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1 TRABAJO FIN DE GRADO TÍTULO DEL TFG: Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC TITULACIÓN: Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación AUTOR: González de Oro, Yerai DIRECTOR: Elías Fuste, Antoni FECHA: Junio 2022 2 Título: Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Autor: Yerai González de Oro Director: Antoni Elías Fuste Fecha: Junio 2022 Resumen En numerosas ocasiones cuando una persona se enfrenta a un problema desconoce exactamente el punto de partida o cuáles son los caminos posibles para su resolución. Con la finalidad de poder ayudar a cualquier persona y conseguir facilitar el trabajo de invención nació la metodología de resolución de problemas de inventiva TRIZ. El acrónimo TRIZ proviene del ruso, Teorija Rezhenija Izobretateleskih Zadach, es decir, Teoría para Resolver Problemas de Inventiva. Esta teoría fue propuesta y desarrollada por el Ingeniero ruso Genrich Saulovich Altshuller, conocido como Genrich Altshuller La explicación de la metodología, así como su aplicación en el entorno de problemas pensados para que ésta los resuelva de forma eficiente y útil, es uno de los puntos clave del presente proyecto. En este sentido, el principal objetivo del trabajo, así como el propósito que se quiere conseguir es, a parte de dar a conocer dicha metodología, poder analizar y observar como puede comportarse en entornos TIC, mostrando como ésta sigue siendo realmente útil en este tipo de problemas. Es por este motivo, que este trabajo propone una posible resolución de un problema de un entorno TIC, mediante el uso de la mencionada metodología. A modo de introducción didáctica, también se comentan algunos ejemplos de inventiva resueltos por la metodología TRIZ. 3 Title: Engineering problem solving methodology (TRIZ) for ICT projects Author: Yerai González de Oro Director: Antoni Elías Fuste Date: June 2022 Overview On numerous occasions when a person faces a problem, they do not know exactly the starting point or what are the possible paths for its resolution. In order to be able to help anyone and facilitate the work of invention, the TRIZ inventive problem solving methodology was born. The acronym TRIZ comes from the Russian, Teorija Rezhenija Izobretateleskih Zadach, that is, Theory for Solving Inventive Problems. This theory was proposed and developed by the Russian engineer Genrich Saulovich Altshuller, known as Genrich Altshuller. The explanation of the methodology as well as its application in the environment of problems designed so that it solves them efficiently and usefully is one of the key points of this project. In this sense, the main objective of the work, as well as the purpose to be achieved is, apart from making this methodology known, to be able to analyze and observe how it can behave in ICT environments, showing how it continues to be really useful in this type of problems. It is for this reason that during this work a possible resolution of a problem in an ICT environment is proposed through the use of the aforementioned methodology. As a didactic introduction, some examples of inventiveness solved by the TRIZ methodology are also discussed. 4 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Índice Capítulo 1. Introducción .................................................................................. 5 Capítulo 2. Resumen histórico ……………………………………..................... 7 Capítulo 3. La innovación y sus niveles …………………………………….… 9 Capítulo 4. Principios fundamentales en TRIZ …………………...…………. 10 Capítulo 5. Tipos de contradicciones …………………………………………. 12 Capítulo 6. Parámetros fundamentales en TRIZ …………………………….. 14 Capítulo 7. Matriz de Contradicciones y su aplicación ……………….…… 16 Distribución de la matriz de contradicciones …………….….. 17 Capítulo 8. Aplicación de la metodología mediante la matriz de contradicciones ……………………………………………………………….. 19 Primer ejemplo: Problemática en el uso excesivo de agua de riego en la agricultura ……………………………………………. 20 Segundo ejemplo: Problemática de la lata de refrescos ...… 26 Capítulo 9. Aplicación de la metodología en un problema TIC …………... 33 Capítulo 10. Conclusiones ………………………………………………...……. 48 Capítulo 11. Bibliografía …………………………………………………………. 49 ANEXO I: 39 Parámetros fundamentales en TRIZ …...……………………… 51 Anexo II. 40 principios de invención en TRIZ …………………..…………… 55 Anexo III. Interacciones “Sustancia-Campo” ………………………………... 67 Anexo IV. Matriz de contradicciones ………………………………………….. 72 Introducción 5 Capítulo 1. Introducción Es un hecho innegable que la sociedad tiende a evolucionar de una manera cada vez más rápida y empujando tanto a empresas punteras como a personas de todo el mundo a innovar y adaptarse a este constante cambio. Para muchos, el hecho de tener que innovar puede producir verdaderos quebraderos de cabeza y frustración. Este trabajo surge de la necesidad de entender y demostrar como una metodología, inicialmente pensada para diseños mecánicos, puede aplicarse a todo tipo de proyectos de la ingeniería. Estableciendo así una posible guía para la resolución de problemas y diseño de productos y servicios. La metodología que pretende introducir este trabajo es la conocida como metodología TRIZ. Utilizada durante años, por grandes empresas como BMW, Toyota, Movistar, Siemens, Philips, LG, Nasa, General Motors, Ford Motor Corp., en la actualidad ya está formando parte de la carga docente de algunas universidades, como la Universidad Politécnica de Valencia o el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey. Se ha procurado que la exposición y redactado de este trabajo sea de la forma lo más didáctica posible. Cabe destacar que esta metodología comprende diferentes caminos o guías para solucionar diversos problemas, este trabajo se centra en la aplicación de uno de estos, “La Matriz de Contradicción”. No obstante, también aparecen descritos o enumerados algunos otros como pueden ser, “Interacciones Sustancia-Campo”. En el segundo capítulo se presenta un resumen histórico de la teoría, así como una pequeña presentación de su creador, el ingeniero Genrich Saúlvich Altshuller. El tercer capítulo hace referencia a la innovación y los niveles que esta puede llegar a tener y como éstos se clasifican. En el cuarto capítulo se proponen los principios fundamentales desarrollados por Altshuller y que forman la base de la metodología TRIZ. En el quinto capítulo se definen los diferentes tipos de contradicciones que estableció su creador. En el sexto capítulo se enumeran y explican los Parámetros Fundamentales de Inventiva establecidos. Durante el séptimo capítulo se explicará la aplicación de la matriz de contradicción En el octavo capítulo la metodología es aplicada en dos ejemplos mecánicos para facilitar la comprensión de la metodología. 6 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Durante el noveno capítulo se explica como TRIZ también se puede aplicar en un ámbito TIC mediante la resolución de un problema que bien pudiera darse dentro del ámbito TIC, y que nos sirve para demostrar como el empleo de TRIZ puede resultar conveniente en entornos de diseño TIC. Mediante dicho ejemplo, se comprueba y valida la tesis inicial propuesta en el proyecto. Finalmente, el décimo capitulo contiene las conclusiones obtenidas, se analizan los objetivos alcanzados, así como la validez de la metodología en la resolución de problemas de ingeniería TIC. Para acabar, se adjunta un último capítulo dónde se indica la bibliografía utilizada para llevar a cabo este trabajo. En último lugar también se adjuntan unos anexos de gran importancia para el correcto entendimiento del proyecto realizado. El primer anexo contiene la explicación de los 39 parámetros fundamentales en TRIZ; el segundo está dedicado a la explicación de los 40 principios de invención en TRIZ; el tercer anexo contiene la explicación de una manera alternativa también propuesta por el profesor Altshuller para la resolución de problemas de inventiva “Las interacciones Sustancia-Campo; por último, en el cuarto anexo se adjunta la matriz de contradicciones en su totalidad. Resumen histórico 7 Capítulo 2. Resumen histórico Los inventos y la innovación se han relacionado con la humanidad desde el principio de los tiempos. La historia nos muestra cómo y porqué se han producido los grandes inventos que han ayudado a la humanidad a avanzar y evolucionar hasta el lugar dónde estamos en la actualidad. Durante mucho tiempo se pensó que el proceso mental que induce a innovar o inventar surgía de la inspiración mental de las personas. Actualmente existen métodos sistemáticos y procedimentales que facilitan la generación de ideas para la producción de inventos (productos y/o servicios) como el descrito en este trabajo, TRIZ. El acrónimo TRIZ proviene del ruso, Teorija Rezhenija Izobretateleskih Zadach, es decir, Teoría para Resolver Problemas de Inventiva. Esta teoría fue propuesta y desarrollada por el Ingeniero ruso Genrich Saulovich Altshuller, conocido como Genrich Altshuller (1926-1998). Altshuller formó parte de la marina en la Antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas y allí fue nombrado inspector de patentes y fue, realizando ese trabajo, cuando empezó a dar forma a su obra. Revisando todas las patentes que le llegaban, empezó a estudiar los principios fundamentales en los que se basaban la gran mayoría de estas, descubriendo así que el 80% de las mismas tenían una base común, partiendo de principios similares. Altshuller llegó a la conclusión de que conociendo y aplicando estos principios