創造性革新: 2010/03

2010年3月31日水曜日

花草鉢への水やり

　適切な科学的効果を見つけられるように、要求される効果に応じて物理現象が構造的に分類された知識データベースを組み込んだソフトウェアツールを見てみましょう。

●例「花草鉢への水やり」

1. 一般的な問題記述

　旅行などで留守の間、花草鉢の水やりができないために植物が枯れてしまう

2. 要求機能としての問題記述

　「（花草鉢の）水やり」 → 「水」を（給水源から「花草鉢」へ）「移動させる」

3. 効果データーベースの使用

　「水」 → （一般化すると）「液体」 → （英語では） liquid substance
　「移動させる」 → （一般化すると）「動かす」 → （英語では） move

　「水」を「移動させる」 → （一般化すると、英語では） move liquid substance

　move liquid substance に分類された先頭の科学的効果を見てみる（下図）

Invention Machine Corporation: TechOptimizer

4. 適切な物理現象

　役立ちそうな科学的効果　→　Capillary effect （毛細管現象）

5. 物理現象の解釈とアイデア創出

　毛細管現象とは、上図の絵で示されるように、細い管状物体の内側の液体が管の中を上昇（場合によっては下降）する現象です。

　この現象を利用して、給水源の水に浸した給水芯（ひも）を伝わって（反対端の）給水栓を刺し込んだ花草鉢の土へ水が一滴一滴流れるようにしてしまいましょう（下図）。

http://www.handsnet-blog.net/blog/2007/07/ok.html

Copyright notes

This book has been developed in the frame of the TETRIS project funded by the European Commission—Leonardo da Vinci Programme.
The partners of the project consortium are:
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ACC Austria Gmbh (Austria) www.the-acc-group.com
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Fachhochschule Kärnten (Austria) www.fh-kaernten.at
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Jelgava 1. Gymnasium (Latvia) www.1gim.jelgava.lv
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2010年3月30日火曜日

科学的効果の知識データベース

　知識データベースには、適切な科学的効果を見つけられるように、以下の「要求される効果や特性」を満たす物理現象が収集されています：

1. 温度を測る
2. 温度を下げる
3. 温度を上げる
4. 温度を安定させる
5. 物体を位置付ける
6. 物体を動かす
7. 液体/気体を動かす
8. エアロゾル（ちり、煙、霧など）を動かす
9. 混合物を形成する
10. 混合物を分離させる
11. 物体位置を安定させる
12. 力を発生させる/操作する
13. 摩擦を変える
14. 物体を壊す
15. 機械的/熱的エネルギーを蓄積する
16. 機械、熱、放射、電気の変形によりエネルギーを伝達する
17. 移動物体に影響を与える
18. 寸法を測る
19. 寸法を変える
20. 面の特性や状態を検出する
21. 面の特性を変える
22. 立体の特性や状態を検出する
23. 立体の特性を変える
24. 特殊構造を構築する、構造を安定させる
25. 電磁場を検出する
26. 放射線を検出する
27. 電磁波を発生させる
28. 電磁場を制御する
29. 光を制御/変調する
30. 化学反応を起こす/増大させる

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2010年3月29日月曜日

科学的効果利用の "丘" モデル

　科学的な効果や現象を利用すると、問題の抱える矛盾が物理的なレベルで解消されるので、最高レベルの革新的解決策を得るのに役立ちます。

　適切な効果を見つけられるように、要求される効果や特性に応じて物理現象が構造的に分類され、特別な知識データベースが構築されました。これをもとにいくつかのソフトウェアツールやオンラインサービスも開発されてきました。

　従来の分類方法は物理的、化学的、幾何学的な効果を区別するものです。

・物理的効果：　エネルギーをある形から別の形に変換する
・化学的効果：　エネルギーの吸収や放出によりある物質から別の物質を得る
・幾何学的効果：　システム内のエネルギーの流れや物質をまとめたり分けたりする

　幾何学的効果は物理的効果や化学的効果の結果に対して適用されます。

　創造的に問題を解決するために役立つ手段のひとつとして科学的効果があります。
　闇雲な試行錯誤、個人の知識、類似性などに頼るかわりに、これらの科学的効果を利用した体系的なプロセスに従い、個別の問題を抽象化して一般的なフレームワークに位置付け、そこから得られた一般解を具体化することにより解決策を得るようにしましょう。
　適切な科学的効果を見つけてそれを理解し、要求される機能を満たすのはシステムを改良するための効果的な方法です。

　この体系的なプロセスの各ステップを分かりやすく表現した "丘" モデルは、科学的効果利用の場合、以下のようになります：

一般的な問題記述
問題の抽象化 → 要求機能としての問題記述
効果データーベースの使用 → 適切な物理現象
物理現象の解釈とアイデア創出 → 具体的な解決策

科学的効果利用の "丘" モデル

2010年3月28日日曜日

分離原理による発明原理の選択

　物理的矛盾が明確である場合、矛盾解決のために用いる分離原理ごとに役立ちそうな発明原理があります。

　４つの分離原理それぞれに関連する発明原理を選び出すと以下のようになります：

・分離原理「時間による分離」

15. 柔軟性（ダイナミック性）
34. 除去再生（撤去して回復）
10. 事前作用（予備作用）
9. 事前反作用（予備反作用）
11. 事前緩衝（予備緩衝）

・分離原理「空間による分離」

1. 分割
2. 抽出（回収、除去、除外）
3. 局所性質
7. 入れ子（マトリョーシカ、入れ子人形）
4. 非対称
17. 新次元移行（別次元移行）
13. 逆さま（あべこべ）

