Rumo a um Modelo para a Solução Criativa de Problemas nas Etapas
Iniciais do Desenvolvimento de Produtos
1
Marco A. de Carvalho, M. Eng.
Nelson Back, Ph. D.
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RESUMO
A inovação é necessária para o sucesso das empresas no longo prazo. Uma das maneiras de inovar é através da
utilização de métodos adequados para a solução de problemas no processo de desenvolvimento de produtos. O escopo deste
trabalho corresponde às etapas iniciais do processo de desenvolvimento de produto: o planejamento de produto e o projeto
conceitual. Inicialmente, faz-se uma revisão dos principais métodos para a solução criativa de problemas (MSCP) no
processo de desenvolvimento de produtos. Em seguida, propõe-se uma classificação dos MSCPs em quatro categorias intuitivos, sistemáticos, heurísticos e orientados. Faz-se, então, uma análise não comparativa dos MSCPs, uma vez que cada
um dos métodos tem sua utilidade e escopo de aplicação, não existindo método intrinsecamente melhor ou pior. Como
parâmetros para a análise, são estabelecidas as características fundamentais dos problemas. Com base nas características
fundamentais dos problemas, nas classes de MSCP e nas etapas do processo de desenvolvimento de produtos, é feita a
análise e dela são retiradas algumas recomendações com relação a uma metodologia voltada para a inovação no
desenvolvimento de produtos, a qual encontra-se em desenvolvimento pelos autores.
Palavras-chave: Desenvolvimento de Produtos, Planejamento de Produtos, Projeto Conceitual, Metodologia de Projeto,
Solução Criativa de Problemas
2
FUNDAMENTAÇÃO
O desenvolvimento de um produto é um processo
complexo e multidisciplinar de solução de problemas. O
problema do cliente deve ser traduzido em termos técnicos,
para que possa ser desenvolvido um produto (entendido
como produto, processo ou serviço) que – no mínimo – o
satisfaça. No mínimo porque, cada vez com maior
freqüência, satisfazer o cliente não é suficiente.
Quando satisfazer o cliente deixa de ser um diferencial e
passa a ser um pré-requisito para estar no mercado, as
estratégias das empresas precisam voltar-se para a
inovação. É necessário oferecer algo mais para o cliente.
Neste trabalho, são mostrados alguns dos métodos
utilizados nos setores de desenvolvimento de produto de
empresas bem sucedidas para inovar. Inovando, estas
empresas mantêm sua parcela de clientes atuais e
conquistam novos clientes. Embora os métodos
apresentados neste trabalho sejam aplicáveis também a
outras áreas, o enfoque utilizado será no desenvolvimento
de produtos.
Cada vez mais atenção tem sido dada aos processos de
desenvolvimento de produtos das empresas. Grande parcela
das empresas já atuaram em seus processos de fabricação,
eliminando desperdícios e melhorando a qualidade na
produção. O desafio atual é o de melhorar o produto. A
solução para esse desafio passa pelo próprio processo de
obtenção do produto. Tecnologias relativamente recentes,
como o desenvolvimento simultâneo de produtos e a
metodologia de projeto têm demonstrado utilidade na
obtenção de produtos inovadores que agradam ao cliente e
aos acionistas. Estas tecnologias possibilitam projetar
produtos em tempos menores, a custos menores e com
qualidade maior (Ulrich & Eppinger, 1995). Como
conseqüência, o retorno sobre o investimento no produto se
dá mais cedo.
Existem vários caminhos para a inovação. Produtos
inovadores podem ser o resultado de novos
desenvolvimentos da própria empresa, descoberta de novos
usos para produtos ou tecnologias atuais, desenvolvimentos
dos próprios clientes e outras possibilidades. O escopo
deste trabalho são os métodos para a busca de inovação
através de desenvolvimentos próprios.
3
MÉTODOS PARA A SOLUÇÃO CRIATIVA
DE PROBLEMAS
Diversos métodos têm sido propostos para orientar a
solução criativa de problemas. Estes métodos são maneiras
de tornar a inovação controlável e assumem que a
criatividade no desenvolvimento de produtos não pode ser
tratada como puramente casual. Neste trabalho, assume-se
que o uso adequado de certos métodos pode melhorar a
eficiência e a eficácia de produção de soluções criativas no
desenvolvimento de produtos.
