Kiinnitintehtävä
  • Paperin kehityksestä
• Harjoituksia
• Ideoiden vahvistaminen kahden plussan matriisilla
• Lisätietoja
  • TRIZ-sivu
  • TRIZ-journalin artikkeleita
  • Kirjoja ja videoita

Kehityslain käsite

Oikotie. Säännönmukaisuuksien avulla voimme ennakoida ratkaisua ja
ideaalisysteemin piirteitä "suoraan":

Systeemi	Ominaisuus 1	Ominaisuus 2
Lähtö- systeemi	+	-
... ...	-	+
Ideaali- systeemi	+	+

Miten hyödyntää kehityslakeja?

1. Voimme valita oikeita ongelmia. Yksinkertaistaako ratkaisu toteutuessaan systeemiä
   verrattuna funktioihin ja ominaisuuksiin? Hyödynnetäänkö vaihtoehtoisten systeemien
   ominaisuuksia? Käytetäänkö vanhoja tekniikoita uuden ratkaisun saavuttamiseksi? Jos ongel-
   ma ratkeaa, täyttääkö ratkaisu toteutuessaan ideaaliratkaisun vaatimukset?
2. Voimme vähentää riskejä. Projektit, jotka eivät tähtää ideaaliratkaisuun, voidaan
   hylätä, ja tappioita pienentää
3. Voimme havaita heikkoja signaaleja. Trendit auttavat havaitsemaan uusia mahdolli-
   suuksia, samoin kuin uusia konflikteja ja ongelmia, hyvin varhain.
4. Voimme aloittaa uuden tuotesukupolven kehittämisen ennen kilpailijoita. Koska
   havaitsemme heikot signaalit, voimme aloittaa hyvät projektit ajoissa.
5. Voimme parantaa investointipäätöksiä. Trendit auttavat valitsemaan lupaavia
   projekteja ja siten sijoittamaan rahaa tehokkaammin.
6. Voimme löytää näkymättömiä asiakastarpeita. Usein asiakkaat eivät pysty ilmaisemaan
   tulevia tarpeitaan. Trendit auttavat tunnistamaan uusia tarpeita.
   
7. Ennakoimalla tarpeita trendit mahdollistavat asiakaslähtöisen laadun luomisen.
   
8. Voimme löytää uusia ongelmia. Trendit näyttävät, mitä ongelmia voi syntyä
9. Voimme koota ja luoda tietoa tehokkaasti. Trendit auttavat valikoiman ja luokitte-
   lemaan informaatiota.
10. Voimme ennustaa teknisiä muutoksia luotettavammin kehityslakien avulla

Yleispäteviä lakeja

Kehityksen spiraali
Kehityslinja: Ristiriita - ideaaliratkaisu - ristiriita - ideaaliratkaisu - jne.
Miinus - plus - miinus - plus - jne.
Laajeneminen - supistuminen - laajeneminen - supistuminen - jne.

Esimerkiksi polkupyörän historia:
Ratkaisu v. 1791: hevosen muotoinen runko ja kaksi pyörää
Uusi ristiriita: voit kulkea istumalla puuhevosen selässä, mutta miten ohjata kulkuneuvoa?
Uusi ratkaisu: kääntyvä etupyörä (Karl v. Drais v. 1817)
Uusi ristiriita: voit kyllä ohjata, mutta potkimalla saa huonosti vauhtia
Uusi ratkaisu: polkimet v. 1861 (Pierre Michaux), "luunmurskaaja"
Uusi ristiriita: vauhdin lisäämiseksi on suurennettava pyörää ("Ordinary"
eli "tavallinen pyörä" syntyy), mutta suuri pyörä on epämukava
Uusi ratkaisu: ketjuvälitys takapyörään v. 1885 (John Kemp Starley)
Uusi ristiriita: vauhtia tulee lisää, mutta tulee myös lisää iskuja ja tärinää
Uusi ratkaisu: ilmakumirenkaat v. 1888 (Dunlop)
Uusi ristiriita: polkimet pyörivät silloinkin, kun ei tarvitse
Uusi ratkaisu: vapaanapa v. 1894
Uusi ristiriita: pyörä ei kestänyt ajamista maastossa
Uusi ratkaisu: maastopyörä 1970-luvulla
Jne.