・分離原理「条件/関係による分離」

40. 複合材料
31. 多孔質材
32. 変色
3. 局所性質
19. 周期的作用
17. 新次元移行（別次元移行）

・分離原理「システムレベルによる分離」

1. 分割
5. 連結（結合）
33. 均質性
12. 等位性（等ポテンシャル性）

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2010年3月27日土曜日

目的とマトリックス上の出現頻度による発明原理の選択

　技術的矛盾が明確でない場合や技術パラメーター（改善特性と悪化特性）が見つからない場合に、適用する発明原理を目的によって絞り込んだのでは各目的に対して提案される発明原理の数が多過ぎてしまうようであれば、アルトシューラーのマトリックス上での出現頻度をも合わせて参考にするという方法もあります。

　目的を４つのグループに分類して各目的に対して選び出した役立ちそうな発明原理をアルトシューラーのマトリックス上での出現頻度順に並べると以下のようになります：

・グループ1:　物質について何か（量、質、構造、形状）を変える

1. 分割
2. 抽出（回収、除去、除外）
3. 局所性質
40. 複合材料
17. 新次元移行（別次元移行）
14. 球状性（湾曲性）
4. 非対称
30. 柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
31. 多孔質材
7. 入れ子（マトリョーシカ、入れ子人形）

・グループ2:　有害作用に対処する

10. 事前作用（予備作用）
19. 周期的作用
13. 逆さま（あべこべ）
26. 複製（コピー）
24. 仲介（媒介）
39. 不活性環境（不活性雰囲気）
11. 事前緩衝（予備緩衝）
21. 高速実行
23. フィードバック
12. 等位性（等ポテンシャル性）
33. 均質性
9. 事前反作用（予備反作用）

・グループ3:　効果や理想性を向上させる

15. 柔軟性（ダイナミック性）
26. 複製（コピー）
34. 除去再生（撤去して回復）
16. 過小過大作用（不足または過剰な作用）
6. 汎用性
25. セルフサービス
5. 連結（結合）
20. 有益作用継続

・グループ4:　科学的効果、特殊な場、特殊な物質を利用する

35. 特性変換（パラメーター変更）
28. 機械システム代替
18. 機械的振動
32. 変色
29. 流体構造（流体学）
40. 複合材料
30. 柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
37. 熱膨張
36. 相転移
31. 多孔質材
38. 加速酸化（強酸化剤）
8. 釣り合い（反重力）

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2010年3月26日金曜日

目的による発明原理の選択

　技術的矛盾が明確でない場合や技術パラメーター（改善特性と悪化特性）が見つからない場合にアルトシューラーのマトリックス上での出現頻度に頼ったのではアプローチが一般的になり過ぎてしまうようであれば、適用する発明原理を目的によって絞り込むという方法もあります。

　目的を４つのグループに分類して各目的に役立ちそうな発明原理を選び出すと以下のようになります：

・グループ1:　物質について何か（量、質、構造、形状）を変える

1. 分割
2. 抽出（回収、除去、除外）
3. 局所性質
4. 非対称
7. 入れ子（マトリョーシカ、入れ子人形）
14. 球状性（湾曲性）
17. 新次元移行（別次元移行）
30. 柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
31. 多孔質材
40. 複合材料

・グループ2:　有害作用に対処する

9. 事前反作用（予備反作用）
10. 事前作用（予備作用）
11. 事前緩衝（予備緩衝）
12. 等位性（等ポテンシャル性）
13. 逆さま（あべこべ）
19. 周期的作用
21. 高速実行
23. フィードバック
24. 仲介（媒介）
26. 複製（コピー）
33. 均質性
39. 不活性環境（不活性雰囲気）

・グループ3:　効果や理想性を向上させる

5. 連結（結合）
6. 汎用性
15. 柔軟性（ダイナミック性）
16. 過小過大作用（不足または過剰な作用）
20. 有益作用継続
25. セルフサービス
26. 複製（コピー）
34. 除去再生（撤去して回復）

・グループ4:　科学的効果、特殊な場、特殊な物質を利用する

8. 釣り合い（反重力）
18. 機械的振動
28. 機械システム代替
29. 流体構造（流体学）
30. 柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
31. 多孔質材
32. 変色
35. 特性変換（パラメーター変更）
36. 相転移
37. 熱膨張
38. 加速酸化（強酸化剤）
40. 複合材料

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2010年3月25日木曜日

マトリックス上の出現頻度による発明原理の選択

　ところで、問題の記述ができても、技術的矛盾が明確でない場合とか、技術的矛盾は明確でも対応する技術パラメーター（改善特性と悪化特性）が見つからない場合もあるかも知れませんね。

　このような場合には、技術的矛盾はスキップし、役立ちそうな発明原理から順番に適用してみる方法が考えられます。

　では、どの発明原理が役立ちそうかと言うと、頻繁に使われているものほどその可能性が高いでしょうから、アルトシューラーのマトリックス上での出現頻度が参考になりそうです：

・発明原理（マトリックス上での出現頻度順）

35. 特性変換（パラメーター変更）
10. 事前作用（予備作用）
1. 分割
28. 機械システム代替
2. 抽出（回収、除去、除外）
15. 柔軟性（ダイナミック性）
19. 周期的作用
18. 機械的振動
32. 変色
13. 逆さま（あべこべ）
26. 複製（コピー）
3. 局所性質
27. 使い捨て（廉価で短寿命）
29. 流体構造（流体学）
34. 除去再生（撤去して回復）
16. 過小過大作用（不足または過剰な作用）
40. 複合材料
24. 仲介（媒介）
17. 新次元移行（別次元移行）
6. 汎用性
14. 球状性（湾曲性）
22. 有害有益転換（「災い転じて福となす」）
39. 不活性環境（不活性雰囲気）
4. 非対称
30. 柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
37. 熱膨張
36. 相転移
25. セルフサービス
11. 事前緩衝（予備緩衝）
31. 多孔質材
38. 加速酸化（強酸化剤）
8. 釣り合い（反重力）
5. 連結（結合）
7. 入れ子（マトリョーシカ、入れ子人形）
21. 高速実行
23. フィードバック
12. 等位性（等ポテンシャル性）
33. 均質性
9. 事前反作用（予備反作用）
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2010年3月24日水曜日

