ARTheque - STEF - ENS Cachan | Problèmes inventifs et TRIZ

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ROBLÈMES INVENTIFS ET

TRIZ

Frédéric Quentin

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(Compte rendu : Joël Lebeaume)

TRIZ, acronyme soviétique, signifie « théorie de résolution de problèmes inventifs ». Présentée par son auteur comme une théorie2_{, la pratique de}

ses outils la fait considérer comme une méthode et une démarche. Briser l'inertie psychologique en est l’intention fondamentale : il s’agit de dépasser le champ des solutions connues et de lever les blocages individuels ou collectifs dûs par exemple à l’usage de termes polysémiques.

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Frédéric Quentin travaille dans l'équipe projet du centre-design PSA qui doit accueillir plus de 1000 personnes dans les prochaines années. Auparavant, il était responsable de l’Ingénierie Méthodologique de Créativité sur le Plateau Créativité Innovation, une structure de PSA chargée de porter assistance à toute personne rencontrant un problème (aider à la formulation du problème ou bien réponse à leur demande de créativité après utilisation de l'ensemble des autres possibilités). Il a été aussi responsable d'une équipe d'électronique de puissance dans une unité de recherche « véhicules électriques » où il s'intéressait aux techniques de créativité afin d'aider les ingénieurs à trouver des solutions innovantes. Frédéric Quentin est également vice-président de l'association Triz-France assurant la promotion de la méthode.

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1. GENÈSE ET FONDEMENTS

1.1. L’auteur : Geinrich ALTSHULLER (1926-1998) un inventeur pas

comme les autres

Geinrich Altshuller est un inventeur pas comme les autres. À douze ans, il invente un petit bateau à propulsion à carbure, à seize ans il dépose un brevet qui concerne un scaphandre autonome. À cet âge, il est alors expert pour la marine russe dans le domaine des brevets. Il rencontre ainsi de nombreux inventeurs présentant leurs propositions de solutions innovantes. Également passionné par les grands inventeurs, il s'intéresse aux mécanismes psychologiques mis en œuvre dans la résolution de problème. Exilé dans un goulag scientifique où il s'est retrouvé dans « l'université d'un seul homme » selon ses termes, il enquête alors auprès des scientifiques sur leurs façons de résoudre des problèmes, de trouver des solutions et d'expliquer leurs démarches. Également auteur d'ouvrages de science fiction dans lesquels il présente certains éléments de sa théorie, il est reconnu comme le père de la méthode.

1.2. Comprendre le comportement psychologique

Comprendre le comportement psychologique des inventeurs et les mécanismes qui conduisent à des solutions innovantes, et systématiser la démarche de résolution de problème est l’ambition de Altshuller. Trois facteurs contextuels sont fondamentalement associés à la naissance de TRIZ : son activité au bureau des brevets, sa rencontre avec de nombreux scientifiques au Goulag et le communisme en URSS dont l'isolement contraint la recherche de solutions « simples ».

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banales. Les notions essentielles, des outils de créativité et de résolution de problèmes inventifs proviennent des principes communs identifiés.

1.4. Niveaux d'inventivité et principes de résolution

Il a distingué cinq niveaux d'inventivité suivant le degré d'inventivité des solutions proposées :

le niveau 1 présente les solutions évidentes, possibles, apparentes (32 % des brevets annuellement déposés sur la planète),

Les niveaux 2, 3 et 4 traitent des améliorations : niveau 2 : amélioration mineure

niveau 3 : amélioration majeure (18 % des brevets) niveau 4 : nouveaux concepts (4 % des brevets déposés) le niveau 5 concerne les découvertes ex-nihilo

La cible privilégiée de la méthode TRIZ concerne les niveaux 2, 3, 4.

1.5. Quarante principes de résolution

L'examen systématique des solutions proposées, a permis d'extraire 40 principes qui permettent de résoudre les problèmes rencontrés : la segmentation, l'extraction, la qualité totale, l'asymétrie, la combinaison… l'expansion thermique, l'oxydation, l'environnement d'insertion, le matériau composite.