Ideaalisuuden kasvun laki
Ideaalisysteemien "lajeja": Ideaalikone. Ideaaliprosessi. Ideaalimateriaali. Supistamalla yksin-
kertaistettu systeemi.

Esimerkiksi polkupyörän historia:

Ominaisuuksien parantuminen suhteessa painoon ja mittoihin.
Kokometallinen pyörä 1870-luvulla painoi noin 25 kg. Komposiitteja käyttäen
rakennettu pyörä 1990-luvulla painoi noin 12 kg. Samalla ominaisuudet ovat
lisääntyneet ja parantuneet.

Trendi mono-bi-poly
Vaihtoehtoisten systeemien peräkkäinen kombinointi
Systeemeillä, jotka kombinoituvat, tarkoitamme paitsi laitteita ja prosesseja,
myös ongelmia, ideoita, ratkaisuja jne. Ennenkaikkea tarkoitamme ominaisuuksia.

Esimerkiksi polkupyörän historia:

Syntyessään polkupyörä yhdisti kaksi tunnettua matkustustapaa: ratsastuksen ja kävelemisen.
Ensimmäinen polkupyörä oli puuhevonen, johon oli kiinnitetty kaksi pyörää. Pyöräilijä
istui pyörän päällä, kuten ratsastaja, ja potki jaloillaan maasta vauhtia, kuten jalankulkija.
Karl Drais poisti puuhevosen pään ja pani tilalle kääntyvän etupyörän. Näin pyöräilijä
saattoi kääntää pyörää samaan tapaan kuin ratsastaja hevosta. Kun polkimet keksittiin,
pyöräilija saattoi irrottaa jalat maasta. Kun keksittiin ketjuveto, hän saattoi jo istua pyörän
satulassa yhtä mukavasti kuin ratsastaja hevosen selässä. Maastopyörän kehittäminen 1970-
luvulla antoi pyörälle vielä yhden hevosen ominaisuuksista: kyvyn liikkua teiden ulkopuolella.

Perusajatukseltaan polkupyörä on siis bisysteemi, joka yhdistää ratsastuksen ja kävelemisen
plussat tai hyvät OMINAISUUDET. Nykyään emme tavallisesti ajattele ratsua polkupyörän
yhtenä prototyyppinä, mutta 1800-luvulla ihmiset useinkin vertasivat pyörää hevoseen. Polku-
pyörä oli "koko ajan satuloitu hevonen, joka ei syö mitään".

Jos polkupyörän lähtökonsepti on bisysteemi, niin kehittynyt pyörä on polysysteemi, joka
yhdistää monia ominaisuuksia ja tekniikoita:
- Pinnapyörä, jonka Edward Cowper patentoi v. 1868, mutta jonka George Cailey oli
suunnitellut lentokonetta varten jo vuonna 1808
- Ketjuvälitys
- Ilmarengas, jonka John Dunlop patentoi v. 1888, mutta joita R. W. Thompson oli
käyttänyt hevosvetoisissa vaunuissa jo 1846
- Lamput, matkamittarit, kellot jne.
- Viime vuosina elektroniikka, kuten erilaiset mittarit ja mikrosirut varastettujen pyörien
tunnistamista varten

Esimerkiksi elektroniikan kehitys:
- Monosysteemi: seostettu puolijohde (p tai n)
- Bisysteemi: kaksi puolijohdetta - diodi (pn-rajakerros)
- Bisysteemi: kaksi diodia - transistori (pnp tai npn)
- Polysysteemi: paljon transistoreita, esim. 5 miljoonaa
- Polysysteemi: Elektroniikan sulauttaminen kaikkiin mahdollisiin laitteisiin ja koneisiin,
mekatroniikka

Monet systeemit tekniikan ulkopuolella ovat polysysteemejä:
- Markkinointikeinojen kokonaisuus
- Yrityksen laatukulttuuri
- Yrityksen ydinosaaminen
- Monen yrityksen klusteri tai ryväs

Toimintajärjestelmissä tai organisaatioiden polysysteemeissä näkyy usein hyvin selvästi, että
erilliset osat ovat heikkoja tai jopa täysin arvottomia, mutta yhdistelmä tuottaa ylivoimaisen
laadun.