ノートパソコンの画面

　アルトシューラーのマトリックスを使う方法における各ステップの説明も終わったので、全体の流れを通した例を考えてみましょう。

●例「ノートパソコンの画面」

1. 問題の記述

　ノートパソコンを使用する時に多数のウィンドウを表示するために画面を大きくしたいが、画面で視界がさえぎられて背後の状況が見えにくくなってしまう

2. 技術的矛盾の明確化

　"画面" を大きくしようとすると、"背後の状況" が一部見えなくなってしまう

3. 技術パラメーターへの変換（改善特性と悪化特性）

　技術パラメーター - 改善特性　→　 5. 移動物体の面積
　技術パラメーター - 悪化特性　→　24. 情報の損失

4. アルトシューラーのマトリックスによる発明原理の特定

　役立ちそうな発明原理の番号　→　30, 26

5. 発明原理からのアイデア創出

　IP30　柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
　IP26　複製（コピー）

　柔軟膜または薄膜で画面を作ってみても「情報の損失」量は改善されそうもないので、背後の状況を複製してパソコンの壁紙にしてしまいましょう（下図）。

http://www.moillusions.com/2006/03/transparent-desktop-trick.html

2010年3月23日火曜日

発明原理からのアイデア創出

　役立ちそうな発明原理が特定できたらば、最後に「発明原理からのアイデア創出」をしてみましょう。

　アイデア創出において注意すべき点として、発明原理をシステム全体に対してではなく、技術的矛盾を生じている特定の要素に対して適応することがあげられます。

　自分がすでに着想したアイデアの確認用として使うことだけで終わらないように、発明原理の指針に用いられている言葉をできるだけ忠実に解釈するようにしましょう。
　マトリックスのあるセル内に複数の番号が記載されている場合は、それらに対応する発明原理が相補的な提案となっていることもあるので、これらが指し示す方向性を組み合わせることもできます。

●例「製品の耐久性向上」（続き）

「耐久性に対する設計戦略の大半では、本来の仕様よりも材料の質を高めたり、分量を増やしたりする。最も一般的な耐久性問題解決策は、強度を増すための材料追加である。」

　何が良くなる（何が「良い」）？　→　　　システムの強度が増す（良くなる） ...
　何が悪くなる（何が「悪い」）？　→　... システムの重量が増える（犠牲になる）

　技術パラメーター - 改善特性　→　14. 強度
　技術パラメーター - 悪化特性　→　 2. 静止物体の重さ

　役立ちそうな発明原理の番号　→　40, 26, 27, 1

●発明原理（Inventive Principle: IP）からの一般的解決アイデア

・IP40　複合材料
　軽量化により長寿命や恩恵を与えることができそうな製品に対して軽い複合材料を用いたり、廃棄物から新たな複合物質を作り出したりします。

・IP26　複製（コピー）
　画面プロンプトを用いてキーの数を減らすことにより、電子インターフェースにおける機械的部品を非機械化したり、じょうぶなタッチスクリーンとソフトウェアだけを用いたりします。

・IP27　使い捨て（廉価で短寿命）
　製品が長寿命であるべきか否かを判断します。
　既存の物流や奨励策を活用して製品の回収率を高め、リユース、アップグレード、リサイクル用の製品や構成要素を設計します。

・IP01　分割
　組み立てと寿命到達時の分解が容易なように物体をユニット式にします。
（寿命末期戦略のほとんどは構成要素や物質の容易な分離に依存しています）

●橋用の複合材料

　繊維強化ポリマー（Fiber-Reinforced Polymer: FRP）複合橋甲板の特長：

軽量（コンクリート甲板の1/5の重さ）
高い耐腐食性と凍結融解サイクル耐久性
短期間で設置可能
加工と運搬が容易

　高強度かつ低重量なので、上部構造にほとんど手を加えずに基礎部分の橋甲板を置き換えて現代の交通重量を支えることができるので、可動橋、歴史的橋梁の強化（下図）などに適しています。

http://www.martinmarietta.com/Products/duraspan.asp

　また、複合橋甲板は橋の生涯にわたる耐久性向上、維持費低減にもつながります。

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2010年3月22日月曜日

アルトシューラーのマトリックスによる発明原理の特定

　矛盾を技術パラメーターへ変換したらば、次に「発明原理の特定」をしてみましょう。

　アルトシューラーのマトリックスで改善特性と悪化特性の交差するセルに記載されている番号を確認します。これらは、直面している技術的矛盾を解決するのに役立ちそうな発明原理の番号を示しています。

　もし、セルの中に番号が記載されていない場合には、改善特性と悪化特性を入れ替えた場合に得られるセルの中を覗いてみるか、あるいは別の改善特性と悪化特性の組み合わせを用いて矛盾を表現してみましょう。

●例「製品の耐久性向上」（続き）

「耐久性に対する設計戦略の大半では、本来の仕様よりも材料の質を高めたり、分量を増やしたりする。最も一般的な耐久性問題解決策は、強度を増すための材料追加である。」

　何が良くなる（何が「良い」）？　→　　　システムの強度が増す（良くなる） ...
　何が悪くなる（何が「悪い」）？　→　... システムの重量が増える（犠牲になる）

　技術パラメーター - 改善特性　→　14. 強度
　技術パラメーター - 悪化特性　→　 2. 静止物体の重さ

　役立ちそうな発明原理の番号　→　40, 26, 27, 1

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2010年3月21日日曜日

技術パラメーターへの変換（改善特性と悪化特性）

　矛盾が明確化されたらば、今度は「技術パラメーターへの変換」をしてみましょう。

　一般的な矛盾の記述において良くなる側面と犠牲になる側面のそれぞれを39種類の技術パラメーターのいずれかに当てはめます。
　この作業は慣れるまでそう簡単ではないかも知れないので、技術パラメーターについて調べたり自分で事例を考えたりして、できるだけ慣れ親しむようにしましょう。