fundamentales se pueden resolver el 80% de los problemas de inventiva. Es a partir de 1946 cuando se publican sus primeros resultados. En 1948, trabajando en la armada soviética escribió una carta a Stalin en la que criticaba aspectos del país como el bajo nivel de desarrollo inventivo, ofreciendo como solución los principios TRIZ. Como consecuencia de esta carta fue arrestado y sentenciado a 25 años en Siberia dónde continuó desarrollando su trabajo y escribió varias novelas bajo el pseudónimo “H.Altov”. Tras la muerte de Stalin en 1954 es liberado y empieza a difundir TRIZ, publicando varios libros y artículos científicos, el primero llamado “Psicología de la creatividad inventiva” publicado en la revista Voprosi de Psholgi. También ofreció diferentes conferencias, seminarios y talleres sobre su metodología. Tuvo tanto éxito en su país que pronto se extendió otros países como Bulgaria y Alemania. Tras su liberación Altshuller se instala en los Estados Unidos dónde continúa con su obra y se crea la Asociación rusa TRIZ de la que fue nombrado presidente. Altshuller finalmente fallece en 1998 con 71 años. Cabe destacar, también, su desarrollo de resolución de problemas inventivos ARIZ. 8 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC El fin de la Unión Soviética en 1991 provoca la emigración de un gran número de expertos rusos en TRIZ hacia otros países europeos, llevando con ellos sus conocimientos y creando empresas de consultoría. Esta metodología se ha seguido estudiando, desarrollando y utilizando hasta la actualidad. Como se ha mencionado anteriormente grandes empresas como BMW, INTEL, Nokia, Nestlé etc. La han utilizado para mejorar en sus respectivos campos de actividad. La innovación y sus niveles 9 Capítulo 3. La innovación y sus niveles Antes de profundizar en la metodología que se va a presentar hay que tener claro a qué hace referencia el término innovación y como este fue descrito y analizado por Genrich Altshuller.[1][3][5] Se refiere a innovación tecnológica el proceso mediante el que una empresa crea un producto, servicio, proceso modelo de negocio, o bien se produce una mejora significativa en las características de uno ya existente a fin de alcanzar una mayor competitividad, es decir, buscando la idealidad del sistema. La innovación siempre ha estado ligada a los seres humanos, permitiéndonos evolucionar y sobrevivir. Muchos de los inventos de la historia se han producido de manera fortuita y de forma que los inventores han tenido que aplicar un gran esfuerzo para que estos salieran adelante. En el curso de la historia la dificultad de generar inventos e innovar se acrecienta y por ello resulta interesante el establecimiento de metodologías que ayuden a menguar esas dificultades. Según Altshuller se pueden diferenciar cinco niveles diferentes de innovación definidos de la siguiente manera: •Nivel 1: Es el nivel más básico y se define como una mejora simple de un sistema técnico. Para resolver el problema, lo puede hacer cualquier persona, pero se requiere de conocimiento dentro del área de fabricación o aplicación del sistema. En este nivel la solución no consiste en cambiar el objeto a mejorar. • Nivel 2: Se define como una invención que incluye la resolución de una contradicción técnica. Para este nivel se requiere un pensamiento más avanzado y por tanto requiere un conocimiento de diferentes áreas dentro del entorno relevante del sistema. En este nivel sí que se cambia el objeto a mejorar pero de manera leve. • Nivel 3: En este nivel ya se habla de “invención” para resolver un problema de más dificultad que los anteriores. Esta invención contiene una resolución de una contradicción física. El objeto es cambiado esencialmente. • Nivel 4: Una nueva tecnología que contiene una solución de ruptura es desarrollada. Se requiere conocimiento en diferentes campos de la ciencia. En este caso el objeto es cambiado totalmente. • Nivel 5: Es el último nivel y se refiere al descubrimiento de nuevos fenómenos y sustancias. El problema y su solución están fuera de la ciencia conocida en ese momento, serán necesarios nuevos descubrimientos científicos para su resolución. Todo el sistema técnico en el que se utiliza el objeto es cambiado. 10 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Capítulo 4. Principios fundamentales de TRIZ Altshuller nunca pensó que el proceso creativo, que propicia una innovación en los sistemas tecnológicos, fuera algo fortuito o caprichoso. En todo momento se refirió a este proceso como un sistema perfectamente estructurado y que se podía ser basado en una metodología sencilla que cualquier individuo podría aprender.[5][7] Tenía claro que su herramienta debía estar sustentada en la mayor parte de problemas de inventiva ya resueltos y que dichas soluciones podían ser clasificadas y ordenadas según sus patrones de comportamiento. Se centró en descubrir las principales contradicciones que tenían los diferentes problemas y llegó a la conclusión de que estas se dividían en dos grupos: •Contradicciones Técnicas: Estas son conflictos entre características dentro de un mismo sistema. Por lo tanto, una mejora de un parámetro causará el deterior del otro. •Contradicciones Físicas: Estas se refieren a un conflicto entre dos exigencias físicas referentes a un mismo parámetro del sistema. Por ejemplo, la necesidad de que un elemento tenga que estar caliente y frío al mismo tiempo. Una vez establecidas los diferentes tipos de contradicciones Altshuller definió un esquema general a seguir para resolver un problema en particular de inventiva: Principios fundamentales de TRIZ 11 Figura 1. Esquema general TRIZ aplicado a un ejemplo. Como se puede observar se compone de 4 fases diferentes. La primera fase es el entendimiento, conceptualización e interiorización del problema específico de inventiva mejora o nuevo diseño de producto, modificación o definición de un nuevo servicio. A partir de esta primera fase se pasa a una abstracción de problema genérico dónde se estudian y se identifican los parámetros en contradicción. Como se podrá ver se trata de 39 parámetros que Altshuller identificó y que serán expuestos y explicados en capítulos posteriores. Una vez identificados los parámetros en contradicción (segunda fase), se pasa a encontrar una solución genérica para el problema genérico. En esta fase se utilizan los llamados 40 Principios de Inventiva, que también se explicarán en capítulos posteriores Finalmente, una vez encontrada una solución general utilizando estos principios se pasa a la última fase que es la “traducción” de la solución general al problema específico (ver figura 1). 12 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Capítulo 5. Tipos de contradicciones Se puede considerar que la finalidad de la innovación y la invención es llegar a la máxima idealidad de un sistema.[14] El camino para llegar a dicha meta, al fin y al cabo, consiste en eliminar un conjunto de contradicciones que vienen dadas según el problema tecnológico a resolver. Altshuller definió perfectamente el significado de estas contradicciones de la siguiente manera: “En un sistema tecnológico, la contradicción es una condición que surge cuando entra en conflicto un subsistema con otro o cuando las propiedades de un subsistema entran en conflicto con ellas mismas, por lo que se hace necesario eliminar tales conflictos mediante una solución novedosa”. A partir de esa definición y cómo se ha mencionado de manera breve en el capítulo anterior, Altshuller dividió las contradicciones en dos tipos, físicas y técnicas. Una contradicción física es un conflicto entre dos exigencias físicas exclusivas referentes y normalmente son referentes a un mismo parámetro del sistema. Es decir cuando se necesita cambiar una característica y ese cambio resulta negativo, entrando dicha característica en conflicto consigo misma. Un ejemplo dónde se puede observar de forma clara este tipo de contradicción es en un paraguas. Este se necesita que tenga gran tamaño para así proteger al usuario de la mayor lluvia posible, pero a la vez es necesario que sea pequeño y cómodo de llevar, ya que, si no, cuando éste no sea utilizado ocasionará molestias al usuario. Se puede ver claramente como la característica de “ser grande” resulta necesaria para resolver el problema inicial, pero al hacer el cambio y fabricar un paraguas de mayores dimensiones esta característica entra en conflicto consigo misma al generar incomodidad. La solución más simple y cotidiana que se ha encontrado y se utiliza para resolver esta contradicción son los paraguas plegables. Permiten tener un tamaño suficiente para proteger de la lluvia de manera satisfactoria y a la vez cuando no están siendo utilizados adoptan un tamaño reducido para poder ser almacenados y no causar molestias. Existen infinidad de ejemplos de contradicciones físicas. Este tipo de contradicciones por lo general suelen ser de fácil resolución y para vencerlas suelen utilizarse uno de los 4 Principios de Separación: • Separación de propiedades contradictorias en el espacio. • Separación de propiedades contradictorias en el tiempo. • Separación entre las partes y el todo. • Separación de acuerdo a una condición. Tipos de contradicciones 13 En relación al segundo tipo de contradicción se trata de las contradicciones técnicas. Este tipo de contradicciones son un conflicto entre características dentro de un sistema, dónde la mejora de un parámetro provoca el deterioro de otro parámetro. Un ejemplo claro podría verse en un motor de un vehículo, dónde la mejora de su potencia puede hacer que el consumo del mismo aumente, por lo que tenemos claramente un primer efecto buscado y deseado y un segundo efecto negativo y no deseado causado por el primero. La contradicción técnica del anterior ejemplo podría resolverse utilizando un combustible mejor, o cambiando la tipología del motor. Para este tipo de contradicciones también existen un elevado número de ejemplos. Para la resolución de estas contradicciones Atshuller identificó 40 Principios que se pueden utilizar para dicha finalidad (serán estudiados en capítulos posteriores). Si bien, antes de utilizar estos 40 Principios, Althsuller también estableció 39 parámetros generalizados que se deben utilizar para desarrollar y describir este tipo de contradicciones. Tanto Principios como Parámetros están relacionados mediante la conocida como “Matriz de Contradicciones” y es esta la que, teniendo en cuenta los parámetros identificados en el problema los relaciona con los Principios recomendados, mediante una matriz, para eliminar la contradicción pertinente. Este tipo de contradicciones, así como el uso de la matriz de contradicciones, serán objeto de estudio en capítulos posteriores confirmando su utilidad y adaptabilidad a proyectos de ingeniería. 