Dwie kategorie trudnych problemów – na inżynierskich przykładach

„Trudne” jest pojęciem względnym. Oto dwa zupełnie różne rodzaje trudności spotykane w problemach technicznych. Pierwszy rodzaj trudności związany jest z zaskakującym powiązaniem pomiędzy przyczyną a skutkiem, drugi dotyczy wyczerpania się możliwości danej technologii. Więcej jest tu o tym drugim, ale zacznijmy od początku.


Trudność typu 1

Trudno zdiagnozować co jest przyczyną problemu, bo pomiędzy przyczyną a skutkiem, jest bardzo nieintuicyjne połączenie.


Oto przykład technicznego problemu trudnego do zdiagnozowania, symptomy wydają się wskazywać na inne przyczyny:

Historia od  Wojciecha Gołębiowskiego:

Elektryka samochodu to jednak magia...

Zaczęło się od zepsutego migacza w tylnej lampie. Wymieniłem żarówkę, migacz zadziałał, więc wróciłem z poczuciem dobrze spełnionego obowiązku.

Następnego dnia telefon od żony: po wyciągnięciu kluczyka silnik cały czas działa! Gaśnie dopiero jak się zgasi światła!
Wiem jakie elektryka robi numery, obarczyłem winą lampę. Skoro przy niej gmerałem... Poruszałem żarówkami, wtyczką i sytuacja wróciła do normy.

Nie na długo, bo okazało się, że stop świeci się bez przerwy, a hamulec powoduje choinkę na desce...

Co się okazało? Że wymieniłem przez pomyłkę inną żarówkę. I w dodatku włożyłem jednożarnikową na miejsce dwużarnikowej, co spowodowało połączenie dwóch obwodów... Ale przez tę pomyłkę przypadkiem wymieniłem tę, która naprawdę była zepsuta (choć to migacz nie działał). Ale po włożeniu nowej dwużarnikowej na dobre miejsce stop co prawda zaczął działać jak trzeba, ale migacz znów przestał...

Nie wiem jak wpadłem na to, żeby wymienić żarówkę dwużarnikową też w drugiej lampie (bo niby działała). Pomogło. Obie te żarówki musiały uszkodzić się w taki sposób, że te dwa żarniki czasem się zwierały.


Narzędziami do radzenia sobie z tego typu trudnością jest odnalezienie przyczyn. Często używa się do tego diagramy możliwych przyczyn [Root Cause Analisys (5 Why) czy diagram rybich ości], a przede wszystkim doświadczenie ludzi, którzy z podobnie magicznymi problemami spędzili wcześniej więcej czasu.


Podobny przykład nieintuicyjnych powiązań przyczynowo skutkowych elektryki samochodowej:

- Lukasz Skrzypczak: 16 letni bolid mojej żony wywalił błąd zbyt ubogiej mieszanki. Zaopatrzony w OBD2 doszedłem, że na jednym z wykresów czujnik O2 w spalinach pokazuje równiutkie 0. Zamówiłem, wymieniłem. Zero czujnika lekko poszło do góry, ale dalej za mało i dla sterownika za ubogo, więc wali na wtryskiwacze +25%. Dziur w dolocie brak, w wydechu także. Reszta czujników w okolicy wskazania OK. Coś mnie jednak tknęło i oglądając wykresik wyłączyłem nawiew kabiny. Uwaga - wykresik od razu na prawie 0,5V a wzbogacenie mieszanki w okolice 0 ! Włączam nawiew - znowu 0V. Magia jakaś.


- Wojciech Gołębiowski: to pachnie niekontaktującą masą...

Źródło tych dwóch powyższych historii znajdziecie tutaj.


I jeszcze jedna historia spisana przez Marcina Powązkę (dyrektor R&D, branża elektroniczna):

Świetnie zapowiadający się konstruktor elektronik, który pracuje u mnie ponad rok, opracował jeden podzespół modułu sterującego, ale popełnił błąd w obliczeniach wartości elementów. Konkretnie w obliczeniach za pomocą Matlaba. Obliczona przez oprogramowanie wartość rezystora wyszła mu z wartością ujemną. Dla nie elektroników muszę dodać, że ujemna rezystancja nie jest możliwa, gdyby ktoś wymyślił coś takiego przebiłby Teslę i Edisona. To coś lepszego od nadprzewodnika! Wynik nie wzbudził zaniepokojenia u konstruktora, a kolejne oprogramowanie do którego zostały wprowadzone wartości, usunęło wartość ujemną. Projekt przeszedł przegląd konstrukcji w gronie doświadczonych inżynierów i nikt nie zauważył błędu. Po wykonaniu modelu okazało się, że urządzenia nie da się uruchomić. Widząc opóźnienia wkroczyłem i rozwikłałem tą zagadkę (źródło).


