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Fino ad oggi la maggior par-te delle industrie italiane hatenuto il mercato svilup-pando l’automazione nella

fabbricazione e riorganizzando le li-nee produttive, curando l’affidabi-lità e la qualità del prodotto e com-battendo la concorrenza più che al-tro sul fronte dei prezzi.

È una strategia che comincia a mo-strare i limiti perché i Paesi emergen-ti grazie al basso costo della manodo-pera vincono facilmente la battagliadei prezzi. Così, si deve ricorrere aquella risorsa che è sempre stata il ve-ro motore dello sviluppo: la capacitàdi innovare il prodotto. Innovare vuoldire trovare nuovi modi per soddisfa-re i bisogni arricchendo il prodottocon il valore aggiunto della creativitàe invenzione.

In realtà è una strada difficile dapercorrere perché entra in gioco lacultura, non solo tecnica, del proget-

tista e la sua creatività, finora messa insecondo piano perché è stata fattaprevalere la tradizione aziendale. Inprospettiva, invece, bisogna pensareche le grandi aziende affiderannosempre più spesso a terzi esterni an-che compiti tecnici importanti, pro-gettazione compresa, e non solo lafornitura di componenti semplici e abasso costo: è facile prevedere che re-steranno sul mercato le piccole im-prese che impiegheranno personaledi maggior valore.

Di qui l’importanza della forma-zione culturale sia dei tecnici che de-gli imprenditori, evidentemente supiani diversi, attorno ad argomenti difrontiera come le tecniche per siste-matizzare l’innovazione e per svilup-pare la creatività, ma anche su stru-menti ingegneristici come la modelli-stica funzionale e la simulazione deiprocessi di fabbricazione oltre chesulle loro interazioni e integrazione.

I primi ingegneri

Nel Rinascimento si ha la prima ri-voluzione industriale ampiamente do-cumentata da progetti, intesi nellamoderna accezione del termine. Allo-ra è interessante fare un parallelo tral’ingegnere rinascimentale e quellomoderno, in relazione al motore pri-mo della qualità della progettazione,che la formazione culturale.

Nel rinascimento l’ingegnere è cre-sciuto come artista che nel significatopiù antico coincide con il più tardoartigiano cioè colui che è maestro inarte, dove per arte si deve intenderequalunque forma di abilità manuale(o spirituale). Nella maggior parte deicasi l’ingegnere rinascimentale era an-che un artista nel senso moderno del-la parola: Leonardo è ovviamente ilcaso più noto.

Che relazione c’è tra arte e inge-gneria? L’arte si suppone sia materiasfuggente e priva della logica del rigo-re e dell’oggettività dell’ingegneria. Inrealtà si può fare un parallelo tra l’ar-tista e l’ingegnere: partono entrambida una pagina bianca. Il lavoro del-l’artista proviene da una serie di azio-ni solo in apparenza caotiche: inrealtà l’ispirazione si concretizza nel-l’opera e prende forma seguendo re-gole dello stile, del periodo storico,della scuola, dei desideri del cliente.

L’ingegnere riempie la propria pa-gina bianca partendo ancora dall’in-tuizione, che, filtrata dall’esperienza edalla cultura tecnica, prende forma.

Quindi entrambi partono da unprocesso creativo e arrivano alla solu-zione del problema che è bene notarein nessuno dei due casi è univoca.

L’ingegnere deve avere natural-mente le opportune conoscenze spe-

Innovazione nella progettazione

TRIZa cura di

Gaetano Cascini, Paolo Rissone, Davide RussoDipartimento di Meccanica e Tecnologie Industriali

Università degli Studi di Firenze

Figura 1. Pompa a palette di Ramelli(1588) e pompa moderna.

Tecnologia

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cifiche. Ciò mette in luce un altrorapporto complesso, che è quello traingegneria e scienza.

L’ingegnere rinascimentale dispo-neva di un know how culturale deri-vato direttamente dalla metafisicaaristotelica. La fase ideativa era vizia-ta da una visione della realtà distortae fuorviante (basti pensare che nel‘400 era opinione diffusa che il motodi un oggetto fosse l’effetto di unaspinta da parte dell’aria e non il risul-tato dell’azione di una forza in con-trasto con l’attrito provocato dall’ariastessa).

Le conoscenze scientifiche deltempo non giustificano quindi lostraordinario livello qualitativo deimanufatti e delle invenzioni rinasci-mentali (Figura 1): l’ingegnere elabo-rava (e concretizzava) le proprie ideeper mezzo di un’attenta e critica os-servazione della realtà sempre ac-compagnata da esperienze pratichefatte – è bene ricordarlo – in campidiversi, anche non tecnici. E forseproprio la multisettorialità dell’espe-rienza pratica impediva che la tradi-zione opprimesse la creatività.