14 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Capítulo 6. Parámetros fundamentales en TRIZ Para empezar a resolver un problema de inventiva el primer paso a completar es la identificación correcta y exacta de los parámetros de estudio. Es un hecho que en un sistema existen un gran número parámetros que pueden ser estudiados. Esta afirmación puede parecer beneficiosa ya que cuanta más información tengamos sobre un sistema y más parámetros se puedan cambiar mejores resultados se podrán obtener, pero no siempre es así. El hecho de tener muchos posibles parámetros de estudio, puede llevar a una confusión y por lo tanto a deducir una mala identificación de, realmente qué parámetros tienen que ser objeto de estudio, para resolver un problema determinado. Altshuller identificó 39 Parámetros fundamentales los cuáles pueden entrar en contradicción entre ellos. A partir de una buena identificación de los mismos, sumado a la utilización de la matriz de contradicción en la que se relacionan con los Principios fundamentales de Inventiva, se puede llegar a la resolución de dicha contradicción. En el Anexo I se detalla la lista de los 39 Parámetros identificados por el profesor Atlshuller. Que se muestran en la siguiente figura Figura 2. Lista 39 parámetros fundamentales TRIZ. 15 En el Anexo II se detalla la lista de los 40 principios de Inventiva identificados por el profesor Atlshuller. Que se muestran en la siguiente figura Figura 3. Lista 40 Principios de Inventiva. 16 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Capítulo 7. Matriz de Contradicciones y su aplicación En este capítulo se detalla la caracterización de la herramienta propuesta por el profesor Altshuller “matriz de contradicciones” así como su utilización. [2][1][14] Una vez definidos todos los conceptos que entran en juego en la resolución de un problema de inventiva se puede pasar a estudiar y desarrollar como este puede ser solucionado utilizando una de las principales herramientas de la metodología TRIZ. Según la metodología estudiada toda resolución de un problema comprende 4 pasos básicos: 1. Problema específico: Se debe convertir el problema de innovación mediante la identificación del conflicto inherente entre dos parámetros del mismo. Es decir, hay que identificar cuáles son los parámetros fundamentales que se encuentran en conflicto. 2. Problema análogo general: Identificar la correspondencia entre los dos parámetros identificados con alguno de los 39 parámetros generalizados propuestos por Altshuller. 3. Solución general análoga: Buscar los principios de inventiva que permiten resolver el conflicto utilizando la matriz de contradicciones. 4. Solución al problema específico: Analizar los principios de inventiva correspondientes y adoptarlos a posibles soluciones del problema. La resolución de las contradicciones identificadas en un problema mediante la metodología TRIZ utiliza la Matriz de Contradicciones. Esta representación esquemática del sistema técnico y los problemas considerados permite reducir infinitas situaciones diferentes a unos pocos casos genéricos (objetivo que buscaba Altshuller). De esta manera se consigue encontrar de manera más sencilla soluciones a los problemas por analogía con problemas ya resueltos con anterioridad que tenían estructuras similares. 17 Distribución de la Matriz de Contradicciones La Matriz de Contradicciones diseñada por el profesor Altshuller es, como bien dice su nombre, una matriz dónde se relacionan los 39 parámetros identificados por él mismo, con los 40 principios de Inventiva que él también propuso. Los 39 diferentes parámetros se utilizan para indicar las contradicciones o parámetros en conflicto en cada problema. Estos se distribuyen a lo largo de las filas y las columnas de la matriz. Mientras que los 40 Principios de Inventiva están repartidos por el centro de la matriz, en las intersecciones entre parámetros. Cada fila hace referencia al parámetro que queremos que mejore del problema identificado y cada columna identifica el parámetro que empeora, en el problema, al mejorar el parámetro de la fila. Por su parte, los números situados en cada celda o intersección de la matriz corresponden al número de cada principio de inventiva que resuelve esa contradicción. Es decir, habría que aplicar uno de los principios que están en la intersección fila columna (abscisa – ordenada) para dar resolución al problema. Esta matriz no es simétrica por lo que en ocasiones es interesante formular la contradicción del problema de manera inversa, buscando así otros posibles principios de inventiva que resuelvan de mejor manera la contradicción identificada. La Matriz de Contradicciones descrita se adjunta en el Anexo IV. En la figura 2, puede observarse una imagen comprimida de la misma, en la que se puede apreciar que hay intersecciones en blanco, en las que no aparece ningún principio de inventiva aplicable, son las conocidas como “contradicciones insalvables”. 18 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Figura 4. Imagen de la matriz de contradicciones. Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 19 Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones El presente capítulo, se detalla el uso de la metodología explicada a través del uso de una de sus técnicas más importantes, la matriz de contradicciones. Se tratan varios ejemplos de problemas de inventiva resueltos. Como se verá a continuación, los problemas resueltos son problemas de temática general, en el capítulo posterior al actual se trata un ejemplo de aplicación de la metodología en un entorno TIC. [2][7][8][14] Entendida la metodología explicada en los anteriores capítulos y centrando el estudio en una de sus técnicas de mayor importancia como es la matriz de contradicciones se puede comprobar su valía para la resolución de este tipo de problemas, así como acabar de entender completamente su uso analizando algunos de sus ejemplos. Para el análisis y resolución de los problemas de inventiva, o diseños, que se van a explicar se ha procedido a una segmentación en cinco partes diferenciadas: Definición del problema: En esta primera parte las dificultades e inconvenientes del problema, así como la situación inicial del que se parte, son descritos para poner en situación al lector. Análisis del problema: En esta segunda parte se procede a identificar todos los datos de la definición del problema que son de interés para su posterior resolución. En ambas primeras partes se describe un problema específico. Características técnicas detectadas: En esta tercera parte, se traslada el problema específico a un problema genérico, detectando las características técnicas que intervienen en la problemática y pudiendo analizar cuáles de los 39 parámetros de contradicción están presentes en el problema. Propuestas de la matriz de contradicción: En esta cuarta parte se procede a, mediante el uso de la matriz de contradicciones, encontrar una solución genérica para las contradicciones técnicas detectadas con anterioridad. Transformación a soluciones concretas para la problemática inicial: En esta última parte de la resolución del problema, una vez analizadas las posibles soluciones que presenta la matriz de contradicciones, se propone, una solución específica para el problema específico inicial. 