●例「製品の耐久性向上」（続き）

「耐久性に対する設計戦略の大半では、本来の仕様よりも材料の質を高めたり、分量を増やしたりする。最も一般的な耐久性問題解決策は、強度を増すための材料追加である。」

　何が良くなる（何が「良い」）？　→　　　システムの強度が増す（良くなる） ...
　何が悪くなる（何が「悪い」）？　→　... システムの重量が増える（犠牲になる）

　技術パラメーター - 改善特性　→　14. 強度
　技術パラメーター - 悪化特性　→　 2. 静止物体の重さ

●技術パラメーター（Technical Parameter: TP）の説明

・TP02 静止物体の重さ

動かない物体がその置かれている面に及ぼす、重力に起因する測定可能な力です。
動かない物体とは、自力や外力によって位置を変えることのできないものを指します。

・TP14 強度

物体やシステムが限定的な条件や制限のもとで壊れることなく力、速度、圧力などの影響を吸収する能力です。

http://www.flickr.com/photos/dancuellar/327773482/

2010年3月20日土曜日

技術的矛盾の明確化

　問題が記述できたら、次に「技術的矛盾の明確化」について見てみましょう。

・「何が良くなり、何が悪くなる」または「もし～すれば～、けれども～」の形で表します

　システム内の矛盾パラメーターを見つける最も簡単な方法は、解決すべき問題やその状況を要約してから、以下の２つの質問に対して答えてみることです：

何が良くなる（何が「良い」）？　→　　　システムのこの側面が良くなる ...
何が悪くなる（何が「悪い」）？　→　... システムのこの側面が犠牲になる

●例「製品の耐久性向上」

・解決すべき問題と状況の要約

「耐久性に対する設計戦略の大半では、本来の仕様よりも材料の質を高めたり、分量を増やしたりする。最も一般的な耐久性問題解決策は、強度を増すための材料追加である。」

・「何が良くなり、何が悪くなる」の明確化

何が良くなる（何が「良い」）？　→　　　システムの強度が増す（良くなる） ...
何が悪くなる（何が「悪い」）？　→　... システムの重量が増える（犠牲になる）

・結果（技術的矛盾）

　製品の "強度" を増そうとすると "重量" が増えてしまう。

http://thewomenablerblog.com/2009/08/12/women-business-owners-iso-balance-and-growth/

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This book has been developed in the frame of the TETRIS project funded by the European Commission—Leonardo da Vinci Programme.
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2010年3月19日金曜日

問題の記述

　最初に行うべき「問題の記述」についてちょっと見てみましょう。

　プロの問題解決屋によると、問題を適切に記述できれば半ば解決したようなものだそうです。

　まず、問題の周りのシステムについて良く理解する必要があるので、問題に関連するさまざまな側面を体系的に記録すべきです。このとき役立つのが、問題やその環境について詳細に記述する革新チェックリストです。これを使うことにより、システムに内在する重要な矛盾を見いだしたり定義したりしやすくなります。

　革新チェックリストは以下のような構成となっています：

●改良/作成しようとするシステムとその環境に関する情報

　・システム名（例：自転車）
　・システムの主要な有用機能（例：人と荷物の移動）
　・現状のまたは所望されるシステム構造（例：下図）

http://www.kids-abc.net/words-around/bicycle.html

　・システム機能（例：人の保持、動力の伝達、伝達比の変更、衝撃の吸収、向きの変更、速度の抑制、光の生成、光の反射、... ）
　・システム環境（例：人、道路、空気、他の乗り物、... ）

●利用可能なリソース（例：金属、ゴム、プラスチック、風圧、空気圧、回転力、明り、... ）

●問題状況に関する情報

　・システムに対して所望される改良または取り除きたい欠点（例：速度が人力の制限を受ける）
　・欠点が生じるもととなる仕組み（明確な場合）（例：人からのエネルギー伝達、空気抵抗）
　・解決すべきその他の問題（例：雨対策）

●システムの変更

　・システムに対して許容される変更（例：デザインと製造技術の何れも全面的に変更可能）
　・システムを変更する場合の制限（例：従来の自転車らしく見えなければならない）

●解概念の選択基準

　・望ましい技術特性（例：高速、低空気抵抗）
　・望ましい経済特性（例：低変更投資、売上向上）
　・望ましいスケジュール（例： 1年以内での発売）
　・期待される新規性（例：特許取得可能性）
　・その他の基準（例：外観の維持）

●問題解決の試行履歴

　・問題解決に向けた今までの試み（と、できれば失敗した理由も合わせて）
　・同様の問題をはらむ他のシステム（例：ローラースケートや漕ぎ舟の高速化）

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2010年3月18日木曜日

（アルトシューラーの）マトリックスの使用法

　それでは、マトリックスを使ってみましょう。

　でも、マトリックスを使用するためには、システム内に存在する（場合によっては複数の）技術的矛盾を明確化しなければならないので、まず問題の適切な分析が必要となります。

　アルトシューラーのマトリックスを使うときの主な流れは以下の通りです：

問題の記述
技術的矛盾の明確化
技術パラメーターへの変換（改善特性と悪化特性）
アルトシューラーのマトリックスによる発明原理の特定
発明原理からのアイデア創出

1.　まず最初に、解決すべき問題とその内容を整理します。この段階で、問題に注目し、その解決を阻んでいるのが何であるかを問い続けることが役立ちます。これにより、精査すべき何らかの制約に直面するか、あるいは、解決しなければならない矛盾を見いだすことができます。

2.　次に問題分析結果を矛盾として言い換えます。所望の状態に到達することをシステム内の何かが妨げているという形にです。つまり、何かを良くすると何か他のものが悪くなってしまうという表現にです。