1.6. Du problème à la solution

Dans cette méthode « la démarche intellectuelle pour résoudre un problème ne dépend pas d'un domaine particulier ». Il faut alors transformer le problème en un problème synthétique, consulter les solutions déjà consignées puis proposer une solution synthétique à adapter et enfin à valider le problème initial (figure 1).

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Le "Prisme" de TRIZ Autre problèmes déjà résolus Solutions analogues Ma solution

Mon problème Vérification

TRIZ

?

1 2 3 ... n 1 2 3 ... n

Figure 1 : du problème à la solution

2. STRUCTURE DE LA MÉTHODE ET OUTILS

Le synopsis représente la structure de la méthode (figure 2). C'est un algorithme d'actions entre problème et solution avec les étapes essentielles de restructuration, d'élimination et d'analyse et le cas échéant de reformulation du problème. Cet algorithme est accompagné d'outils (ovales sur le schéma) à chacune des étapes. Il est actuellement informatisé. Systèmes alternatifs Contradiction Ressources Idéalité Lois d'évolution Inertie psychologique Effet PhyGeCHI Vépoles Standards Matrice Principe de séparation Non Restructuration Élimination Analyse Problème Satisfactions Reformulation

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2.1. Notion d'idéalité

Cette notion recouvre l'intention de la recherche de solution : « le système idéal est celui qui remplit parfaitement sa fonction et qui n'existe pas ! ». Cette idéalité s'exprime par le rapport entre la somme des fonctions utiles et celle des fonctions inutiles, nuisibles et des coûts (Résultat Ultime Idéal) : F coûts + néfastes F SF ∑∑∑ ∑ RIF =

L'utilisateur sera invité à exprimer son problème en termes de Résultat ultime idéal et la plupart des outils de TRIZ permettent, soit d'améliorer les fonctions utiles, soit de réduire les fonctions nuisibles, inutiles ou coûteuses. Une des conséquences intéressantes de cette notion est que l'utilisateur est convié à rechercher des solutions simples, sans rajout au système étudié, en utilisant au maximum les ressources existantes au sein du dit système ou de son environnement.

Il reste de nombreux outils pour élaborer le problème, esquisser la solution ou situer le problème dans un cycle d'évolution afin d'anticiper les évolutions futures

2.2. Notion de contradiction

La contradiction exprime les exigences antagonistes auxquelles doit faire face tout concepteur. À la différence de la démarche habituelle qui consiste à rechercher un compromis, TRIZ proposera plusieurs démarches pour rechercher et s'affranchir des contradictions (contradictions organisationnelles, techniques, physiques).

TRIZ est une méthode permettant de simplifier systématiquement le problème pour parvenir à des solutions simples. Par exemple l'amélioration du système de polissage des lentilles (trop long, trop coûteux) met en évidence les contradictions à lever (figure 3) :

Contradiction organisationnelle : en perforant la surface de l'abrasif, on diminue la surface et l'efficacité du polissage.

Contradiction technique : en accroissant la capacité de lubrification, on diminue la capacité à polir.

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Contradiction physique : la surface de polissage doit être creuse pour laisser passer le lubrifiant et pleine pour polir la lentille.

Lentille

Solide abrasif

Orifice de lubrification

Liquide lubrifiant et évacuation

Figure 3 : système de polissage des lentilles

La solution doit donc être à la fois creuse et pleine ce qui ne peut être obtenu que par le choix de l'intégration des fonctions d'abrasion et de lubrification dans le même support. Cette possibilité d'un liquide et d'un solide, d'un creux et d'un plein induit une solution qu'est un bloc de glace.

2.3. La matrice des contradictions techniques

La reformulation des problèmes en termes de contradictions (organisa-tionnelles, techniques, physiques) est une étape essentielle. La matrice suggère qu'un problème est toujours formulable comme une opposition, une contradiction technique entre deux des 39 paramètres contenus dans la méthode (par exemple : rigidité d'une pièce et sa résistance à un effort). Les 39 paramètres sont : masse d'un objet mobile, masse d'un objet immobile, longueur d'un objet mobile, longueur d'un objet immobile, surface d'un objet mobile… complexité de l'appareil, complexité de contrôle, degré d'automatisation, productivité (figure 4).