20 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Para la correcta comprensión de los ejemplos comentados, se recomienda la lectura de los Anexos I y II dónde se detallan las listas de parámetros fundamentales en TRIZ y los principios de inventiva. Primer ejemplo: Problemática del uso excesivo de agua de riego en la agricultura. El primer ejemplo de este capítulo posee el título de “problemática del uso excesivo de agua de riego en la agricultura. Éste fue resuelto inicialmente [14] en la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas del Instituto Politécnico Nacional de México, aunque en esta explicación se ha completado con el añadido de dos posibles soluciones más (riego gota a gota y riego por aspersión). Para su resolución se utilizó un producto comercial a la venta en el mercado. [14] Definición del problema La problemática inicial consiste en que habitualmente en los campos de cultivo de grandes áreas se hace un uso excesivo de agua. El grado de importancia de este problema iba en aumento, debido a que, por una parte, se malgastaba agua de manera innecesaria, y esta podría ser utilizada para otros fines, y por otra parte, si el agricultor, conocedor de este problema, era capaz de solucionarlo, le reportaría un gran beneficio económico. En términos económicos, el problema era tal que se llegaba a desperdiciar entre el 70 y el 85% del agua utilizada para el riego, estos niveles podían variar según el tipo de suelo presente, o la plantación existente. Por ejemplo, en terrenos arenosos que tienen una mayor permeabilidad el agua se perdía debido a las filtraciones. En cambio, en suelos arcillosos, que destacan por ser parcialmente impermeables, la pérdida de agua se debía al deslizamiento o escurrimiento. Análisis del problema En este apartado, como su nombre indica, se procede al análisis de los datos de mayor relevancia del problema. El primer aspecto a tratar es conocer el motivo que provoca la pérdida de agua, en este caso, hay dos factores diferenciados. La primera consideración, es que las plantas no son capaces de, en el corto periodo de tiempo que el agricultor procede a regar sus cultivos, aprovechar todo el agua que éste aplica durante la irrigación. En segundo lugar, los suelos de todos los campos de cultivo no son iguales, esta heterogeneidad se traduce en una gran diversidad de suelos con porosidades variables. En la naturaleza encontramos suelos muy porosos (terrenos arenosos) y suelos densos, poco porosos, e incluso en parte impermeables, como los terrenos arcillosos. Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 21 Una vez motivada la causa que provoca esta pérdida de agua, se puede seguir desglosando el problema, por ejemplo, identificando cuando sucede el fenómeno. Podemos observar, e intuir, como el problema de estudio, aparece durante el momento del riego, y que incluso subsiste durante horas más tarde. La pérdida de esta agua sucede de dos maneras diferentes: o bien se debe a que un exceso de riego provoca que las plantas, según su fisiología, no puedan absorber tal cantidad de agua y no es posible aumentar esa captación, o bien el agua se pierde debido a la filtración del terreno, o por arrastre superficial, o ambas causas a la vez. De manera intuitiva también se puede pensar cual sería el objetivo para resolver el problema planteado. Este objetivo consistiría en aplicar la mínima cantidad de agua que requiera el cultivo para realizar sus funciones y poder crecer de manera correcta y que, a la vez, el agua utilizada permanezca cerca de las raíces para así mantenerlas húmedas durante el tiempo de espera entre ciclos de riego. Una vez analizado el problema se puede detectar la contradicción existente. La contradicción reside en el punto en que se desea tener humedad durante todo el tiempo de espera entre ciclos de riego en las raíces de las plantas, pero no se requiere tener el sistema de riego en funcionamiento durante mucho tiempo ya que esta situación puede desembocar en un exceso de agua, al punto de que se pierda una gran cantidad, o se pudran las raíces de los cultivos. Características técnicas detectadas Con la consecución de todos los datos anteriores se pueden definir una serie de características del sistema, que de acuerdo con la definición de los 39 parámetros TRIZ explicados en capítulos anteriores son los siguientes: Parámetro número 9: Velocidad. Hace referencia al ritmo de un proceso o acción en el tiempo, en este caso se refiere a la velocidad que tiene el agua. Parámetro número 15: Tiempo de acción del objeto móvil. Hace referencia al tiempo en que el suelo próximo a las raíces puede retener el agua. Parámetro número 23: Pérdida de sustancia. En este caso se refiere al agua que es desperdiciada. Con todos estos datos se construyen pares de características, para introducirlos en la matriz de contradicción. 22 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Propuestas de la matriz de contradicción Los pares construidos para la resolución de este primer problema se han realizado de la siguiente manera. Parámetros 9 y 15, de manera que se busca la mejora del parámetro relacionado con la velocidad del agua (9), pero existe la contradicción de que al mejorar ese parámetro se procede a empeorar el tiempo de acción del suelo (15). En este caso observando la matriz de contradicciones se indica que para resolver dicha contradicción los principios de inventiva que se tienen que utilizar son los siguientes: Principio número 3: Calidad local. Este principio indica que de alguna manera se tiene que cambiar la calidad local del suelo para así retener el agua de mejor manera. Principio número 5: Fusión. En este caso se puede observar como el principio sugerido no tiene relación con el problema descrito por lo que se descarta como posible solución. Principio número 19: Acción periódica. Este principio sugiere que en vez de realizar una acción continua se realice una acción periódica, probablemente se podría interpretar como un cambio en el método de abastecer de agua los cultivos. Principio número 35: Cambios de parámetros. Este principio posee alternativas distintas según el caso, propone cambiar el estado físico de un objeto o sistema o bien cambiar la concentración o consistencia del mismo. Este, combinado con el principio número 3, parece ser una posible solución concreta explicada en apartados posteriores. Figura 5. Principios propuestos problemática uso excesivo de agua de riego, en la intersección, en color amarillo, aparecen los principios de inventiva que pueden solucionar la contradicción (I). Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 23 Para poder encontrar más opciones para la resolución del problema se puede proceder a realizar diferentes combinaciones de parámetros detectados obteniendo de esta manera nuevos principios de inventiva posibles para aplicarlos, en este caso otra posible combinación es la del parámetro número 15 (Tiempo de acción del objeto móvil) y el número 23 (Pérdida de sustancia), en este caso los principios de inventiva sugeridos por la matriz de contradicciones son los siguientes: Principio número 3: Calidad local. Vuelve a sugerir un principio ya sugerido en la combinación anterior, explicación existente en combinación anterior. Principio número 18: Vibración mecánica. Este principio nos sugiere el “riego por aspersión, el irrigador dispone de una cabeza que vibra por efecto de la presión del fluido, dispersando el fluido en pequeñas gotas, lo que permite cubrir una mayor superficie con menos cantidad de líquido. Principio número 27: Objetos baratos de vida corta. De nuevo este principio no aplica para la resolución del problema actual. Principio número 28: Reemplazar el sistema mecánico. Este principio sugiere el reemplazo del suelo para resolver el problema inicial. Una posible solución es el método que se conoce como hidroponía, dónde en lugar de tierra se utiliza únicamente soluciones acusas con nutrientes químicos disueltos como soporte de la raíz de las plantas. Figura 6. Principios propuestos problemática uso excesivo de agua de riego, en color amarillo los principios de inventiva que resuelven las contradicciones (II). Resumiendo ambas combinaciones y los principios sugeridos para la resolución las diferentes propuestas extraídas de la matriz de contradicciones son: Cambiar la característica del suelo, deducida del principio de calidad local. Cambiar la característica del agua. En este caso no aplica. Ya que si obviamente se cambia el agua no existiría la problemática inicial. Reemplazar el suelo adyacente a las raíces, deducido del principio de reemplazar el sistema mecánico. Cambiar la forma de distribución del agua. 24 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Transformación a soluciones concretas Cuando ya se ha procedido a analizar las soluciones generales extraídas de la matriz de contradicciones basadas en los principios de inventiva, el siguiente paso es transformar estas soluciones generales en soluciones específicas para el problema real inicial. En una primera solución concreta para el problema se ha procedido al diseño de una solución basada en cambiar las características locales del suelo, las soluciones concretas que finalmente se obtienen son: En los suelos que son arenosos y por lo tanto altamente permeables se puede aplicar una sustancia que reduce dicha característica, esta sustancia puede ser por ejemplo, una resina que compacte las partículas de arena. De manera comercial ya existe un producto conocido con el nombre de “Eurobond” con tal fin. Al mezclarse con el suelo reduce la porosidad y evita la pérdida de agua, permaneciendo años. Con el uso de este producto se ha conseguido reducir las pérdidas de agua en cultivos comerciales a niveles de entre 36 y 45% En suelos arcillosos y por lo tanto con poca permeabilidad, se ha procedido a cambiar el suelo que se encuentra en contacto directo con las raíces de los cultivos y aplicar una sustancia para mejorar la retención de humedad por un tiempo mayor. Existe una resina llamada “Hidrogel” que tiene la característica de hidratarse dependiendo de la calidad del agua que se use desde 25 a 400 veces su peso. De manera que una vez en contacto con la raíz de la planta, la mantiene húmeda y no inundada. Esta resina poco a poco se va deshidratando y al llegar el siguiente ciclo de riego se vuelve a hidratar sin permitir de esta manera grandes pérdidas de agua. Para este caso se ha observado como el agricultor consigue reducir el consumo de agua entre un 53 y 75%, dependiendo del tipo de cultivo. Una segunda posible solución concreta se deduce de la aplicación del principio 