Zwykle gdy już dobrze się zdiagnozuje problem, to jego rozwiązanie staje się proste. Bywa, że przyczyn jest kilka na raz i znowu - jeśli dobrze je zdiagnozujemy to największa trudność jest już za nami. To jednak jest tylko jeden z rodzajów trudnych problemów.


W powyższym temacie polecam świetną książkę o dynamice systemów "Piąta Dyscyplina" Petera Senge (książka zrozumiała dla humanistów). Świetne przykłady nieintuicyjnego zachowania systemów.


Oto problem techniczny zupełnie innego gatunku:


Trudność typu 2

Technologia doszła do ściany. Napełnianie tonerem pojemników – Xerox.

W latach dziewięćdziesiątych dwudziestego stulecia inżynierowie firmie Xerox nie potrafili przejść bariery prędkości napełniania pojemników z tonerem. Doszli do ściany z urządzeniem, które widać poniżej na Ryc.1.


Ryc.1 Pierwotne urządzenie do napełniania tonerem pojemników w firmie Xerox. Przesypywanie proszku reguluje ślimak (śruba archimedesa działająca w dół).


Inżynierowie w Xerox tak bardzo byli przyzwyczajeni, że toner musi być przemieszczany ślimakiem, że gdy przy zwiększaniu prędkości ślimaka proszek się zawieszał - rozkładali ręce (miejsce problemu jest zaznaczone na czerwono na prawym rysunku Ryc.1). Ich mentalna inercja nie pozwalała im wyjść poza kręcący się ślimak, mimo że byli całkiem dobrymi fachowcami.

Problem zlecono zewnętrznym inżynierom, akurat byli to eksperci TRIZ z Sankt Petersburga.


Project Managerem tego rozwiązania był Oleg Abramov, którego nazwisko za chwilę zobaczymy w patencie. Oleg wspomina, że w ciągu kilku godzin znaleźli odpowiednią, inną technologię by przyśpieszyć nasypywanie tonera do pojemników. Późniejsze dopracowanie prototypu zajeło jego zespołowi 3 miesiące.

Porzucenie starej technologii jest ogromnym krokiem naprzód, przy rozwiązywaniu problemów. Przeszkadza nam w tym mentalna inercja, czyli bezwładność psychologiczna, której ulega każdy z nas.


Poniżej (Ryc.2) ilustracja rozwiązania z patentu, używającego prostego wibratora mechanicznego.  Trudne nie było znalezienie nowej technologii - ona od wielu lat istniała i była dobrze znana. Trudnością było mentalne oderwanie się od starej technologii, która działała tylko do pewnej prędkości nasypywania.


Ryc. 2 Schemat rozwiązania - proszek przy odpowiedniej częstotliowości, kierunku i amplitudzie drgań zachowuje się jak płyn. Uzyskano 19-krotny wzrost prędkości nasypywania w stosunku do pierwotnej technologii.


Osoby które uzależniły się od hazardu wspominają, że wspomnienie wygranej jest wielokrotnie silniejsze niż kolejne przegrane. Tutaj jest podobnie - jeśli 10 razy zwiększaliśmy prędkość ślimaka i działało, to nie możemy się pogodzić z tym, że za 11-tym razem ta technologia nie chce już działać. Nasze myśli koncentrują się na tym co w ślimaku poprawić, a nie by z niego rezygnować. Amerykańscy inżynierowie wcale nie byli głupi, jednak przeciwko nim działał silny nawyk i przywiązanie do technologii, która wcześniej nie zawodziła. To jest coś - co ma w sobie podobieństwo do uzależnienia. Rosjanie w tym przypadku, poza umysłem przećwiczonym wielkrotnie przez TRIZ, nie byli obciążeni latami przyzwyczajeń nasypywania ślimakiem.

Poniżej kopia pierwszej strony patentu tego rozwiązania. Tu cały patent.


Ryc.3 Fragment patentu opisującego rozwiązanie problemu firmy Xerox.


Tak jak do trudności pierwszego rodzaju mamy narzędzia, tak do trudności tego drugiego rodzaju całym zestawem narzędzi jest TRIZ. TRIZ szczególnie pozwala poradzić sobie z mentalną inercją.


TRIZ najlepiej sprawdza się w problemach ze sprzecznością, gdy potrzebujemy przełomowej zmiany w koncepcji – powiedzmy że chcemy zwiększyć prędkość łodzi. Narzędzia TRIZ pomogą wybić nas z kolein myślowych.