Numa revisão da literatura pode-se encontrar, hoje, mais
de 200 diferentes métodos para apoiar o processo de
solução criativa de problemas. Esta aparentemente grande
diversidade desaparece, entretanto, ao se analisar os
princípios nos quais se baseiam os métodos. Pode-se
utilizar, então, um número relativamente pequeno de
métodos para representar os demais. A seguir, faz-se uma
breve revisão dos principais MSCP. São eles o
brainstorming, o método dos questionários ou checklists, o
brainwriting, o lateral thinking, o método synectics, o
método morfológico, o método da análise e síntese
funcional, o método da analogia sistemática, os algoritmos
e programas, o método dos princípios inventivos, o método
da separação e a análise campo-substância.
Para atender às finalidades deste trabalho, propõe-se
uma classificação dos MSCP em quatro categorias:
métodos intuitivos, métodos sistemáticos, métodos
heurísticos e métodos orientados. O brainstorming, os
checklists, o brainwriting e o lateral thinking são métodos
intuitivos, baseados nas teorias psicológicas da criatividade.
Estes métodos procuram apoiar e incentivar certos estilos
de pensamento que tendem a produzir soluções criativas. O
método morfológico, o da análise e síntese funcional e o
método da analogia sistemática são métodos sistemáticos.
Um conceito central nestes métodos é o de subdividir o
problema em partes menores, buscar soluções para estes
subproblemas e, em seguida, sintetizar as soluções parciais
numa solução total. Os algoritmos e programas compõem
uma terceira categoria de métodos, denominados
heurísticos. O método dos princípios inventivos e da matriz
de contradições, o método da separação e a análise camposubstância são métodos da TRIZ (Teoria da Solução
Inventiva de Problemas), ou métodos orientados. Estes
últimos métodos fundamentam-se numa base de
conhecimento, obtida através da análise das soluções
técnicas registradas em patentes.
3.1
MÉTODOS INTUITIVOS
Brainstorming
O brainstorming foi criado por Osborn (1953). Trata-se
de um método de criatividade para uso em grupo. O
brainstorming fundamenta-se no fato de que cada indivíduo
possui uma combinação de experiências e conhecimento
única e, portanto, pode contribuir para visualizar um
determinado problema de maneira diferente. Isso pode levar
a soluções de maior valor do que as imediatas e geradas por
uma única pessoa.
O grupo para uma sessão de brainstorming deve ser
formado por cerca de seis indivíduos, preferencialmente de
diferentes áreas do conhecimento relacionadas ao problema.
Deve ser indicado um moderador com domínio do método
para a sessão. Cada um dos participantes deve ter
conhecimento prévio sobre o objetivo da sessão e cada um
deles deve preparar-se, levando em conta o objetivo. Uma
sessão de brainstorming deve durar cerca de trinta minutos.
Antes de iniciar uma sessão de brainstorming, o
moderador deve motivar o grupo para a solução do
problema. A partir de uma definição do problema não
excessivamente específica - uma vez que o grupo é
multidisciplinar - o grupo deve ser levado a gerar uma
grande quantidade de idéias. Durante a etapa de geração de
idéias, não são permitidas críticas e todas as idéias devem
ser anotadas. Com a proibição da crítica, consegue-se
grande quantidade de idéias. Os indivíduos são, numa
segunda etapa, incentivados a gerar mais idéias, baseadas
nas idéias dos outros. Consegue-se, assim, aumentar a
qualidade das idéias obtidas. Numa terceira etapa, é feita a
avaliação das idéias obtidas e sua classificação por ordem
de viabilidade.
Questionários e checklists
O método dos questionários e checklists pode ser
utilizado individualmente ou em grupo, por exemplo,
durante uma sessão de brainstorming. O objetivo das
questões do questionário ou dos itens do checklist é
estimular a geração de idéias. Com este método, sugere-se
que o problema central seja variado conforme algumas
questões genéricas propostas, como as de Osborn (1953): é
possível adaptar, modificar, aumentar, diminuir, substituir,
reordenar, inverter, combinar ou usar de outro modo o
objeto do problema? Não há diferença fundamental entre
este método para a solução de problemas e o método
baseado na utilização de checklists, já que, na aplicação do
último, está implícito o questionamento. Vários autores
oferecem sugestões de checklists e questionários, como
Koberg & Bagnall (1981), Van Gundy, (1988) e de Bono
(1968).
Brainwriting (635)
O método 635 é o mais conhecido desta classe de
métodos. Foi desenvolvido, com base no brainstorming,
por Rohrbach (1969), a partir da percepção de que, em
sessões de brainstorming, se somente algumas poucas
idéias iniciais são desenvolvidas de maneira intensiva, as
soluções obtidas tendem a ser melhores.