例：

帯域幅が増える（良くなる）けれども消費電力も増える（悪くなる）
サービスが顧客ごとにカスタマイズされる（良くなる）けれどもサービス供給体制が複雑になる（悪くなる）

　http://www.ntt.co.jp/islab/org/ns.html

3.　更に、これら良くなる特徴と悪くなる特徴のそれぞれを特定の技術パラメーターに対応付けることにより、矛盾表現を技術的矛盾に置き換えます。

4.　そして、改善特性として選んだ技術パラメーターの行と悪化特性として選んだ技術パラメーターの列がアルトシューラーのマトリックス上で交差するセルに記載されている数字を拾い出します。これ（ら）は、直面している技術的矛盾を解決できそうな発明原理の番号を示しています。

5.　最後に、拾い出した数字を番号として有する各発明原理の説明やヒントをもとに、可能性ある解決策への手掛かりを得て問題解決のアイデアを創出します。

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2010年3月17日水曜日

（アルトシューラーの）（矛盾）マトリックス

　ところで、技術的矛盾と発明原理との間には何か関係があるのでしょうか？

実は「大あり」なのでした：

　製品、プロセスまたはシステムのある特徴または特性を改善しようとしたときに生じる矛盾を解決するための発明原理を示してくれる矛盾マトリックス（またはアルトシューラーのマトリックス）というツールが存在します。
　このツールは、改善しようとする特徴または特性を表す（39種類の）技術パラメーターが各行に対応し、その結果悪化してしまう特徴または特性を表す技術パラメーターが各列に対応する39行39列の行列（マトリックス）として構成されています。
　このマトリックスの各セルには、そのセルに対応する技術的矛盾、すなわち、その行に対応する技術パラメーターの改善の結果としてその列に対応する技術パラメーターが悪化してしまうという矛盾問題を解決するための発明原理の番号が（最大４個まで）記載されているのです。

　 ↓　有用パラメーター / 改善する特徴 / 改善すべき特性
　→　有害パラメーター / 望まれない結果 / 悪化してしまう特性

アルトシューラーのマトリックス（http://sites.google.com/site/creativityincrease/matrix）

2010年3月16日火曜日

発明原理

　TRIZという創造的問題解決手法にはアイデアを探して技術的矛盾を解決するための簡単なツールとして以下の40の発明原理が用意されています：

1. 分割
2. 抽出（回収、除去、除外）
3. 局所性質
4. 非対称
5. 連結（結合）
6. 汎用性
7. 入れ子（マトリョーシカ、入れ子人形）
8. 釣り合い（反重力）
9. 事前反作用（予備反作用）
10. 事前作用（予備作用）
11. 事前緩衝（予備緩衝）
12. 等位性（等ポテンシャル性）
13. 逆さま（あべこべ）
14. 球状性（湾曲性）
15. 柔軟性（ダイナミック性）
16. 過小過大作用（不足または過剰な作用）
17. 新次元移行（別次元移行）
18. 機械的振動
19. 周期的作用
20. 有益作用継続
21. 高速実行
22. 有害有益転換（「災い転じて福となす」）
23. フィードバック
24. 仲介（媒介）
25. セルフサービス
26. 複製（コピー）
27. 使い捨て（廉価で短寿命）
28. 機械システム代替
29. 流体構造（流体学）
30. 柔軟膜または薄膜（柔軟外郭と薄膜）
31. 多孔質材
32. 変色
33. 均質性
34. 除去再生（撤去して回復）
35. 特性変換（パラメーター変更）
36. 相転移
37. 熱膨張
38. 加速酸化（強酸化剤）
39. 不活性環境（不活性雰囲気）
40. 複合材料

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2010年3月15日月曜日

技術パラメーター

　TRIZという創造的問題解決手法では技術システムの特性を抽象的に表現するのに以下の39種類の技術パラメーター（特性、特徴）を用います：

1. 移動物体の重さ
2. 静止物体の重さ
3. 移動物体の長さ
4. 静止物体の長さ
5. 移動物体の面積
6. 静止物体の面積
7. 移動物体の体積
8. 静止物体の体積
9. 速度
10. 力
11. 張力、圧力
12. 形
13. 物体の安定度
14. 強度
15. 移動物体の耐久性
16. 静止物体の耐久性
17. 温度
18. 明るさ
19. 移動物体の消費エネルギー
20. 静止物体の消費エネルギー
21. 出力
22. エネルギーの損失
23. 物質の損失
24. 情報の損失
25. 時間の損失
26. 物質の量
27. 信頼性
28. 測定の精度
29. 製造の精度
30. 物体に作用する有害要因
31. 有害な副作用
32. 作りやすさ
33. 使いやすさ
34. 直しやすさ
35. 適応性
36. 装置の複雑さ
37. 制御の複雑さ
38. 自動化の度合い
39. 生産性

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2010年3月14日日曜日

技術的矛盾

　技術的矛盾は異なる二つの評価パラメーターが互いに対立する場合に生じます。
　評価パラメーターとそれらに求められる値は解の目的を明確化します。つまり、これらのパラメーターは問題を解決しようとしている人が解決策から何を得たいのかを示します。それは、より良い性能であったり、資源活用の増大であったり、有害作用の減少であったりします。

　技術的矛盾は "二つのサブシステム" 間またはあるサブシステムと外部環境間の対立を表します。

　このような技術的矛盾は以下のような場合に生じます：

あるサブシステムにおける有用機能の創出や強化が他のサブシステム（あるいは環境）における有害機能の発生や増大につながる
あるサブシステムにおける有害機能の除去や緩和により他のサブシステムの有用機能が低下する
あるサブシステムにおける有用機能の強化や有害機能の緩和により他のサブシステムや方法全体が容認できないほど複雑になったり、容認できないほど資源を消費したりしてしまう