19 (acción periódica), esta sugiere la discretización de la forma de regar, pasando de un flujo continuo, el habitual, a un sistema discreto extendido en el tiempo: el sistema de riego gota a gota, o riego por goteo. Riego gota a gota. El riego gota a gota es un sistema de riego que se caracteriza por una aplicación del agua lentamente. Consiste en aportar el agua de manera localizada justo al pie de cada planta. De esta manera, reducimos los gastos de agua innecesarios que podemos encontrar en otros sistemas de riego, ya que si se desea dar sólo agua a una única planta. ¿Qué sentido tiene regar todos los cultivos y dar agua a más plantas que no lo necesitan y a posibles malas hierbas que pueden crecer en el huerto? [13] Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 25 Las ventajas del sistema de riego gota a gota son las siguientes: Ahorro agua y por consecuente ahorro de dinero destinado al riego. Mantiene constante la humedad. Permite regar con aguas que llevan más sales de lo habitual, debido a que la alta humedad mantiene las sales diluidas. Bajos requerimientos de consumo de energía y de potencia en el sistema de bombeo. Automatización completa del sistema de riego, ya que, con el programador podemos controlar en todo momento el riego que queremos dar. Se dispone exactamente del agua en el lugar que necesita la planta. Directamente se pone el agua sobre la raíz de la planta para que ella la distribuya. Finalmente, una tercera y última posible solución concreta se puede deducir de la aplicación del principio de inventiva número 18 (vibración mecánica). Este principio sugiere el posible uso del conocido como “Riego por aspersión”. Este tipo de riego consiste en aplicar el agua al suelo simulando una lluvia. Este efecto es conseguido gracias a la presión en que fluye el agua dentro de un sistema de tuberías y es expulsada a través de boquillas de un aspersor. Los irrigadores disponen de una cabeza que vibra por efecto de la presión. De esta manera con una cantidad inferior de agua se consigue cubrir una mayor superficie, aumentando el rendimiento y solucionando el problema inicial. 26 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Segundo ejemplo: Problemática de la lata de refrescos. El segundo ejemplo explicado en este capítulo posee el título de "problemática de la lata de refresco". [9] Definición del problema La problemática inicial consiste en la siguiente situación. Una lata de refrescos es un sistema de ingeniería diseñado para contener una bebida. El problema aparece debido a que estas latas tienen que estar diseñadas y desarrolladas de manera que, además de contener y salvaguardar el producto, puedan soportar ser apiladas para su almacenaje, por lo que, su diseño tendrá que tener en cuenta parámetros cómo el peso de las latas llenas, la presión interna de la lata, o la rigidez de su construcción. Aunque resulta difícil estimar cuantas latas va a apilar el distribuidor, normalmente se podría considerar un apilamiento equivalente a la altura de una persona con los brazos extendidos. En cualquier caso, las latas deben diseñarse para proteger un volumen determinado de contenido, y a la vez, deberán soportar el máximo peso de apilamiento, y todo esto, con el menor material posible en la confección del envoltorio, para que su coste sea asequible, dado que se trata de un producto complementario de uso generalizado. Análisis del problema En este apartado, se procede al análisis de los datos de mayor relevancia del problema. El primer aspecto importante a tener en cuenta es la importancia de poder obtener un contenedor de calidad para poder almacenar líquido, que a su vez sea resistente pero ligero y qué, además, tenga un coste asequible. Al querer realizar un diseño utilizando el menor material posible para así poder reducir costes aparece una problemática con la resistencia que la lata puede ofrecer al ser apilada. De manera lógica se puede intuir qué si el material utilizado es menor y por lo tanto las paredes de la lata son más finas, estas podrán soportar menor peso. Esta última situación no es nada recomendable ya que tanto usuarios como proveedores de latas buscan poder almacenar el producto en el menor espacio posible y sin que pueda sufrir daños. Partiendo de esta base se puede observar una contradicción clara. Esta reside en el punto en que se desea tener un producto resistente y apilable, pero a la vez se quiere que este sea lo más barato posible, ocupe el menor espacio posible y se utilice la menor cantidad de material posible para su producción. La mejor relación volumen superficie, es una esfera, dado que la forma de la esfera no es buena para el almacenaje de los contenedores, se puede pensar Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 27 en un cubo, que tampoco es bueno pues encarece la fabricación, así la forma de fabricación fácil que optimiza la relación volumen/superficie, es la cilíndrica con el diámetro parecido a la altura, es decir la típica lata cilíndrica de conservas. Características técnicas detectadas Con la obtención de todos los datos anteriores se pueden definir una serie de características del sistema, que de acuerdo con la definición de los 39 parámetros TRIZ son los siguientes: Parámetro número 4: Longitud de objeto inmóvil. Este parámetro (grosor de la pared de la lata en este caso) es el que de alguna manera se supone que tiene que ser modificado para conseguir que la lata sea más fina y así conseguir un abaratamiento del sistema para la misma capacidad de contener líquido que tiene una lata antigua de paredes gruesas. En este sentido la "longitud" declarada puede referirse a cualquier dimensión lineal tal como longitud, ancho, altura, diámetro etc. Parámetro número 11: Tensión o presión. Hace referencia a la tensión que tiene que sufrir la lata al tener otras apiladas encima. Por lo tanto, se puede confirmar que una mejora del parámetro número 4, hará que el parámetro número 11 empeore. En este instante se acaba de formular la contradicción técnica del problema. Cuando existe un problema complejo en un sistema de ingeniería, por lo general, casi siempre existe una contradicción, ya sea técnica o física. La metodología tradicional para resolver esta contradicción suele ser llegar a un compromiso entre los parámetros en contradicción. La metodología TRIZ considera la resolución de la contradicción como una mejora de la calidad influenciada por ambos parámetros juntos. 28 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Propuestas de la matriz de contradicción Los parámetros de ingeniería en conflicto para este problema son el parámetro número 4, longitud de un objeto inmóvil, y el parámetro número 11, tensión. La característica a mejorar (eje Y en la matriz de contradicciones) es el grueso de la pared de la lata o parámetro número 4, mientras que el efecto secundario indeseable (eje X en la matriz) es la pérdida de capacidad de aguante o parámetro número 11, tensión. Si se localiza esta fila y columna en la matriz de contradicciones TRIZ se observa como los posibles principios que se pueden utilizar para resolver la contradicción son: Principio 1: Segmentación. Este principio sugiere 3 variantes diferentes: a) Dividir un objeto en partes independientes. b) Hacer un objeto seccional. c) Aumentar el grado de la segmentación de un objeto. Principio 14: Esfericidad. Este principio nuevamente sugiere 3 opciones: a) En lugar de usar partes, superficies o formas rectilíneas, usar curvilíneas. b) Usar rodillos, bolas, espirales. c) Pasar de movimiento lineal a rotatorio, usar fuerzas centrífugas. Principio 35: Cambios de parámetros. De nuevo sugiere 3 alternativas: a) Cambiar el estado físico de un objeto o sistema. b) Cambiar la concentración o consistencia. c) Cambiar el grado de flexibilidad. Figura 7. Principios propuestos problemática de lata de refrescos. Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 29 Transformación a soluciones concretas Cuando ya se ha procedido a analizar las soluciones generales extraídas de la matriz de contradicciones basadas en los principios de inventiva, igual que en el ejemplo anterior, el siguiente paso es transformar estas soluciones generales en soluciones específicas al problema inicial. En primer lugar, si se analiza e intenta encontrar una solución concreta basado en el Principio número 1, segmentación, se puede llegar a una solución similar a la siguiente: La pared de la lata se podría cambiar y pasar de una pared continua lisa a una superficie acanalada u ondulada compuesta de muchas "pequeñas paredes" quedando un dibujo similar al que se observa en la figura. Figura 8. Posible solución concreta problemática lata de refrescos. De esta manera se aumentaría la resistencia del borde de la pared, lo cual permitiría que un material más fino fuera utilizado. Sin embargo, el material ahorrado en el grosor está siendo utilizado al ondular la pared por lo que se rechaza como solución. En segundo lugar, si se analiza el principio número 35, cambio de parámetros. Este sugiere cambiar la composición de la aleación de metal usado para la pared de la lata para así aumentar la capacidad de soporte de carga. En este sentido se podría fabricar una lata con un material diferente, una aleación que fuera más resistente y barata que el latón o el aluminio, así, por ejemplo, podríamos usar el titanio como material para fabricar las latas, el titanio es ligero y mucho más resistente que el hierro, pero el titanio es un material demasiado caro por lo que también se rechaza la solución debido a la dificultad de encontrar una aleación o material ligero resistente y más barato que el latón o el aluminio. 