Após a familiarização com o problema e cuidadosa
análise, um grupo de seis participantes escreve três
sugestões iniciais para solucionar o problema. A seguir,
estas soluções são passadas ao participante vizinho, que
deve sugerir outras três soluções ou desenvolvimentos das
soluções já sugeridas. Este processo continua até que cada
folha tenha trocado de mãos cinco vezes. Ao final, faz-se a
avaliação e definição das idéias a implementar.
Lateral Thinking
Seguindo o raciocínio inicial de tentar sair de um padrão
de pensamento para outro, no lateral thinking, de Bono
(1968, 1994) propõe as técnicas de degrau, fuga e
estimulação randômica. Todas estas técnicas baseiam-se
em provocações. Uma provocação é uma idéia lançada com
o simples objetivo de produzir outras idéias.
Um exemplo de uso da técnica do degrau é a
provocação "carros deveriam ter rodas quadradas". Esta
idéia pode levar a outras idéias interessantes, como uma
peça quadrada presa à roda (ou duas peças quadradas
sobrepostas, formando um octógono), para melhorar a
aderência em terrenos arenosos ou atoleiros. A idéia inicial
é o "degrau" utilizado para "subir" a um outro padrão de
pensamento.
Na técnica da fuga, busca-se identificar o padrão atual de
pensamento e, conscientemente, escapar deste. Assume-se
que, em cada cabina telefônica, deve existir somente um
aparelho. Uma fuga deste padrão seria a idéia de dois
aparelhos por cabina. Assim, se o cabo fosse
suficientemente longo, duas pessoas poderiam telefonar ao
mesmo tempo e um dos aparelhos poderia ser utilizado
enquanto o outro estivesse fora de serviço.
A técnica da estimulação randômica implica no uso de
um objeto, obtido por acaso, que deve ser associado ao
problema em questão. Por exemplo, o problema é controlar
o sentido do fluxo de pessoas pela porta de uma agência
bancária. A estimulação randômica vem da palavra cair,
obtida de um dicionário. Um possível resultado de
associação é o uso de um escorregador (queda controlada),
pelo qual as pessoas poderiam, somente, descer,
garantindo-se a possibilidade de movimentação num único
sentido - para fora, neste caso, ao final do expediente.
Synectics
Synectics ou sinergia é o método de solução criativa de
problemas em grupo criado por Gordon (1961) e
aperfeiçoado por Prince (1972). A seqüência de aplicação
deste método é apresentada na Figura 1. O nome synectics
justifica-se por este método ter sido desenvolvido para
utilizar diferentes elementos da criatividade (incubação,
pensamento divergente, tentativa e erro, analogias), de
forma combinada. É sugerido que o método seja usado por
um grupo multidisciplinar de quatro a sete pessoas.
Os dois primeiros passos são dedicados à compreensão
do problema pelo grupo, ou, tornar o (problema) estranho
familiar. No terceiro passo, o grupo procura gerar,
espontaneamente, soluções preliminares para o problema,
cuja finalidade principal é aprofundar a compreensão sobre
o problema. No quarto passo, definições alternativas para o
problema ou subproblemas são feitas e uma destas
definições é escolhida para ser trabalhada.
seguinte, busca-se formas alternativas para solucionar os
parâmetros, que correspondem a variantes de solução para
os parâmetros. Em seguida, obtêm-se todas as combinações
possíveis dos parâmetros. Então, são definidos critérios de
avaliação e as combinações de parâmetros são submetidas a
avaliação. Finalmente, a melhor combinação é escolhida.
Definição exata do problema
Expor o
problema
Subdivisão do problema em
parâmetros
Aprofundar compreensão sobre o
problema
Criação de variantes para os
parâmetros
Elaboração de todas as combinações
possíveis dos parâmetros
Propor soluções
espontâneas
Seleção e implementação das
melhores combinações
Elaborar definições para o problema e
selecionar uma definição
Figura 2 – Etapas do método morfológico (Zwicky, 1948)
Elaborar analogias diretas
e selecionar
Sim
Analogias suficientes?
Não
Elaborar analogias pessoais
e selecionar
Analisar as analogias
escolhidas
Sim
Analogias suficientes?
Construir relações das analogias
com o problema
Não
Elaborar analogias simbólicas
e selecionar
Definir
soluções
Figura 1 – Etapas do método Synectics (Gordon, 1961 e
Prince, 1972)
Os três passos seguintes sugerem a geração de analogias
- diretas, pessoais e simbólicas - e seleção. Com as
analogias, procura-se "tornar o familiar estranho". As
analogias selecionadas devem atender aos seguintes
critérios: ser consideradas interessantes pelo grupo, ter
pequeno relacionamento com o problema e ser conhecidas
pelo grupo.