Najbardziej interesujące rozwiązania dla łodzi to podniesienie kadłuba powodującego tarcie - na przykład wodolot ma proporcjonalnie niewielkie tarcie bo cały kadłub jest wyniesiony ponad wodę, można zmienić też koncepcję na poduszkowiec lub ekranolplan (ryc. 4)– we wszystkich tych pomysłach kadłub jest ponad wodą co jest początkowo ogromną mentalną zmianą, bo przecież zaczynaliśmy od słowa łódź, co kanalizowało myślenie.


Ryc. 4 Ekranoplan Łuń korzystał z efektu przypowieszchniowego - zbyt ciężki by lecieć wyżej - nie jest samolotem (gadżetomania.pl).


I jeszcze jeden morski przykład rozwiązania fundamentalnej sprzeczności:

Torpedy w czasie II Wojny Światowej doszły do pewnego rodzaju ściany jeśli chodzi o zasięg, prędkość, a szczególnie smugę gazów, która ciągnąc się za torpedą zdradzała jej obecność. Oczywiście stworzono torpedy elektryczne, ale były one obciążone swoimi wadami. Przełomu w napędzie spalinowym dokonali wówczas jedynie Japończycy, którzy do napędu swojej torpedy używali, oprócz paliwa, sprężonego tlenu zamiast sprzężonego powietrza (4/5 powietrza to azot, który właśnie nie rozpuszcza się w wodzie i tworzy charakterystyczną smugę gazów). Japońskie torpedy były szybsze, miały większy zasięg i przede wszystkim nie były zauważalne. Boleśnie przekonali się o ich zaletach Amerykanie w czasie wojny na Pacyfiku.


Ryc.5 USS Selfridge bez dziobu, po spotkaniu z japońską torpedą typu 93 - napędzaną tlenem (subsim.com)


Zamiana sprężonego powietrza w sprężony tlen nie wydaje się szczególnie trudna, jednak przeskok mentalny był zbyt trudny dla Amerykanów, Brytyjczyków, Francuzów, Niemców, Włochów czy Rosjan by wymienić tylko ważniejsze państwa stające do zbrojeń morskich przed II Wojną Światową (po prawdzie to znalazłem, że to najpierw Brytyjczycy podejmowali próby ze sprężonym tlenem, lecz porzucili tą koncepcję jako zbyt niebezpieczną).


Czas na wnioski


Jaki wniosek można wyciągnąć z wyróżnienia tych dwóch kategorii trudności?

Chyba najważniejsze jest to, że są to zupełnie inne rodzaje trudności i mają odpowiednie do siebie, zupełnie różne narzędzia służące ich rozwiązywaniu. W pierwszym przypadku doświadczenie z podobnych problemów pomaga, w drugim potrafi być obciążeniem.

Teraz ważne by się nie pomylić - z którym rodzajem trudności mamy do czynienia.


TRIZ posiada rozwinięcie Root Cause Analysis, dokłanie chodzi o RCA+ czyli Korzeń Sprzeczności. Pozwala ono na analizę problemu pod kątem przyczyn i przygotowuje go do rozwiązania podstawowymi narzędziami TRIZ. Można więc uznać, że jest to ścieżka uniwersalna do obu typów problemów. Na razie to podejście mnie osobiście nie zawiodło. Jakie jest Wasze doświadczenie?


Michał Hałas

ekspert TRIZ

GRUPA ODITK


Najprościej czyli najtrudniej

Najprościej czyli najtrudniej

Leave review
Istnieje popularna historia z czasów wyścigu w przestrzeń kosmiczną głównyc...
Czytaj dalej
Trzy poziomy innowacyjności

Trzy poziomy innowacyjności

Leave review
Na przykładzie jednego z doświadczeń Toma Stantona pokazuje jak działa pier...
Czytaj dalej
DFA Mocowanie Lampy

DFA - Mocowanie Lampy

Leave review
Zobacz przykład przeprojektowania konkretnego złożenia przy pomocy Design f...
Czytaj dalej
Żuraw z VR - wynalazek polskich inżynierów

Innowacyjny żuraw polskich inżynierów

Leave review
Zobacz na przykładzie wynalazku polskich inżynierów jak działa TRIZ Trimmin...
Czytaj dalej
Optymalizacja zatrzasku segregatora - DFA

zatrzask segregatora - DFA

Leave review
Wynik pracy zespołu inżynierów, którzy narzędziami DFA (Desing for Assembly...
Czytaj dalej