30 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Por último, analizando el principio número 14, esfericidad o curvatura, se llega a la solución concreta final del problema planteado. Usando el apartado "a", el ángulo perpendicular con que la mayoría de las tapas se sueldan a la pared de la lata se puede cambiar por una curva, como se observa en la figura, y que es la forma actual de todas las latas metálicas de refrescos. Figura 9. Evidencia del nuevo diseño de lata de refrescos. Esta esfericidad refuerza la capacidad de la lata de soportar cargas dado que la curvatura se comporta como un muelle flexible, lo que permite el uso del mismo tipo de material disminuyendo el grosor de las paredes sin afectar a su capacidad de resistencia a la presión vertical por acumulación de latas. De esta manera se consigue resolver la contradicción presente en el problema y se consigue un sistema óptimo con las características deseadas. En la actualidad esta mejora en el diseño de las latas de refrescos está presente en la mayoría de marcas del mercado, se adjunta evidencia. Capítulo 8. Aplicación de la Metodología mediante la matriz de contradicciones 31 En las siguientes evidencias se pueden observar el diseño anterior de las latas de refresco, estas al no tener la solución mencionada tenían unas paredes gruesas, imposibles de deformar con una mano, como todavía ocurre ahora con las latas de aceitunas Figura 10. Evidencia del antiguo diseño de latas de refrescos. En este diseño se puede observar como las paredes son totalmente rectas, mientras que el nuevo diseño utilizado actualmente por la mayoría de latas de refrescos ha adoptado una curvatura mejorando la resistencia y pudiendo ser apiladas sin mayores problemas, con paredes finas que permiten un fuerte ahorro en material (aluminio o latón) del recipiente contenedor. Figura 11. Evidencia del diseño de diferentes latas de refrescos. 32 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC A lo largo de la historia este principio ha sido utilizado en numerosas ocasiones, de hecho, los griegos y los romanos ya se habían dado cuenta de que las ánforas con el suelo redondeado eran más resistentes a los golpes que las de suelo plano. Se adjunta evidencia del diseño de sus ánforas. Figura 12. Evidencia del diseño de ánforas romanas y griegas. Aplicación de la metodología en un problema TIC 33 Capítulo 9. Aplicación de la metodología en un problema TIC En el capítulo anterior se ha podido analizar y entender como la metodología TRIZ se puede aplicar a problemas de inventiva de temática diversa. Siempre siguiendo un orden y analizando, de manera cuidadosa, los datos que el problema ofrece, y cómo estos pueden ser utilizados para conseguir identificar los principales parámetros. En el presente capítulo se demuestra cómo TRIZ también puede ser utilizada para la resolución de problemas relacionados con la temática TIC. En este caso se procede al análisis de una problemática, que suponemos puede darse a la hora de presentar las ayudas a la conducción en los vehículos conectados. Definición del problema El avance de la tecnología en la automoción es un hecho innegable y su crecimiento en el sector se produce de manera exponencial. Según el informe “La movilidad sostenible del futuro y su impacto sobre los ODS” presentado en el marco del III Observatorio de la Movilidad Sostenible de España más de 51 millones de vehículos conectados están operativos hoy en día a nivel mundial. [10] Este tipo de automóviles conectados están desarrollando nuevas prestaciones qué entre otras funcionalidades, permitirán cada vez una mejora de la conducción asistida. Así, por ejemplo, mejorar las ayudas en caso de emergencia, recopilar información útil sobre el estado de la carretera y del entorno, avisar de acontecimientos de ruta de un suceso inmediato (adelantamientos, retenciones, cruces de vehículos, ...), son informaciones que permiten una conducción más segura y eficiente. Para el año 2025 se espera que haya más de 500 millones de vehículos conectados en circulación y que para 2030 los servicios de vehículos conectados alcancen un valor de 75.000 millones de euros, lo que convierte el mercado de los vehículos conectados en una de las áreas de mayor crecimiento en el Internet de las cosas (IoT). [10] El coche autónomo también se sitúa como otra de las disrupciones en el sector de la automoción y la movilidad y se estima que en diez años el 40% del kilometraje por carretera lo podrán llevar a cabo vehículos de estas características. [15]. Suministrar información a los ocupantes de un vehículo autónomo, también resulta conveniente ante eventualidades en las que un viajero ocupante pueda hacerse cargo de la conducción. 34 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC El coche conectado es un vehículo que capta gran cantidad de información comunicándose con diferentes infraestructuras para poder realizar todas sus funciones. Su comunicación es denominada Vehicle-To-Everything (V2X) este término contiene gran cantidad de acrónimos diferentes dependiendo del tipo de pareja con la que se comunique el vehículo. Concretamente se pueden definir: [6] V2I (Vehicle-to-Infraestructure): En esta comunicación el vehículo se comunica con el equipamiento de las vías de circulación (RSU, Road Side Units) como pueden ser semáforos y cámaras de tráfico. V2V (Vehicle-to-Vehicle): El vehículo se comunica con otros vehículos sin necesidad de la red de telecomunicaciones. V2P (Vehicle-to-Pedestrian): Se trata de un escaneo proactivo de viandantes y/o bicicletas. Se prevé que varios tipos de dispositivos como teléfonos inteligentes, sillas de paseo, luces o navegadores para bicicletas ayuden a este tipo de comunicaciones. V2D (Vehicle.to-Device): En esta comunicación el vehículo se comunica con dispositivos inteligentes como un Smartphone, una llave inteligente o un localizador para el coche. V2G (Vehicle-to-Grid): Comunicación para que los vehículos eléctricos tengan la opción de comunicarse con la red eléctrica. V2M (Vehicle-to-Motorcycle): Comunicación con motocicletas. V2N (Vechicle-to-Network): Comunicación con una red móvil y conexión de redes. Figura 13. Figura representativa de los diferentes tipos de comunicaciones de un vehículo conectado. Aplicación de la metodología en un problema TIC 35 Las comunicaciones inalámbricas abren un amplio abanico de posibilidades a la industria de la automoción. Actualmente un gran número de vehículos incorporan sistemas conectados a Internet que ofrecen funciones de seguridad y monitorización del estado técnico y parámetros de funcionamiento. Entre las funciones de seguridad, destacan la detección de accidentes o la conexión a un centro de alarma para la llamada automática a un centro de emergencias. Muchas de las funcionalidades que pueden llegar a ofrecer un vehículo conectado están aún por detectar e implementar. Si a todas estas capacidades se le añade la inteligencia artificial, cada día más presente, introducida en forma de algoritmos para la toma de decisiones, las posibles funcionalidades se disparan. Toda esta información que recibe el vehículo conectado debe ser procesada y gestionada de forma rápida, ordenada y jerarquizada para que el sistema de control, pueda dar una respuesta inmediata en la gestión del comportamiento del vehículo. En el caso del procesamiento interno del vehículo la complejidad no es mucha, ya que actualmente se dispone de algoritmos y procesadores que permiten gestionar gran cantidad de información en tiempos relativamente cortos. El problema de la gran cantidad información recibida y procesada viene a la hora de asistir al conductor del vehículo presentándole dicha información de forma oportuna, clara, cómoda, sinérgica, y en función de su importancia (jerarquizada), para que realmente sea una ayuda valiosa y útil. Análisis del problema En un vehículo conectado la cantidad de información recibida por el vehículo es enorme y tanto la visualización de ésta por el usuario como la posible toma de decisiones del mismo deben ser también rápidas. Evitando de esta manera posibles despistes o pérdidas de concentración al volante. Según datos de la seguridad vial de la fundación CEA “Comisariado Europeo del Automóvil, el 90% de la información que necesita un conductor a la hora de conducir es recibida a través de la vista. [11]. Este dato significa que la información recibida por el vehículo conectado debe ser procesada y expuesta al conductor de manera visual. Por otra parte, no todas las informaciones recibidas por las diferentes comunicaciones del vehículo van a ser de interés para el usuario, por lo que la información que visualice el usuario debe ser clara, necesaria, precisa y, sobretodo, oportuna. Los métodos tradicionales de pequeñas pantallas situadas en la parte delantera del vehículo se quedan atrás cuando se trata de exponer al usuario tal cantidad de información, ya que éste, al intentar visualizar la información, pierde una gran cantidad de tiempo intentando leer y entender la información expuesta. 