As analogias escolhidas são, então, analisadas. Nesta
etapa do método, "... o pensamento oscila de um modo
ordenado entre análise e analogia, entre fazendo o estranho
familiar e o familiar estranho" (Back, 1983). Em seguida,
buscam-se novas associações entre conceitos e outras
implicações das analogias, relacionando-as com o problema
inicial. Finalmente, definem-se as soluções a adotar.
Se não forem encontradas soluções satisfatórias, podese retornar ao quarto passo, trabalhando com outra
definição para o problema.
3.2
MÉTODOS SISTEMÁTICOS
Método morfológico
O método morfológico foi criado por Zwicky (1948). O
método consiste no desdobramento de um problema
complexo em partes mais simples, a solução das partes
mais simples e a recombinação numa solução completa. As
etapas do método morfológico são mostradas na Figura 2.
Inicialmente, o problema é definido de forma exata; a
seguir, o problema é subdividido em parâmetros. Na etapa
Método da análise e síntese funcional
Embora com algumas variações, a recomendação de uso
do método da análise e síntese funcional para o projeto de
produtos complexos é unanimidade entre autores da área de
metodologia de projeto (Back, 1983, Hundal, 1990, Roth,
1991, Ullman, 1992, Koller, 1994, Ulrich & Eppinger,
1995, Hubka & Eder, 1996, Pahl & Beitz, 1996).
A análise funcional corresponde à extração, a partir de
um sistema técnico existente, de sua estrutura funcional. A
síntese funcional é o processo de criação de novas
estruturas funcionais.
Diferentes diretrizes têm sido propostas para a obtenção
da estrutura funcional de um sistema técnico. Com base nas
principais abordagens para o problema da obtenção da
estrutura funcional, Herrmann et al. (1995) propõem os
passos mostrados na Figura 3. Em sua proposta, esses
autores destacam dois pontos: a distinção de procedimento
para projeto de produto novo ou reprojeto (no caso de
reprojeto, é feita a análise funcional) e o uso de uma base
de funções. A base de funções pode abranger um conjunto
de funções elementares de um domínio específico ou todo o
domínio dos sistemas técnicos.
PROJETO NOVO
REPROJETO
Requisitos e sistema
existente
Requisitos
Relacionar os requisitos com
funções da base de funções
Arranjar as funções numa
estrutura de funções
Efetuar a variação da
estrutura de funções
Avaliar as estruturas de
funções variantes
Abstrair do sistema
existente
Individualizar os princípios
de solução
Relacionar os princípios com
funções da base de funções
Arranjar as funções
numa estrutura de funções
Efetuar a variação da
estrutura de funções
Estrutura de funções
Avaliar as estruturas de
funções variantes
Estrutura de funções
Figura 3 - Etapas para a elaboração da estrutura funcional
(Herrmann et al., 1995)
No caso do reprojeto de um sistema, inicialmente,
utiliza-se um processo analítico. Do sistema existente,
retiram-se princípios de solução e funções. As demais
etapas do procedimento são iguais às recomendadas para o
projeto de novos produtos.
Método da analogia sistemática
Com as analogias, procura-se identificar características
funcionais ou estruturais originárias de áreas técnicas,
naturais e administrativas e traduzi-las para a geração de
novas soluções. O processo de analogia consiste em
comparação e transferência de características originárias de
dois domínios distintos (o domínio do problema e o
domínio análogo) em níveis compatíveis de abstração. Para
que possa existir analogia entre dois domínios estes devem
ter, no mínimo, uma característica em comum.
O processo sistemático para a geração de analogias é
mostrado Figura 4 (Linde & Hill, 1993). A partir da
definição do problema, abstrai-se suas características mais
relevantes. Procura-se, então, transferir características do
problema para possíveis áreas de analogia. Neste processo,
compara-se características do problema com características
da área de analogia. Tal comparação pode ser feita, por
exemplo, ao nível de funções, estrutura, forma ou
comportamento. Finalmente, faz-se a transferência e o
ajuste das características consideradas mais úteis ao
problema, obtendo-se soluções básicas.
mais especificamente, seqüências bastante detalhadas de
tarefas. O nível de detalhamento de um algoritmo deve ser
suficiente para garantir uma fácil implementação
computacional subseqüente.
Na Figura 5 é mostrado o “Algoritmo para a seleção de
problemas inventivos a partir de fenômenos indesejados”
em seus itens ou conjuntos de heurísticas principais,
proposto por Savransky (1998). Neste algoritmo, há etapas
de processamento, tomada de decisão e iterações, que não
foram representadas na figura. Várias destas etapas
subdividem-se em itens, subitens e, em alguns casos,
orientações de procedimento, como:
"Descrever a situação na forma dada por um
especialista."