　技術的矛盾は以下のようなモデルにより示すことができます：

ある作用が有用であると同時に有害である
ある作用が有用作用と有害作用を生じる
有用作用の導入や有害効果の緩和がサブシステムやシステム全体の劣化につながる

　技術的矛盾の例：

容器を丈夫にすると重くなってしまう
高い強度と低い重量が求められる
半導体へのイオン侵入度は増やし、イオン注入に要する電力は減らしたい

http://www.automotive-res.com/semiconductor-industry-association/

2010年3月13日土曜日

技術的矛盾解決の "丘" モデル

　創造的に問題を解決するためには、矛盾に直面した場合に妥協策を探し求めるのではなく、その矛盾自体の解消に挑みます。この時に役立つ手段としていくつかの原理があります。

　闇雲な試行錯誤、個人の知識、類似性などに頼るかわりに、これらの原理を利用した体系的なプロセスにしたがい、個別の問題を抽象化して一般的なフレームワークに位置付け、そこから得られた一般解を具体化することにより解決策を得るようにしましょう。

　システム内に存在する矛盾を見つけてそれを理解し、解決するのはシステムを改良するための効果的な方法です。

　この体系的なプロセスの各ステップを分かりやすく表現した "丘" モデルは、技術的矛盾解決の場合、以下のようになります：

一般的な問題記述
問題の抽象化 → 技術的矛盾としての問題記述
（アルトシューラーの）マトリックスの使用 → 一般解
一般解の解釈とアイデア創出 → 具体的な解決策

技術的矛盾解決の "丘" モデル

2010年3月12日金曜日

システムレベルによる分離

　最後に、サブシステムまたは上位システムへ移行して物理的矛盾をシステムレベルで分離してみましょう。

・分離原理「システムレベルによる分離」

　正反対の要求を対象物の全体とその部分によって分離しようという概念です。

　システムが相反する機能を実行したり、相反する条件のもとで動作しなければならない場合には、システムを分割し、相反する機能や条件の片方をサブシステムに割り当て、システム全体としてはもう片方の機能や条件を保つようにしましょう。

　以下のように考えてみます：

　「A」という特性と「非A」という特性の片方をシステム全体、もう片方をその部分に割り当てることによって両方の特性を満たすことができないか？

　もし、満たせるのであれば、システム全体とその部分に割り当てましょう（下図）。

●例「グリッパ」

　機械でものをつかむのにグリッパを用います（下図）。立方体などをつかむのには問題無いのですが、ちょっと複雑な形状のものをつかもうとすると、接触面積が小さいため、弱い力では途中で動いてしまったり、強い力では局所的に圧力が加わったりしてしまいます。

　どうすれば複雑形状物であっても局所的に圧力をかけることなくしっかりとつかむことができるでしょうか？

http://www.active-robots.com/products/robots/lynx-a-gripper.shtml

　この場合の物理的矛盾は以下のように記述できます：

「複雑形状物をもつかめるためにはグリッパが柔軟でなくてはならないが、
　対象物をしっかりとつかむためにはグリッパが柔軟あってはならない」

　したがって、グリッパ全体は柔軟にし、対象物をつかむ個々の部分は柔軟でないようにしましょう（下図）。

　つかむ部分を平板ではなく複数の細かいピンで構成し、対象物の形状に合わせてこれらの位置を調整すれば、複雑な形状のものでもしっかりとつかむことができますね（下図）。

http://www.honeybeerobotics.com/conformal.html

2010年3月11日木曜日

条件/関係による分離

　今度は、物理的矛盾を条件/関係で分離してみましょう。

・分離原理「条件/関係による分離」

　正反対の要求を条件や関係によって分離しようという概念です。

　相反する要件を条件によって分離することにより、特定の条件のもとで有用なプロセスを実現する場合の矛盾を解決できます。有用なプロセスだけが生じるようにシステムや環境を変えることについて以下のように考えてみます：

　「A」という特性と「非A」という特性の双方を満たすようにシステムや環境の条件を変えることができないか？

　もし、変えられるのであれば、条件で分割してみましょう（下図）。

●例「おがくず」

　製材所などで生じるおがくずには木片が混ざったりします。販売用に、ここからおがくずだけを集めたいのですが、集じん機（下図）を使うと木片も一緒に吸い込まれてしまいます。

　どうすればおがくずだけを集めることができるでしょうか？

http://www.hitachi-koki.co.jp/powertools/products/blower/blower.html

　この場合の矛盾は以下のように記述できます：

「おがくずをすべて集めるためには吸引力が強くなくてはならないが、
　木片を吸い込まないためには吸引力が弱くなくてはならない」

　したがって、吸い込む対象物の条件によって分離し、（小さい）おがくずは吸引されるけれども、（大きい）木片は吸引されないようにしましょう（下図）。

　吸入管の断面直径を少し増やすことにより、木片などの大きめのものは吸引されないように、流れの状態を変えることができます（下図）。

http://www.getwoodworking.com/news/article.asp?a=772

2010年3月10日水曜日

空間による分離（第２弾）

　次に、物理的矛盾を空間で分離してみましょう。

・分離原理「空間による分離」

　正反対の要求を場所によって分離しようという概念です。
　システムが相反する機能を実行したり相反する条件のもとで動作しなければならない場合には、システムをサブシステムに分けてみましょう。そして、相反する機能や条件をそれぞれのサブシステムに割り当てましょう。
　「空間による分離」の概念は「動作空間」という考え方に基づいています。
正反対の要求がそれぞれどこで必要となるのかを明確化した上で、以下の点について考えてみます：
　「A」という特性はどこでも必要とされているのか、それとも特定の場所にだけあればよいのか？
　もし、「A」という特性がいたるところで必要とされているのでなければ、空間で分割してみましょう（下図）。

●例「コーヒーカップ」

　コーヒーを温かく保つためにはコーヒーカップが熱いほうがいいですね（下図）。
でも、熱すぎると指を火傷しかねません。
　どうすれば火傷の心配をすることなく熱いコーヒーが飲めるでしょうか？