Dans la matrice, sur un côté est positionnée l'amélioration souhaitée et sur l'autre la dégradation induite par l'amélioration apportée. À l'intersection

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39 paramètres amélioration dégradation 1 2 ... 39 39 1 2 ... 0 à 4 principes (parmi 40) 1 2 …

Figure 4 : matrice des contradictions techniques

Ce résultat provient de l'analyse statistique des solutions existantes à propos de problèmes analogues de conflit. Le caractère universel de la méthode signale que si aucune proposition n'est faite, cela signifie que le problème est mal formulé.

2.4. Élimination des contradictions

La méthode TRIZ fonctionne ainsi sur une cascade d'actions utilisant des outils particuliers. Les trois grandes phases sont celles de la restructuration du problème, d'élimination des contradictions, et d'analyse des solutions. Non Non Séparation des Contradictions Effets Principes Standards Transfert vers le Mini Problème Solution ? Solution ? Solution ? Phase 1 Restructuration du Problème Phase 3 Analyse des solutions Phase 2 Elimination des contradictions Oui Oui Non Analyse Ressource Analyse Système 1 RIF Contradictions

A

RIZ 91

ARIZ 91

?

Maximiser l’utilisation des solutions Pertinence ARIZ / Réalité Analyse élimination Contradictions 1 Solution ?

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3. UN EXEMPLE

3.1. Un besoin et un problème

Le problème est celui de la connaissance du niveau de gaz dans une bombonne, répondant à un besoin validé des utilisateurs. Les contradictions peuvent s'exprimer en ces termes :

contradiction organisationnelle : je veux connaître le niveau de remplissage de ma bombonne sans rien ajouter à mon système

contradiction technique : la difficulté de mesurer conduit à compliquer le système

3.2. Analyse des contradictions

Ces contradictions correspondent à la formulation d'un conflit entre deux des 39 paramètres : à améliorer : (36) complexité de la mesure,

tend à dégrader (37) complexité de l'appareil

TRIZ suggère alors 4 principes parmi les 40 : (15) le degré de dynamisme, (10) l'action préliminaire, (37) l'expansion thermique, (28) la reconception. La suggestion (15) peut ainsi s'exprimer : « rendre l'objet automatiquement adaptée par une séparation géométrique qui évoluerait vers une position requise au moment requis ». En d'autres termes il s'agit d'examiner quelles ressources évoluent au fur et à mesure de la consommation de gaz et quelles sont les implications potentielles dans l'évolution de la géométrie du système.

Pour ce qui concerne le temps : la connaissance du débit implique un appareillage complexe et une connaissance du niveau initial pour évaluer le contenu.

Pour ce qui concerne la pression : sa mesure est complexe, son interprétation difficile et son action sur le système peu fiable.

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3.3. Une solution innovante

Une solution innovante est alors envisageable :

Gaz liquide Bombonne Méplat Contre poids Gaz liquide Bombonne Méplat Contre poids

G

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ANNEXE

Domaine d'utilisation de TRIZ

TRIZ est un outil parmi d'autres. Son développement dans les entreprises suppose son intégration dans la panoplie des outils d'aide à la conception. Son domaine de pertinence est précisée sur la vue :

Il s'intègre dans l'offre logicielle actuelle aux côtés de TechOptimizer ou de Innovation WorkBench avec sa large couverture des outils dans la résolution de problèmes.

Outils Classiques Outils TRIZ Pareto, Ishikawa, Toit de la maison

de la Qualité (QFD) , Diagramme des affinités (KJ)

Questionnaire Lois d’évolution

Bête à cornes, Ludion, Pieuvre, Bloc diagramme fonctionnel, FAST, SADT,

Diagramme des inter-relations

Formulation du problème

Brainstorming, Fiches ID, Purge, Arborescence

Matrice, Principes de séparation, S-Field, ARIZ, Standards,

Effets Physiques

AMDEC, Tableau d’analyse

Méthode d’anticipation Identifier le Problème Formuler le Problème Développer des concepts