Tilastollisia trendejä

Tilastollisiksi trendeiksi voimme nimittää tendenssejä, jotka näkyvät, kun tutkimme suuren
määrän innovaatioita. Esimerkiksi on havaittu, että monoliittinen kappale muuttuu kehit-
tyessään usein ontoksi ja sitten huokoiseksi. Trendi ei välttämättä merkitse, että jos meillä
on kiinteä kappale, niin seuraava kehitysvaihe on aina ontto rakenne. Mutta tilastolliset
trendit antavat mielenkiintoisia olettamuksia.

Eri lähteissä kehityslait on esitetty hieman eri tavalla. Tämä esitys perustuu pääasiassa
IMLab - ohjelmistoon sekä Altshullerin, Salamatovin, Linden ym. julkaisuihin.

Supistumistrendi
Kehityslinja:
Systeemi muuttuu "suppeammaksi" siten, että sama funktio toteutuu pienemmällä
määrällä osia tai prosesseja.

Esimerkkejä, polkupyörän historia:
Pinnapyörä - pyörä, jossa on vain muutama "pinna" - "yksipinnainen" eli kiekkopyörä.
Useista putkista koottu runko - yksiosainen runko (monocoque).

Siirtyminen mikrotasolle (systeemin "mureneminen")
Kehityslinjoja (IMLab - ohjelman mukaan):
Kiinteä aine - jauhe -neste - kaasu - kenttä.
Tyhjän tilan käyttö:
Monoliittinen kappale - ontelo - monta onteloa -huokoinen systeemi - dynaamiset huokoset.
Monoliittinen kappale - levypakka/harja - variseva aine -
- neste/vaahto - kaasu - tyhjö/kenttä.

Esimerkkejä polkupyörän historiasta:
Mekaanisista hydraulisiin jarruihin
Kumirenkaan kehitys: täyskumi - huokoinen kumi - ilmakumirengas

Esimerkiksi pintojen puhdistaminen:
Kiinteä kappale (harjat, kuulat) - neste (vesi) - kiintoaine/kaasu (hiilidioksidi) -
kenttä (ääni/ultraääni, mikroaallot)

Elektroniikan kehitys: suurikokoisesta yksittäisestä transistorista piireihin, joissa
on miljoonia pieniä transistoreita

Aineesta kenttään: Tavallinen juna - ilmatyynyjuna - magneettijuna
Mekaaninen nostin - "pneumaattinen" (imukupit) - magneettinostin
Transistorin kehitys: bipolaaritransistorista kenttätransistoriin

Dynamisointi
Kehityslinja (IMLab):
jäykkä systeemi - yksi nivel - monta niveltä - elastinen systeemi - neste/kaasu - kentät
Yleisesti: systeemin kyky muuttaa ominaisuuksiaan

Esimerkkejä polkupyörän historiasta: renkaat, jousitus, pinnapyörä, joka myös toimii
jousena ja iskunvaimentimena
Muita esimerkkejä: turvatyyny autossa, sään ja liikenteen mukaan muuttuvat liikenne-
merkit

Koordinointi
Kehityslinjat:
Muoto ja materiaali
Rytmi (IMLab): Ei värähtelyä - värähtely - resonanssi - värähtelyjen koordinointi -
- seisovat/juoksevat aallot

Esimerkkejä:
Käsi ja sakset (Fiskarsin Classic)
Äänenvaimennus: vastamelu
Koordinointi ajassa ja paikassa:
Polkupyörä sähköapumoottorilla on kiinnostava, koska lisävoimma on saatavissa kiihdy-
tysten ja nousujen ajaksi.

Vuorovaikutusten kasvu
Kehityslinjat (IMLab):
Vuorovaikutus - lisäaine - resurssiaineen käyttö - koordinointi ajassa/avaruudessa -
- supistettu systeemi
Lisäykset systeemiin:
Lisäys kohteen sisään - kohteiden välille - ulkopuolelle - ympäristöön

Esimerkki lisäyksestä:
Terveellisempi suola: lisäämällä kaliumkloridia ja magnesiumsulfaattia tavalliseen
suolaan (NaCl) terveyshaittoja voidaan pienentää ja maku säilyttää

Esimerkki resurssiaineen käytöstä:
Pesutehon lisäämiseksi veteen lisätään tavallisesti pesuainetta. Höyrypesurissa lisä-
ainetta ei tarvita, vaan vesi itse toimii myös pesuaineena

Energiajohtavuus
Kehityslinja:
Kehittyessään systeemi "läpäisee" energiaa yhä paremmin.

