Résolution de problèmes inventifs 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 profit net Cash flow Tb Tf Tr Ts Temps To TP PM Te To Opportunité Tr Première production TP Opportunité perçue Ts Premières livraisons Tb Lancement du projet PM Point mort Tf La définition est figée Te Fin du projet tiré de "Accelerated Innovation" by Marvin Patterson 26

Années 70/90 : Aujourd'hui : 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?

TRIZ Teoriya 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 Problèmes Inventifs) - 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

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

Contexte culturel : matérialisme dialectique Demandes des inventeurs Intuitions d’ALTSHULLER Histoire des sciences et techniques Analyse des brevets Mécanismes d’invention et lois d’évolution des systèmes techniques Théorie « TRIZ » © ENSAM 2001

recherche de l'efficacité Evolution de TRIZ G. Altshuller et collaborateurs "TRIZ classique" Kishinev Minsk Israël Ideation IM Consultants ex "russes" Ex URSS ? Consultants américains SIT USIT Occidentalisation recherche de l'efficacité fidélité à l'esprit Fidélité à la forme « messianisme » Séparation

USA ex URSS Japon Finlande Israël Suède RFA Corée Taiwan Hollande Belgique RFA Pol GB France (RDA) Italie Espagne Israël Corée Taiwan Japon Australie immigration diffusion

SIT USIT (Ford) Approches manuelles Triz « classique » <1985 ~1970 Approches manuelles contradictions - principes vepoles - ARIZ .. Théorie TRIZ Corpus de connaissances - prémisses - concepts - postulats - résultats Triz « classique » <1985 Approches occidentalisées - Invention machine - Ideation - Autres Cible : - ingénieurs soviétiques - culture dialectique - créativité bridée - sans informatique - efficience faible >1990 Cible : - ingénieurs occidentaux - complémentarité avec l ’existant - « A.O. » - appropriation rapide © ENSAM 2001

Pic des attentes surestimées Dépression de la désillusion Plateau de la productivité Pic des attentes surestimées Dépression de la désillusion t © ENSAM 2001

« Dans la Silicon Valley, la plupart des idées prennent vingt ans à devenir des succès immédiats ! » Paul SAFFO - Institute for the future © ENSAM 2001

Les champs d’application 2 – Le corpus de connaissances Les champs d’application

TRIZ méthode de créativité : « super » brainstorming ! A - La résolution de problèmes : TRIZ méthode de créativité : « super » brainstorming ! Logiciels : Improver – IWB – Knowledge Wizzard Creatriz – TRIZsolver….

Conseil 2.R Idée 1.Pb ? 3.Act Sit 1 Sit 2 4.Tr

TRIZ 2.R Idée 1.Pb ? 3.Act Sit 1 Sit 2 4.Tr

Brainstorming classique BS 1 problème idées concepts TRIZ BS 2 TRIZ problème suggestions idées concepts

+ Solutions immédiates Solutions potentielles Conception Créativité Concepts cohérents . maquettables validables . prototypables évaluables Idées Peuvent être abstraites , floues, partielles , sans recherche de faisabilité ressources pour des concepts concrétisation Choix Construction Solutions immédiates pertinentes Solutions potentielles Cibles de R&D et de veille +

+ Solutions immédiates Solutions potentielles TRIZ Conception Créativité Conception Concepts cohérents . maquettables validables . prototypables évaluables Idées Peuvent être abstraites , floues, partielles , sans recherche de faisabilité ressources pour des concepts concrétisation Choix Construction Solutions immédiates pertinentes Solutions potentielles Cibles de R&D et de veille +

Apports de TRIZ Nombre de solutions Ensemble exhaustif des solutions Nombre mini de solutions pour une décision pertinente Point de décision pertinente TRIZ Point de décision forcée Méthodes conventionnelles Point de départ Date butoir Temps

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,…

Au total 50 idées, dont 29 retenues par les spécialistes 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 19 BREVETS Au total 50 idées, dont 29 retenues par les spécialistes

Caoutchoutier automobile « potentiel d’un brevet par mois » GOMMA (Rennes) Caoutchoutier automobile « potentiel d’un brevet par mois » 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)

1ère cible : alimentation papier TOSHIBA TEIS (Dieppe) Photocopieurs et toner 1ère cible : alimentation papier Objectif : 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) Doc TOSHIBA TEC Corporation

Résultat : gain de 22 % (sur la base du prototype fonctionnel) 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) Doc TOSHIBA TEC Corporation

efficacité de l’opération accrue de 10 % 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 Doc TOSHIBA TEC Corporation

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

par rapport aux autres méthodes 3 Positionnement par rapport aux autres méthodes

fonctionnement des DEUX hémisphères LE CERVEAU fonctionnement des DEUX hémisphères Hémisphère gauche Hémisphère droit CORTEX GAUCHE Logique Analytique Matheux Technique Séquentiel CORTEX DROIT Intuitif, Imaginé, visionnaire Synthétique Artistique Esthétique Global LIMBIQUE GAUCHE Contrôlé Planifiant Organisé Administratif Critique LIMBIQUE DROIT Expansif Relationnel Spontané Non verbal Chaleureux