　「熱い」という特性はどこでも必要とされているのではなく、コーヒーと接する内側の面にあればよいだけです。
　したがって、空間で分割し、指が触れる部分は熱くないように変えてしまいましょう（下図）。

　断熱材でできた筒を外側にはめ込んでしまえば、指は安泰ですね（下図）。

2010年3月9日火曜日

時間による分離

　まず、物理的矛盾を空間で分離してみましょう。

・分離原理「時間による分離」

　正反対の要求を時間によって分離しようという概念です。

　システムやプロセスが相反する要求を満足させたり、相反する機能を実行したり、相反する条件のもとで動作しなければならない場合には、相反する要求や機能や動作が異なる時間に実施されるようにシステムを運用してみましょう。

　「時間による分離」の概念は「動作時間」という考え方に基づいています。
　正反対の要求がそれぞれいつ必要とされているのかを明確化して、以下のことを考えてみます：
　「A」という特性は常に必要とされているのか、それとも特定の時間にだけあればよいのか？
　もし、「A」という特性が常に必要とされているのでなければ、時間で分割してみましょう（下図）。

●例「物差し」

　大きなものを測る場合のことを考えると、物差しは長いほうが便利です（下図）。
でも、持ち運びには不便ですね。
　どうすれば楽に持ち運ぶことができるでしょうか？

http://www.monotaro.com/p/0679/0052/

「長い」という特性は常に必要とされているのではなく、計測時にあればよいだけです。
したがって、時間で分割し、計測時以外は長くないように変えてしまいましょう（下図）。

　少し柔軟性を持たせて巻尺にしてしまえば、かさばらずに持ち運べますね（下図）。

2010年3月8日月曜日

物理的矛盾解決の "丘" モデル

　創造的に問題を解決するためには、矛盾に直面した場合に妥協策を探し求めるのではなく、その矛盾自体の解消に挑みます。この時に役立つ手段としていくつかの原理があります。

　闇雲な試行錯誤、個人の知識、類似性などに頼るかわりに、これらの原理を利用した体系的なプロセスにしたがい、個別の問題を抽象化して一般的なフレームワークに位置付け、そこから得られた一般解を具体化することにより解決策を得るようにしましょう。

　システム内に存在する矛盾を見つけてそれを理解し、解決するのはシステムを改良するための効果的な方法です。

　この体系的なプロセスの各ステップを分かりやすく表現した "丘" モデルは、物理的矛盾解決の場合、以下のようになります：

一般的な問題記述
問題の抽象化 → 物理的矛盾としての問題記述
物理的矛盾に対する解決方法の適用 → 一般解

一般解の解釈とアイデア創出 → 具体的な解決策

物理的矛盾解決の "丘" モデル

2010年3月7日日曜日

矛盾する要求の分離（4つの分離原理）

　物理的矛盾を満足させることも迂回することもできない場合、その解決には以下の4つの分離原理のいずれかを用います：

2010年3月6日土曜日

物理的矛盾の解決方法

　物理的矛盾とはシステムのある要素の一つのパラメーターに対する相反した二つの物理的要求間の対立です。物理的矛盾は、ある制御パラメーターに対して異なる値が要求されるときに生じます。
　問題解決にあたり、矛盾は以下の形で定式化されます：
『システムのある要素は（問題解決に）要求される機能を達成するために「A」という特性を持つべきであり、同時に、この要素は既存の制約や要件を満たすために「非A」という特性を持つべきである』

例：

要素は熱く、そして冷たくあるべき
要素は硬く、そして柔らかくあるべき

　物理的矛盾は基本的に以下の3つの考え方を用いて解決できます：

矛盾する要求の分離（4つの分離原理）
矛盾する要求を満足
矛盾する要求の迂回

2010年3月5日金曜日

物理的矛盾

　システム内で変えることができる制御パラメーターの一つに対して相反する二つの値が要求される状態を物理的矛盾と言います。最も望ましい結果の達成を妨げている矛盾を突き止めることが問題解決への第一歩です。通常、問題に内在する物理的矛盾を正しくとらえるとその問題の本質が見えてきます。また、矛盾を誇張することにより、解決策が導きやすくなることがよくあります。

　物理的矛盾は以下のような場合に生じます：

サブシステム内の有用な機能を強めると、同じサブシステム内に存在する有害な機能も同時に強められてしまう
サブシステム内の有害な機能を弱めると、同じサブシステム内に存在する有用な機能も同時に弱められてしまう
サブシステム内の有用な機能を強めると、同じサブシステム内に存在する別の有用な機能が弱められてしまう
サブシステム内の有害な機能を弱めると、同じサブシステム内に存在する別の有害な機能が強められてしまう

　物理的矛盾のモデルは以下のように記述できます：

『あるサブシステム（要素）は、必要な機能を果たすために「A」という特性を持つべきであるが、問題の条件を満たすために「非A」または「反A」という特性を持つべきである』

　物理的矛盾は技術システム内の一つのサブシステム（要素）の物理的状態に対する矛盾した要求を示します。

　物理的矛盾の例：

（ある目的のために）重たく、また、（別の理由により）軽くあってほしい
半導体チップ（下図）内の絶縁体の誘電率は、寄生容量を抑えるために低くしたいが、情報をよりよく記憶するために高くしたい

http://www.teldevice.co.jp/product/safenet/focus.html

2010年3月4日木曜日

問題解決プロセスの "丘" モデル

　「問題解決における物質-場モデルと標準解法の役割」で紹介した "丘" モデルを少し拡張してみましょう。

　"丘" モデルでは、問題解決プロセスの第一段階として、抽象化プロセスにより問題を一般化し、非典型的な問題を標準的な問題モデルに置き換えます（下図左側）。

問題解決プロセスの "丘" モデル

　
　主な問題モデルには以下の２種類があります：

システム内の２要素間に働く不満足な作用（物質-場モデルにより判明した不充分なあるいは有害な機能）
矛盾

　一般化した問題モデルに対して提案される解決モデル（標準的な概念解）の候補を、問題が生じている特定の状況において利用可能なリソースを用いてあてはめます（上図右側）。
　この "丘" モデルの左側斜面の赤い楕円がそれぞれひとつの "はさみ" モデルに対応します。したがって、"丘" モデルは "はさみ" モデルをより効率的に使えるようにするとともに、問題解決プロセスにおいて重要な新たな視点である一般化レベル間の遷移について示してもいます。問題解決プロセスの初期段階において、"はさみ" モデルのルールにのっとって何度か問題の表現を変えますが、実はそのたびに一般化のレベルを上げているのです。この抽象化プロセスを通して問題のより一般化された記述が得られ、その結果、一見まったく異なって見えるような問題間の直接的な類似性が見つけやすくなります。