Polkupyörän historia: painon pienentämisen, ketjuvälityksen ja muiden parannusten
ansiosta lihasenergia on tehokkaammin muutettavissa liike-energiaksi.

Toinen esimerkki: Tyypillinen energian konversioketju on muuttaa ensin polttoaine lämmöksi,
sitten höyryksi, sitten mekaaniseksi energiaksi ja lopulta sähköenergiaksi. Uudet energiatek-
niikat lyhentävät ketjua. Esimerkiksi lämmön muuttaminen suoraan sähköksi. Anders
Killander ehdottaa erään lämpösähköilmiön, Seebeckin ilmiön, käyttämistä pienen
pienen sähkötehon tuottamiseen puulämmitteisen uunin lämmöstä.
Ks. A. Killander. Generating Electricity for Families in Northern Sweden,
TRIZ Journal, January 1997

S-käyrä.
Systeemin ominaisuudet muuttuvat ajassa S:n muotoisen kehityskäyrän mukaan.
Käyrän muodon ennustaminen etukäteen on mahdotonta, mutta on hyödyllistä arvioida,
missä käyrän kohdassa me nyt olemme ja miten käyrä voisi kehittyä tulevaisuudessa.

Kehityskäyriä polkupyörän historiassa:
- "Draisienne"
- Polkimet lisätään
- Ordinary suurine pyörineen
- Safety, jossa on ketjuvälitys takapyörään
- Viimeinen suuri aalto: maastopyörä
- Pyörän koon kasvu 1800-luvulla ennen ketjuvälitystä
- Materiaalit : teräs, alumiini, komposiitit

Trendien tutkimus tietokoneella

- IMC on juuri julkistanut uuden ohjelmiston TechOptimizer 2.5 Professional Edition,
jonka avulla on mahdollista tutkia 20 kehityslakia, ks.
Invention Machine Corporation

Esimerkkejä kehityslakien soveltamisesta

Yritämme visioida polkupyörän tulevaisuutta. Kehityksen spiraaleja:
Pyörän halkaisija. Ketjuvälityksen keksiminen viime vuosisadalla pienensi
pyörän nykyiseen kokoon. Voimme ennakoida seuraavan kehityssyklin: ehkä sähköinen
voimansiirto sallii pyörän pienentämisen edelleen. Uusi kysymys: sähköisen voiman-
siirron hyötysuhde? Laitteiden paino?
Katetty pyörä suojaa sateelta. Uusi ongelma: purjevaikutus. Uusi ratkaisu: painopiste
alas

Ideaalisuuden kasvu. Voimme ennustaa aerodynamiikan paranevan. Katettu nojapyörä
pyörä voi vähentää ilmanvastusta 70 prosentilla standardipyörään verrattuna. Vrt. auto.
Aerodynaamisesti tavallinen pyörä on vielä samalla tasolla kuin auto vuosisadan alussa.

Mahdollisia bisysteemejä eli ominaisuuksien yhdistelmiä:

- Timanttirungon JA monocoque-rungon ominaisuudet
- Tavallisen eli pystypyörän JA nojapyörän ominaisuudet
- Ketjuvedon JA hihnavedon ominaisuudet

Mono-bi-poly. Mopojen ja moottoripyörien ominaisuuksien siirtyminen polkupyörille.
Pienoisautojen ja polkupyörien ominaisuuksien yhdistyminen. Polkupyörän kehitykseen liittyvät
parannukset ympäristössä. Esimerkiksi katetut pyörätiet - putket pyöräilijöitä varten.

Ratkaisujen polysysteemi. Tulevaisuuden pyörä voi koostua tämän päivän tekniikoista,
tai tarkemmin sanottuna vanhan tekniikan piirteistä. Esimerkiksi:
- Yksiosainen eli monocoque - runko (Lotus)
- Pienet pyörät (Alex Moulton)
- Sähkömoottori kiihdytyksiä ja ylämäkiä varten (esim. Yamaha)
- Hihnaveto ja automaattivaihteisto (esim. Spinenergy)
- Jne.

Systeemin supistuminen. Ketjun supistaminen yhteen osaan. Pinnojen supistaminen yhteen
osaan. Voimansiirron supistaminen.