Les deux cerveaux Hémisphère gauche Hémisphère droit Analyse raisonnement séquentialité logique Synthèse intuition globalité simultanéité analogie

L’enseignement :

Deux mondes, deux états d’esprit différents ! Cycle opérationnel Cycle d’innovation

Conception préliminaire Analyse de situation Poser le problème Construction Problèmes secondaires Conception préliminaire Créativité

« cerveau gauche » à finalité « cerveau droit » « TRIZ » Une démarche de type « cerveau gauche » à finalité « cerveau droit » = continuité méthodologique

R Idée Pb ? Act. Tr. Sit 1 Sit 2 méthodes structurantes Freins stimulants R Idée Pb ? Act. Tr. Sit 1 Sit 2

Les freins

Le vecteur d'inertie psychologique Thermo Mécanique Les « œillères » de l’expert ! Peut être individuel ou collectif Pb Chimie Electricité S

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 »

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….

? Etapes de l'A.V. Point faible étape 1 : orientation de l'action étape 2 : recherche de l'information étape 3 : analyse des fonctions et des coûts Point faible étape 4 : recherche des idées ? étape 5 : étude et évaluation des solutions étape 6 : bilan et décision étape 7 : exécution

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 Essayez de: 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 !)

4 - La résolution de problèmes inventifs 1ère partie: principes

Trois composantes d’un problème : 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… (Analyse de la situation)

2 -Questions d’évaluation : 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 marché Conditionne la motivation

Construction de la solution Conception de la solution Raisonnement Idée Poser le Pb ? Action Situation 1 Situation 2 Transformation 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 : du modèle Modèle : équations (souvent AO) Abstraction généralisation Concrétisation particularisation Modélisation Ma solution Mon problème

Raisonnement par analogie : Structure plus abstraite 1ère phase d’abstraction: généralisation 2ème phase d’abstraction: particularisation « Structure » de départ « Structure » analogue

Résolution d'un problème mathématique simple f(x) = 0 x = f-1(o) ax²+bx+c = 0 -b± Öb2-4ac 2a x = 2x²+x-6 = 0 x1 = + 3/2 x2 = -2

? Conception inventive Problème Solutions Comment ? - recherche d'idées méthodes structurantes - freins méthodes stimulantes

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"

Trois grandes familles de modèles pour problèmes inventifs TRIZ : Trois grandes familles de modèles pour problèmes inventifs "processeur" Conflit contradiction interaction

Le modèle « processus/processeur » Ressources Entrée Sortie Système technique Système technique - Approche systémique Base de données d ’effets - Identification des ressources

Le modèle CONFLIT - CONTRADICTION La contradiction technique : Caractéristique A Caractéristique B La contradiction physique : Modalité A1 Modalité A2

Le modèle « substance-champ » ( su-field - vepole ) Modèle de base : Champ : (Me.Th.Ch.E.M.EM) Substance 1 : l ’outil Substance 2 : l ’objet Exemples : liaison mécanique - réaction chimique - influence électromagnétique - effet thermique – communication - etc..

Modélisation : ? Modèle Abstraction généralisation Modélisation Ma Mon solution Mon problème

Construction de la solution Conception de la solution TRIZ Raisonnement Idée Poser le Pb ? Action Situation 1 Situation 2 Transformation Construction de la solution

Construction de la solution Conception de la solution Raisonnement Idée Action de transformation Situation 1 Situation 2 Construction de la solution

« mécanisme de transformation » à l’origine de l’action Situation 1 Situation 2 Valeur V1 Valeur V2 V2 > V1 Dans TRIZ, ces mécanismes seront appelés « principes »,  « solutions standards » et plus généralement « opérateurs ».

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.

Illustration : la stérilisation du lait Contradiction : - chauffer « fort » pour stériliser - ne pas chauffer « trop fort » pour préserver les principes actifs Mécanisme : Faire à grande vitesse Quoi faire à grande vitesse? Idée Lait UHT Invention : stériliser par une "impulsion" à haute température

Un jus de fruit stabilisé par hautes pressions « 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

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

40 principes d'innovation 1 - Segmenter 2 - Extraire 3 - Changer de qualité locale 4 - Utiliser l'asymétrie 5 - Combiner .... 37 - Utiliser l'expansion thermique 38 - Utiliser des oxydants forts 39 - Utiliser un environnement inerte 40 - Utiliser des matériaux composites

Exemples de principes N° 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 : Principes retenus P 23 P 5 P 17 P 31 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….

mécanismes d’invention Synthèse Récurrence des mécanismes d’invention Problèmes inventifs Opérateurs types Modèles généraux Problèmes types Suggestions pertinentes