　一般化のレベルが

　（技術的矛盾の解決に用いる）マトリックス＜標準解法＜物理的矛盾

の順に高くなっているということですね。

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2010年3月3日水曜日

「矛盾」について

　矛盾とは、一般的に、「両立しないものあるいは互いに正反対のものの両方を主張すること」を指します。
　矛盾は、いつどこで対立が生じているかを示すので、最も望ましい結果の達成を妨げている障壁（矛盾）を突き止め、これを克服することにより、効果的に問題を解決することができます。
　矛盾は、システムのある特性を良くすることがそのシステムの同じまたは別の特性に悪い影響を及ぼしてしまう場合に生じます。

　では、テーブルを例にとって、矛盾について見てみましょう。
　最も望ましいのは軽くて丈夫なテーブルですね。特性を用いて表現すると、強度が大で重量が小であるテーブルということになります。でも、強度を上げようとして（例えば）板厚を厚くすると重量が増えてしまい、逆に、重量を減らそうとして板厚を薄くすると強度が下がってしまいます（下図）。

　　上記の例における板厚のように直接変更する特性を制御パラメーター、その結果間接的に変更される強度や重量などの特性を評価パラメーターと言います。そして、一つの制御パラメーターにおける二つの値間に存在する対立を物理的矛盾、二つの評価パラメーター間に存在する対立を技術的矛盾と言います。
　上図で示されるように、一つの物理的矛盾には二つの技術的矛盾が対応します。

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This book has been developed in the frame of the TETRIS project funded by the European Commission—Leonardo da Vinci Programme.
The partners of the project consortium are:
AREA Science Park (Italy) www.area.trieste.it (project coordinator)
ACC Austria Gmbh (Austria) www.the-acc-group.com
European Institute for Energy Research - EIfER (Germany) www.eifer.uni-karlsruhe.de
Fachhochschule Kärnten (Austria) www.fh-kaernten.at
Harry Flosser Studios (Germany) www.harryflosser.com
Higher Technical College Wolfsberg (Austria) www.htl-wolfsberg.at
Jelgava 1. Gymnasium (Latvia) www.1gim.jelgava.lv
Siemens AG, Sector Industry, Industrial Automation and Drive Technology (Germany) w1.siemens.com/entry/cc/en/
STENUM Environmental Consultancy and Research Company Ltd (Austria) www.stenum.at
Technical Institute for Industry “Arturo Malignani” (Italy) www.malignani.ud.it
The educational center for adults of Jelgava (Latvia) www.jrpic.lv
University of Florence (Italy) www.dmti.unifi.it

2010年3月2日火曜日

"はさみ" モデル

　問題に対して闇雲に解決策を考えてみたところでなかなか良い解決策にはぶち当たってくれません。それですぐぶち当たるようなものはそもそも問題にはならないでしょう。そこで、どの方向に考えていけば良いのか示してくれる指標みたいなものがあるとうれしいですね。

　 "はさみ" モデルでは、問題の初期状況から解決案を直接導こうとする姿勢を回避しています。直接導くかわりに、まず、最も望ましい結果が何であるかを洗い出して正確に記述し、次に、利用可能なリソースを用いている現状と最も望ましい結果とを比較することにより、最も望ましい結果の達成を妨げている障壁が何であるのかを突き止めます。この障壁を矛盾のかたちで表現し、現システムの根底にあるこの矛盾を克服する方法として概念解を創出します（下図）。

　初期状況としての現状と最も望ましい結果の両側からはさみ込むようにして障壁を突き止めることから "はさみ" モデル（または、トングスモデル）と名づけられています。　

Copyright notes

This book has been developed in the frame of the TETRIS project funded by the European Commission—Leonardo da Vinci Programme.
The partners of the project consortium are:
AREA Science Park (Italy) www.area.trieste.it (project coordinator)
ACC Austria Gmbh (Austria) www.the-acc-group.com
European Institute for Energy Research - EIfER (Germany) www.eifer.uni-karlsruhe.de
Fachhochschule Kärnten (Austria) www.fh-kaernten.at
Harry Flosser Studios (Germany) www.harryflosser.com
Higher Technical College Wolfsberg (Austria) www.htl-wolfsberg.at
Jelgava 1. Gymnasium (Latvia) www.1gim.jelgava.lv
Siemens AG, Sector Industry, Industrial Automation and Drive Technology (Germany) w1.siemens.com/entry/cc/en/
STENUM Environmental Consultancy and Research Company Ltd (Austria) www.stenum.at
Technical Institute for Industry “Arturo Malignani” (Italy) www.malignani.ud.it
The educational center for adults of Jelgava (Latvia) www.jrpic.lv
University of Florence (Italy) www.dmti.unifi.it

2010年3月1日月曜日

標準解法の分類

　標準解法は以下の5つのクラスに分類されます：

クラス1　作用の改善および有害作用の除去
クラス2　システムの進化　
クラス3　マクロやミクロのレベルへの遷移
クラス4　検出と測定の問題
クラス5　メタ解決策、ヘルパー

　各クラス内もさらに分類すると下図のようになります：