Siirtyminen mikrotasolle. Ketju. Laakerit. Voimme odottaa mikrotason ratkaisuja

Dynamisoituminen. Kokoontaitettavat pyörät paranevat ja yleistyvät. Tietokoneiden käyttö:
Elektroniikka tekee jo mahdolliseksi automaattisen vaihteenvalinnan riippuen pyörän,
nopeudesta, polkimien kiertonopeudesta ja pyöräilijän pulssista. Mieti, mihin suuntaan
kehitys voi kulkea tulevaisuudessa!

Koordinointi. Pyörä mukautuu paremmin pyöräilijään. Muoto, rakenne, optimaalinen rasitus.

Ideaalisuuden kasvu. Painon väheneminen suhteessa lujuuteen, turvallisuuteen ja muihin ominai-
suuksiin. Voiteluaineet: ideaalinen voiteluaine on voiteluaine, jota ei tarvita.

Kiinnitintehtävä.Tarkastelemme "kiinnitintehtävää" kehityslakien avulla.
Mono-bi-poly: Ominaisuuksien siirto erilaisista kiinnittimistä yksinkertaiselle lähtösysteemille.
Siirtyminen mikrotasolle: harjanmuotoiset rakenteet. Kaasumainen rakenne: imu. Sähkökenttä.

Paperin kehityksestä. Vuorovaikutusten kasvu. Sähköiset ja magneettiset lisäaineet.

Harjoituksia

Harjoitus 1. Tutki kehityksen spiraalia omassa systeemissäsi.

Harjoitus 2. Sovella ideaalisuuden kasvun lakia omaan systeemiisi.

Harjoitus 3. Sovella trendiä mono-bi-poly omaan systeemiisi. Voitko löytää
analogisen trendin?

Harjoitus 4. Jos Sinulla on käytettävissä tietokoneohjelma IMLab tai TechOptimizer Pro,
sovella ohjelman avulla trendiä mono-bi-poly omaan systeemiin (trend mono-bi-poly, Prediction
Tree: Multiplied interactions)

Harjoitus 5. Sovella supistumistendenssiä omaan systeemiisi. Voitko löytää
analogisen trendin?

Harjoitus 6. Jos Sinulla on käytettävissä tietokoneohjelma IMLab tai TechOptimizer Pro,
sovella ohjelman avulla supistumistendenssiä omaan systeemiin (Prediction Tree: Trimming,
TechOptimizerissa myös Trimming trend)

Harjoitus 7. Sovella "murenemistendenssejä" omaan systeemiisi. Voitko
löytää analogisia kehityslinjoja?

Harjoitus 8. Jos Sinulla on käytettävissä tietokoneohjelma IMLab tai TechOptimizer Pro,
sovella ohjelman avulla murenemistendenssiä omaan systeemiin (Segmentation trend, Prediction
Tree: Boosting, Segmenting

Harjoitus 9. Tutki systeemin dynamisoitumista. Voitko
löytää analogisen trendin?

Harjoitus 10. Jos Sinulla on käytettävissä tietokoneohjelma IMLab tai TechOptimizer Pro,
sovella ohjelman avulla dynamisoitumistendenssiä omaan systeemiin (Dynamization trend,
Prediction Tree: Boosting, Dynamization

Harjoitus 11. Tutki systeemin koordinoitumista. Voitko
löytää analogisen trendin?

Harjoitus 12. Jos Sinulla on käytettävissä tietokoneohjelma IMLab tai TechOptimizer Pro,
sovella ohjelman avulla koordinoitumistrendiä omaan systeemiin (Rhythm Coordination trend,
Prediction Tree: Boosting, Coordination)

Harjoitus 13. Tarkenna ideaaliratkaisun muotoilua trendien avulla.

Harjoitus 14. Tarkastele kustannuksia ja kilpailuetuja:
- Miten oman systeemisi kehitystrendit vaikuttavat kustannuksiin? Mitä säästöjä
on saavutettavissa? Kuinka paljon parannukset saavat maksaa?
- Mitä laatu- ja kilpailuetuja trendit antavat?

Ideoiden vahvistaminen kahden plussan matriisilla

Systeemi	Yhteen- sopivuus	Osien määrä
Ketju	+	-
Hihna	-	+
"Hihnaketju"	+	+

Lisätietoja

TRIZ-sivu.