Ingegneri e progettazioneL’evoluzione storica ha cambiato

radicalmente la figura dell’ingegnere.Oggi il progettista tipico è inserito inuna rete complessa il cui scopo è an-cora, ovviamente, immettere sul mer-cato un prodotto vendibile solo checiò deve essere fatto nel minor tempopossibile assicurando comunque unalto rapporto valore/costo, elevata si-curezza d’uso, affidabilità nel tempo egradevolezza estetica. Per ottenerequeste prestazioni è stato necessariodare un peso sempre maggiore allaformalizzazione della cultura ingegne-ristica, collegandola in modo via viapiù stretto ai temi della ricerca scien-tifica e quindi parcellizzandola in ar-gomenti di elevata specializzazione.

Anche lo stesso processo di pro-gettazione è stato suddiviso in fasinelle quali l’ingegnere esegue diversitipi di attività intellettuale. Uno sche-ma progettuale classico è quello diFrench in cui le azioni sono organiz-

zate sequenzialmente nel tempo concriteri logici ben definiti (Figura 2).

Essendo stato individuato un biso-gno, viene progettato l’oggetto in gra-do di soddisfarlo. Con l’analisi delproblema si fissano esattamente le ca-ratteristiche e le proprietà del biso-gno e, con la definizione delle specifi-che, si stabiliscono le condizioni alcontorno da rispettare. Nella fase diprogettazione concettuale si crea l’ar-chitettura generale dell’oggetto permezzo di semplificazioni e schematiz-zazioni di particolari. Il progetto di-venta sempre più preciso con una se-rie di schemi funzionali, ancora svi-luppati al punto tale da consentireuna prima individuazione della solu-zione tecnica sulla base delle sue ca-pacità nel soddisfare il bisogno entrole specifiche poste. Nella fase di det-taglio sono definiti i particolari chemigliorano le caratteristiche del pro-dotto.

Questo schema generale, che fini-sce con la produzione dei disegni co-struttivi, oggi deve essere modificatoe ampliato per tenere conto che quasitutte le azioni dell’iter progettuale so-no molto più efficaci – nel senso chesono compiute in minor tempo e ana-lizzano un numero molto maggiore dialternative – se affiancate dal suppor-to di strumenti software per la simu-lazione strutturale, funzionale, di fab-bricazione oltre che da programmiche facilitano il progettista nella valu-tazione estetica ed ergonomica delprodotto per mezzo di tecniche diprototipazione rapida e di realtà vir-tuale.

Ingegneri e creatività

Le prime fasi del progetto sonoquelle a più alto livello concettuale edi astrazione e le più critiche, datoche le decisioni prese condizionano inmodo pesante il resto dell’attività equindi iniziative errate fanno lievitaredi molto i costi del progetto. Proprioa questo livello della catena proget-tuale si devono dimostrare le doti dicreatività e di capacità di innovazioneche distinguono il buon progettistadall’ingegnere medio. Il pensierocreativo, che certamente è in parteuna dote naturale, è senza dubbio fa-vorito dalla cultura generale, dalla ca-pacità di utilizzare sintesi di esperien-ze in campi diversi, dall’apprendi-mento di tecniche specifiche. Pur-troppo i curricula di studi sia nellescuole medie superiori sia nelle uni-versità frazionano la cultura in settoritenuti rigorosamente separati e di-stanti; inoltre il sistema scolastico, peruna serie di ragioni di natura essen-zialmente politica, forma studenti ilcui livello culturale (sia pure nelle sin-gole e separate discipline) non è sod-disfacente nella gran parte dei casi.Nelle facoltà di ingegneria, infine, ingenerale l’attenzione è più concen-trata all’analisi di soluzioni esistentipiuttosto che alle tecniche per la ge-nerazione di soluzioni ed in generenon vengono insegnate le metodolo-gie per sviluppare il pensiero creati-vo. Le conseguenze di ciò sono vi-

Analisi delproblema

Definizionespecifiche

Bisogno

Progettazioneconcettuale

Sceltadegli

schemi

Inclusionedegli schemi

Progettazionedi dettaglio

Fabbricazione

Pensare creativo:TRIZ

Modellazione 3D

Analisi aglielementi finiti

Analisimulticomponente

CAMFabbricazioneassistitadal computer

Figura 2. Il processo diprogettazione e gli strumenti

necessari.