36 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC La visualización de toda la información de manera clara, y sin pérdida de tiempo ni concentración, es un gran problema en los vehículos particulares y debe ser resuelto de manera eficiente para poder evitar accidentes derivados del acceso a la información Por otra parte, se cree conveniente conservar los actuales indicadores de velocidad, revoluciones del motor, llenado del depósito o reserva de carga, etc. que se ofrecen en imágenes detrás del volante, así como preservar los avisos de voz para las funciones de navegación y guiado. Por tanto, el problema de diseño que se propone, consiste en encontrar una forma implementada en un instrumento de visualización que permita poner en conocimiento del conductor, de forma ergonómica, jerarquizada, oportuna, clara y unívoca, las nuevas informaciones de ayuda V2X Conceptualizando el problema definido se puede observar como algunos parámetros fundamentales de TRIZ aparecen identificados en el mismo: Repasando los 39 diferentes parámetros, en el problema, se identifican los siguientes: Parámetro número 31: Efectos perjudiciales provocados por el objeto. Este parámetro se define como un efecto nocivo que reduce la eficiencia o calidad del funcionamiento del objeto o sistema. Estos efectos son generados por el propio objeto o sistema como parte de su funcionamiento. En el caso concreto del problema el hecho de que el vehículo obtenga y procese una gran cantidad de datos y estos tengan que ser visualizados y entendidos por el usuario, puede tener efectos perjudiciales como son la distracción o problemas a la hora de visualizar todo el contenido. Parámetro número 35: Adaptabilidad o flexibilidad. Definido como la medida en que un objeto o sistema responde positivamente a cambios externos. También engloba la capacidad de que un sistema se pueda utilizar de múltiples maneras según las circunstancias. En este caso, este parámetro aparece reflejado en que al aumentar la complejidad del vehículo y la cantidad de información que procesa se puede volver menos flexible o adaptarse de peor manera a la situación. Parámetro número 36: Complejidad del dispositivo. Se define como la diversidad de elementos e interrelaciones de elementos dentro de un sistema. Puede ser entendido como que la dificultad de dominar el sistema es una medida de su complejidad. De manera clara e intuitiva se puede pensar qué al aumentar la información recibida y procesada, de forma inevitable, el sistema se ve alterado y su grado de complejidad aumenta, aumentando también la complejidad para el usuario a la hora entender y procesar esta información. Aplicación de la metodología en un problema TIC 37 Parámetro número 37: Complejidad de control. Los sistemas de medición o monitoreo que son complejos requieren mucho tiempo y mano de obra para instalarse y usarse demuestran dificultad de detección y medición. El parámetro descrito también entra en juego de la misma manera que el mencionado anteriormente, parámetro número 36. De manera inevitable al aumentar la información la complejidad de control del dispositivo tiende a aumentar y por lo tanto representa una acción negativa en el sistema. Parámetro número 38: Grado de automatización. Descrito como la medida en que un sistema u objeto realiza sus funciones sin ayuda humana. El grado de automatización también se ve afectado ya que, en esta nueva generación de vehículos se tiende a un grado de automatización superior. Una vez identificados los parámetros que pueden entrar en contradicción y que influyen en la resolución del problema, el siguiente paso es visualizar las contradicciones que se encuentran en el problema y observar los posibles principios que propone la matriz de contradicciones para su resolución. Propuestas de la matriz de contradicción Al analizar los diferentes parámetros y como estos se relacionan entre ellos creando contradicciones técnicas, los pares de parámetros que describen de mejor manera el problema y otorgan posibles principios de inventiva aplicables al problema son los siguientes: En primer lugar, el parámetro elegido para ser mejorado es claramente el número 31, “efectos perjudiciales provocados por el objeto”. De manera obvia la posible solución tiene que lidiar con los posibles efectos perjudiciales que puede conllevar el hecho de visualizar la gran cantidad de información por parte del usuario. En este caso se observan dos posibles casuísticas: Al mejorar el parámetro número 31, efectos perjudiciales provocados por el objeto, significa que inevitablemente el parámetro número 36, complejidad del dispositivo, se ve alterado de manera negativa. Introducidos los valores en la matriz de contradicciones, esta recomienda los siguientes posibles principios para resolver dicha contradicción: Principio número 19: Acción periódica. En lugar de una acción continua, usar acciones periódicas o pulsantes. Principio número 1: Segmentación. Dividir un objeto o sistema en partes independientes. 38 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Principio número 31: Materiales porosos. Hacer un objeto o sistema poroso o agregar elementos porosos. Figura 14. Principios de inventiva propuestos para la resolución de problemática TIC (I). La segunda posible casuística es que al mejorar el parámetro número 31, la característica que se vea perjudicada sea el parámetro número 37, complejidad de control. De manera semejante al caso anterior, al intentar terciar con los efectos perjudiciales provocados por el objeto, la complejidad de controlar el dispositivo se puede ver alterada. En este caso la matriz de contradicciones recomienda los siguientes principios de inventiva: Principio número 2: Extracción. Separar o quitar una parte que genera la contradicción. Principio número 21: Continuidad de la acción útil. Llevar a cabo el trabajo de forma continua. Principio número 27: Objetos baratos de vida corta. Reemplazar un objeto o sistema de bajo coste con múltiples objetos o sistemas de bajo coste. Principio número 1: Segmentación. De nuevo este principio es recomendado como posible opción. Figura 15. Principios de inventiva propuestos para la resolución de problemática TIC (II). Aplicación de la metodología en un problema TIC 39 En segundo lugar, otro posible parámetro elegido para ser mejorado puede ser el número 36, haciendo referencia a la complejidad del dispositivo. De manera intuitiva se puede deducir que un sistema menos complejo será entendido de una manera más rápida y sencilla por el usuario y por lo tanto la pérdida de tiempo referente al visualizado de información será menor, solución buscada para resolver el problema. Al mejorar este parámetro surgen otros pares de parámetros en contradicción que pueden verse comprometidos de la siguiente manera: Al mejorar la complejidad de un dispositivo (parámetro 36) la adaptabilidad o flexibilidad (parámetro 35) de la solución se puede ver alterada de manera negativa. De forma intuitiva se puede deducir como al crear una solución más sencilla a la existente, con un nivel de complejidad inferior, la flexibilidad de la solución puede ser menor y solo adecuarse a casos concretos. Para la contradicción entre estos parámetros la matriz de contradicciones recomienda los siguientes principios: Principio número 15: Dinámica. Permitir que las características de un objeto, entorno externo o proceso cambien para que sean óptimos o para encontrar una condición operativa óptima. Principio número 29: Neumática e hidráulica. Utilizar partes intangibles de un objeto o sistema en lugar de partes tangibles. Principio número 37: Expansión térmica. Usar expansión o contracción térmica de los materiales Principio número 28: Reemplazar sistema mecánico. Reemplazar un medio mecánico por un medio sensorial. Figura 16. Principios de inventiva propuestos para la resolución de problemática TIC (III). 40 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Al mejorar la complejidad de un dispositivo (parámetro 36), otro parámetro que puede encontrarse en contradicción es la complejidad de control, parámetro número 37. En este caso los principios de inventiva recomendados son los siguientes: Principio número 15: Dinámica. De nuevo se repite el mismo principio que en la contradicción anterior. Principio número 10: Acción previa. Realizar, antes de que sea necesario, el cambio requerido de un objeto o sistema. Principio número 28: Reemplazar sistema mecánico. También se repite el mismo principio que en la contradicción anterior. Principio número 37: Expansión térmica. Al igual que el anterior principio también se repite. Figura 17. Principios de inventiva propuestos para la resolución de problemática TIC (IV). Aplicación de la metodología en un problema TIC 41 Por último, al mejorar la complejidad del dispositivo (parámetro 36) otro parámetro que se puede ver alterado de manera negativa es el grado de automatización, parámetro número 38. En este último caso los principios de inventiva recomendados por la matriz de contradicciones son los siguientes: Principio número 15: Dinámica. De nuevo aparece repetido como principio de inventiva recomendado. Principio número 1: Segmentación. De nuevo aparece repetido como principio de inventiva recomendado. Principio número 24: “Intermediario”. Usar un artículo portador intermediario para llevar a cabo una acción. Figura 18. Principios de inventiva propuestos para la resolución de problemática TIC (V). 42 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Transformación a soluciones concretas Analizando los principios recomendados por la matriz de contradicciones en todos los casos de estudio propuestos, se puede destacar como el principio número 1 y el principio número 15 son los que más se repiten a lo largo del análisis del problema general. En este sentido se ha procedido a proponer dos posibles soluciones, cada una haciendo referencia y utilizando cada uno de los principios. En primer lugar se procede a la resolución del problema mediante el uso del principio número 1 “Segmentación”. Este principio por definición indica lo siguiente: “Dividir un objeto o sistema en partes independientes” “Aumentar el grado de fragmentación”. La primera idea surgida, de manera clara, tiene que ser que la información no puede estar representada ni visualizada por el usuario en una sola pantalla como se hace actualmente. Una vez entendido el principio, el siguiente paso es pensar como la información puede ser representada de manera que no solamente se pueda observar en una pantalla. La idea propuesta por este estudio es la de presentar la información al conductor de una manera mucho más eficaz y evitando distracciones innecesarias. La idea consiste en un dispositivo periférico, unas gafas para ayudar al conductor en la tarea de estar informado en todo momento de la situación de su vehículo y la de los vehículos que tiene a su alrededor. En numerosas ocasiones los accidentes son causados debidos a puntos ciegos o imposibilidad de poder reaccionar a tiempo debido a la obstrucción de una parte de la carretera ya sea por columnas, esquinas, edificios u otros vehículos estacionados. Con la misión de ofrecer una información completa al usuario y solo cuando este la requiera y crea conveniente su uso, se presentan el siguiente sistema visual. Aplicación de la metodología en un problema TIC 43 Se detalla una evidencia sobre una primera idea de prototipo: Figura 19. Evidencia de la primera propuesta de resolución (I). Como se puede observar en la imagen se trata de unas gafas de proyección de información en solamente uno de los ojos. En el caso de la conducción en países como España la proyección se realizaría en el ojo derecho mientras que en países como Reino Unido se realizaría en el ojo izquierdo. De esta manera con solo la proyección en uno de los ojos (en cada caso el ojo más alejado del centro de la carretera, evitando mayores distracciones) se consigue que el cerebro haga una superposición de imágenes y pueda integrar ambas imágenes en una única percepción. El dispositivo se conectará al vehículo mediante el uso de tecnología bluetooth y permitirá al usuario al iniciarse elegir el tipo de información que quiere recibir. El conductor podrá ver qué ocurre y sucederá a su alrededor en un futuro inmediato, tal y como se indica en el ejemplo de la figura 18. EL punto clave de este dispositivo es que el conductor también va a poder visualizar información sobre la calzada y otros vehículos conectados: existencia de estaciones de servicio cercanas, visualización de mapas indicando la situación del propio vehículo, existencia de atascos y recomendación de rutas alternativas, existencia de colisiones… Toda esta información va a estar recogida en un solo ojo, por lo que el otro puede estar totalmente fijado en la carretera, evitando distracciones que es el factor que más preocupaba al inicio del problema. Otro punto diferencial de utilizar esta nueva tecnología es el hecho de ser un dispositivo periférico, de esta manera, si el conductor transita por una carretera sin tráfico y por una carretera en buenas condiciones y decide que no es 44 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC necesaria la visualización de toda la información puede decidir no utilizar el dispositivo y que no afecte en ningún momento a la conducción. Por último, un punto clave y que es el hecho de poder proyectar en el dispositivo la localización cercana de otros vehículos. Esta situación se produce fundamentalmente en plazas de garaje, cruces en medio de la ciudad, o cuando otro vehículo se posiciona en el punto muerto de visión del conductor. Con el nuevo dispositivo los problemas de colisión por falta de visibilidad por parte del conductor, gracias a la conectividad de los vehículos y a la representación y ayuda de la información en las gafas, se verían totalmente reducidos. Ya que el conductor podría ver en el dispositivo la situación de otros vehículos cercanos y ser consciente de la situación reduciendo su velocidad o sus intenciones. Actualmente existe una representación que se realiza en la luna del vehículo. Figura 20. Evidencia representación actual. [16] Con la solución propuesta gracias a la utilización de la metodología TRIZ se consigue una solución mucho más eficaz dónde el usuario puede elegir si desea la información y qué tipo de información quiere ver, y en ningún momento ve perjudicado su ángulo de visión como pasa actualmente en algunas representaciones que se realizan en la luna del vehículo. A parte que, según las condiciones de luz (con luz solar) la representación en la luna puede verse afectada y no ser del todo clara, mientras que en la solución propuesta (gafas) este problema es inexistente. A continuación, se detalla un esquema de la visualización de vehículos cercanos en el dispositivo: Aplicación de la metodología en un problema TIC 45 Figura 21. Evidencia de la primera propuesta de resolución (II). En segundo lugar también se puede proceder a la resolución del problema utilizando el también repetido principio número 15 “Dinamismo”, definido de la siguiente manera: Permitir que las características de un objeto, entorno externo o proceso cambien para que sean óptimos o para encontrar una condición operativa óptima. 46 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC De esta manera la idea inicial es cambiar las características de la manera en que se representa la información actualmente. La solución existente es la de una pequeña pantalla dónde el usuario configura y visualiza la información del vehículo. En este caso la solución propuesta es una pantalla similar a la actual, pero de mayores dimensiones y mucho más dinámica. Se trataría de una gran pantalla situada en la parte delantera del vehículo cuya función es informar al usuario en todo momento de la información de interés. El modo de funcionamiento de la pantalla es algo diferente a las existentes ya que si el vehículo detecta una situación de riesgo en la pantalla solamente aparecería el mensaje (icono), indicativo en tonos rojizos, o con un enmarcado rojo intermitente, con alertas, de manera que el usuario de manera inmediata podría conocer que existe algun problema pero sin perder demasiado tiempo apartando la vista de la carretera. Esta pantalla también sería desplegable, de manera que en caso de que no fuera necesaria su utilización completa quedaría escondida y evitando puntos muertos visuales. [12] Un posible modelo de pantalla podría ser el siguiente: Figura 22. Evidencia del diseño de la segunda propuesta de resolución (I). Figura 23. Evidencia del diseño de la segunda propuesta de resolución (II). 47 De esta manera y mediante la utilización de la metodología TRIZ se consigue obtener dos posibles soluciones al problema inicial propuesto. Siempre siguiendo los pasos recomendados. Identificación problema particular, generalización del mismo, obtención de una serie de soluciones generales como son la segmentación y el dinamismo y finalmente concretando estas soluciones encontradas mediante la matriz de contradicciones en dos soluciones concretas como son una mejora en el sistema actual de pantallas existentes y la creación de un nuevo producto tecnológico como es el modelo de gafas de visualización de información propuestas. 48 Metodología de resolución de problemas de ingeniería (TRIZ) para proyectos TIC Capítulo 10. Conclusiones En el siguiente capítulo, se exponen las conclusiones obtenidas tanto a nivel personal del autor como a nivel técnico, explicando sensaciones experimentadas durante el proyecto, así como analizando los resultados obtenidos. Realizado el proyecto y una vez examinados los resultados obtenidos, se puede considerar un trabajo interesante dónde se ha podido comprobar la idea principal que manejaba dicho proyecto. Concretamente se ha podido estudiar una metodología de resolución de problemas, inicialmente dirigida y orientada a problemas mecánicos de inventiva, comprendiendo su funcionamiento aplicándolo a un problema de ayudas al conductor en automóviles conectados, algo que hemos considerado una problemática del ámbito TIC. El punto a resaltar de este proyecto es tanto la explicación de la metodología como después su aplicación en entornos TIC. Demostrando la posibilidad de poder aplicar dicha metodología a un entorno TIC. En definitiva, se puede constatar que se ha cumplido con el objetivo final propuesto: La aplicación de la metodología TRIZ para el diseño de servicios y sistemas TIC. La continuación de este trabajo podría consistir en la aplicación de esta metodología en diferentes ámbitos TIC, desde la electrónica y la radiofrecuencia hasta la gestión telemática de servicios de Comunicaciones Electrónicas. En relación a la valoración personal, ésta no deja de ser también muy positiva, aprendiendo una metodología realmente útil y pudiendo obtener durante estos meses el conocimiento de una metodología de aplicación factible en todos los problemas, desarrollos y diseños de ingeniería. Bibliografía 49 Capítulo 11. Bibliografía [1] Alʹtshuller, G. S., Shulyak, L., & Rodman, S. (1999). The Innovation Algorithm. Technical Innovation Center. [2] Altshuller, G., Alʹtov, G., Altov, H., Shulyak, L., Dronova, N., Rodman, S., & Urmanchev, U. (1996). And Suddenly the Inventor Appeared. Technical Innovation Center. [3] Bukhman, I. (2012). TRIZ Technology for Innovation. Cubic Creativity Company. [4] Rantanen, K. (2007). Simplified TRIZ: New Problem Solving Applications for Engineers and Manufacturing Professionals (2nd ed.). Auerbach Publications. [5] Gadd, K., & Goddard,
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