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TRIZ Progettazione innovativa

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sibili in Figura 3 in cui è evi-dente che il picco di creatività,intesa come capacità di proporreidee fuori dal consueto a pre-scindere dal proprio bagaglio diconoscenza non solo è diminui-to dal 1912 agli anni ’70 ma i lau-reati di metà degli anni ’80 han-no un picco negativo.

Da qui la necessità di riscopri-re il valore della creatività nelprocesso innovativo e la ricercadi strumenti teorici in grado di aiuta-re il progettista nella fase critica diideazione. Tra i molti disponibili inletteratura, appare molto interessanteperché applicabile in generale (equindi non solo al processo proget-tuale ma anche organizzativo) la me-todologia TRIZ.

La teoria TRIZ

Nel 1946 G. Altshuller, un giovaneingegnere dell’ex unione sovietica,comincia una analisi statistica di unvasto numero di brevetti; da qui si ac-corge che qualsiasi problema tecnicospecifico può essere ricondotto, me-diante un processo di astrazione, adun modello generale, e che i processilogici di risoluzione possono essereraggruppati in un numero finito di«principi risolutivi».

Secondo Altshuller i sistemi tecni-ci evolvono secondo leggi oggettive etendono a massimizzare il loro gradodi idealità, espressa come rapportotra le funzioni utili fornite dal sistemae le funzioni dannose insite nel siste-ma.

Partendo da tali principigiunse a perfezionare un algorit-mo per la risoluzione inventivadei problemi che sta alla basedella più generale «teoria di ri-soluzione inventiva dei proble-mi» (TRIZ ne è l’acronimo rus-so).

L’umanità cerca di descrivereogni campo della realtà con mo-delli per rappresentare e preve-dere i suoi comportamenti. Peresempio, prendendo in conside-razione la chimica, la rappresen-

tazione di un fenomeno è l’interazio-ne tra 2 modelli, i reagenti ed i pro-dotti delle reazioni; le reazioni rap-presentano gli strumenti con i qualiregolare lo schema del fenomeno.

Secondo la teoria TRIZ, una analo-gia simile può essere definita per iproblemi inventivi: un modello diproblema è interfacciato con un mo-dello delle sue soluzioni da un set distrumenti; in Figura 4 è mostrata unarappresentazione schematica di que-sto concetto. Perciò il TRIZ cerca didare un approccio sistematico per iltrasferimento delle soluzioni concet-tuali da un campo tecnico ad un altro,questa è una nuova strada per l’inter-disciplinarietà.

È interessante mostrare un con-fronto tra il modo di pensare di unbambino e quello di un adulto: que-st’ultimo teme le contraddizioni ecerca di scansarle superandole consoluzioni di compromesso. I bambiniinvece non temono contraddizionima le sperimentano per aumentare laloro curiosità; TRIZ ama le contraddi-zioni e le esagera, poiché la indivi-duazione e la formulazione di una ov-

via contraddizione è un passoverso la sua soluzione. Inoltre,l’adulto segue un approccio ditipo metafisico, considerandooggetti, processi e fenomeni se-paratamente piuttosto che siste-maticamente. Il bambino deside-ra trovare legami tra tutte le cosedi cui viene a conoscenza.

TRIZ cerca un approccio si-stematico e ricerca le connessio-ni tra oggetti remoti, processi e

fenomeni che spesso sembrano asso-lutamente non connessi.

Gli adulti usano una combinazionedisorganizzata di vari tipi di deduzio-ne, spesso applicata erroneamente. Ibambini usano una «traduzione», untipo di deduzione, sbagliata secondoil punto di vista classico, dove le de-duzioni sono prodotte a partire da unfatto specifico ad un altro fatto speci-fico.

TRIZ usa deduzioni tramite l’analo-gia, mostra transizioni di idee dedut-tive e soluzioni tra sistemi ad un livel-lo astratto.

Il processo di elaborazione di unaidea è fortemente influenzato dallainerzia psicologica cioè la tendenza ariprodurre schemi, metodi e percorsilogici comuni al tipo di apprendimen-to acquisito. Tale inerzia spinge a ri-cercare le soluzioni sempre nella me-desima direzione ovvero quella chenel passato ha dato buoni risultati.

Il metodo di insegnamento scola-stico e universitario in generale è ba-sato sul fornire all’ingegnere un insie-me di metodologie collaudate. Il sa-

pere è suddiviso in settori disci-plinari tenuti ben separati gli unidagli altri ad ognuno dei qualivengono associati gli strumentipiù adatti per risolvere i proble-mi fin nel dettaglio. Questo tipodi approccio metodologico è pa-radossalmente la causa prima deldiffondersi di tale inerzia nella lo-gica dell’ideazione e rappresentapertanto un grosso condiziona-mento alla creatività personaledell’inventore.

Basti pensare ad un sempliceesempio. Il team di studiosi

14 21 Età

Cre

ati

vit

à

Ribaud 1912

Altshuller 1970

Zlotin 1980

Figura 3. Creatività in funzione dell’età e del periodo storico.

Modellodi problema

TRIZ

Modellodi soluzione

TRIZ

Problematecnico

specifico

Soluzionetecnica

specifica

StrumentiTRIZ

Figura 4. Rappresentazione schematicadella teoria Triz. Da un problema

specifico, con una astrazione, si passa adun modello generale e quindi, tramitestrumenti specifici, si giunge ad una

soluzione, dalla quale si può sviluppare lasoluzione tecnica specifica.

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TRIZ Progettazione innovativa

russi della missione «Luna 16» chelavorava ad un satellite di rilevazionefotografica del suolo ne ritardò il lan-cio di alcuni mesi perché non riuscivaa trovare il giusto compromesso tra lospessore del vetro delle lampadine diilluminazione che dovevano reggereall’allunaggio e l’aumento di peso chene conseguiva e che rappresentava uncosto aggiuntivo non trascurabile. Ilrisultato fu l’eliminazione del vetrodato che in assenza totale di aria nel-

lo spazio, il vetro era total-mente inutile.

Dal canto loro gli ame-ricani della Nasa hanno in-vestito centinaia di milioninella ricerca di una pennaa inchiostro liquido chepotesse lavorare anche inassenza di vuoto, quando isovietici usavano banal-mente dei lapis!

La metodologia TRIZ hacome primo obiettivoquello di eliminare ogni ti-po di vincolo psicologico,obbligando a pensare a360 gradi, ribaltando incontinuazione il punto divista al problema; per ge-nerare una soluzione il pri-mo step è quello di pensa-re alla soluzione ideale (ze-ro costi, zero consumi,massimo di funzionalità,utilizzo di tutte le risorseesterne a disposizione, tra-sformazione dei fattoridannosi in risorse utili,ecc.). Il metodo TRIZ inol-tre si preoccupa di svinco-lare il processo creativo dalknow how personale del-l’ingegnere. Per fare que-sto TRIZ utilizza strumenticapaci di astrarsi dal pro-blema specifico per crear-ne un modello astratto;quindi, grazie all’analisistatistica di milioni di bre-vetti provenienti da tutte learee scientifico-disciplina-ri, vengono suggerite le di-rezioni sulle quali spingerela propria ricerca. Utiliz-zando la metodologia TRIZ, l’ingegne-re viene accompagnato lungo il suopercorso creativo ed è in grado di su-perare i propri limiti progettualisfruttando conoscenze che vanno ol-tre il proprio bagaglio culturale.

Qualche esempio

Da alcuni anni gli autori si occupa-no, sia sotto l’aspetto tecnico-scienti-fico che didattico delle tecniche di in-

novazione nella progettazione. Perquanto riguarda la didattica, sono te-nuti corsi in cui gli allievi sono invita-ti ad impiegare queste tecniche – in-sieme agli strumenti più tradizionalirappresentati da modellatori solidi esoftware agli elementi finiti – per losvolgimento dei progetti che costitui-scono la prova d’esame. Le figuremostrano alcuni esempi.

Gaetano Cascini, PaoloRissone, Davide Russo ■

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Il cavatappi(Alessio Lippi, Michela Papini)

Il funzionamento del cavatappi può essereschematizzato in due fasi distinte: la primain cui viene forato il tappo e la seconda incui il tappo viene tolto.Durante la prima

fase, ruotando la leva si spinge ladentatura e quindi l’elica trasla verso il

basso e fora il tappo. La seconda fase è piùcomplessa: il pezzo di ferro diventa solidale

non più al carter ma alla dentatura; inquesto modo quando muovendo la leva si

sposta la dentatura verso l’alto, sale ancheil pezzo di ferro quindi l’elica non si svita

ma tira via il tappo.

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Il passeggino maneggevole (Marco Chemeri, Francesco Malossi, Francesco

Schiavone, 2002)

La maneggevolezza emerge dalla scelta dellaruota anteriore girevole, a scapito della

semplicità di progetto. Questa idea è inoltreinnovativa, non esistendo in commercio

soluzioni analoghe su passeggini a 3 ruote,oltretutto con forcella monobraccio.

Scaleo leggero self standing in plastica(Cambi, Rotini 2001)

Scaleo di minimo ingombro. Chiuso, aperto, edettaglio dell’articolazione dei gradini per la

verifica strutturale.

TRIZ Progettazione innovativa