"Descrever o fenômeno indesejado observado na linha
principal do processo, dentro da região de sua realização."
"Verificar se a descrição obtida contém respostas às
questões onde, quando, o quê e por quê. Se não, retornar ao
passo anterior."
Neste algoritmo há, também, esquemas de frases para a
(re)formulação de problemas, como:
"Na região ... (resposta à questão onde), durante ...
(resposta à questão quando), acontece ... (resposta à questão
o quê), porque ... (resposta à questão por quê)."
1. Descrever a situação inicial
2. Verificar consistência
Definição do
problema
Abstrair e definir
características do problema
Transferir características do problema
para possíveis áreas de analogia
3. Verificar "auto-abandono"
4. Reformular situação inicial
5. Analisar recursos do sistema
6. Formular problemas principais
Comparar características do problema
com características da área de analogia
Ajustar as características em
soluções do problema e selecionar
Solução básica
Figura 4 - Processo sistemático de geração de analogias
(adaptado de Linde & Hill, 1993)
3.3
MÉTODOS HEURÍSTICOS
Heurística é “uma regra que pode auxiliar a solucionar
certos tipos de problemas, mas, não garante que se chegue à
solução.” (Perkins, 1981).
Segundo a definição de Perkins, todos os métodos para
a solução criativa de problemas podem ser considerados
como heurísticos. Entretanto, para os fins deste trabalho,
serão considerados métodos heurísticos para a solução
criativa de problemas os algoritmos e programas
computacionais.
Algoritmo
"No sentido restrito, a palavra algoritmo significa uma
seqüência absolutamente determinada de operações
matemáticas. Num sentido mais amplo, algoritmo é
qualquer programa de ação suficientemente claro."
(Altshuller, 1984). De acordo com esta frase, vários MSCP
poderiam ser classificados como algoritmos. Os algoritmos
para a solução criativa de problemas ora estudados são,
7. Formular problemas secundários
8. Avaliar e selecionar problemas
9. Analisar as conseqüências da solução
10. Analisar o trabalho com o algoritmo
Figura 5 - Conjuntos principais de heurísticas do algoritmo
de Savransky (1998)
Programa
Um programa é a implementação computacional de um
algoritmo. Quanto mais detalhado e estruturado um
algoritmo é, mais facilmente ele pode ser implementado
computacionalmente.
Programas de computador como o AM e o HEURISCO
foram projetados para inventar novos (ao menos para o
programa) conceitos matemáticos, utilizando a busca
heurística (Lenat, 1989). Tais programas foram estruturados
com base em algumas centenas de heurísticas de diferentes
níveis de abstração. Um exemplo de heurística utilizada é
"se F é uma operação interessante, procure pela sua
inversa." Outros programas foram desenvolvidos, de forma
a implementar a criatividade como mudança de segunda
ordem (Watzlawick et al., 1979), a criatividade como
exploração e transformação de um espaço conceitual
(Boden, 1990) e a criatividade como busca num espaço de
possibilidades (Perkins, 1995).
Algoritmos da TRIZ ou desenvolvimentos a partir dela
têm sido implementados, inclusive resultando em
programas comerciais, como os pacotes da Invention
Machine Co. (1999), da Ideation International, Inc. (1999),
da Insytec (1999) e IQ-Plus Co. (1999).
3.4
MÉTODOS ORIENTADOS
Método dos princípios inventivos
O método dos princípios inventivos envolve a utilização
de parâmetros de engenharia e princípios inventivos. Este
foi o primeiro dos métodos para a solução de problemas
criados por Altshuller (1969).
Os parâmetros de engenharia correspondem à
generalização das grandezas envolvidas em problemas
técnicos de diferentes áreas. Conforme o tipo de problema,
estas grandezas devem ser maximizadas, minimizadas ou
mantidas ao redor de uma determinada meta. Os trinta e
nove parâmetros de engenharia são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1 - Parâmetros de engenharia (Altshuller, 1969)
possibilidades de solução para um determinado problema.
Os princípios inventivos foram obtidos a partir da
generalização e agrupamento de soluções repetidamente
utilizadas na criação, desenvolvimento e melhoria de
sistemas técnicos de diferentes áreas. Este trabalho foi feito
a partir da análise de uma quantidade muito grande de
patentes (mais de 2 milhões de patentes). Os quarenta
princípios inventivos formulados por Altshuller são
mostrados na Tabela 2.
Tabela 2 - Princípios inventivos (Altshuller, 1969)
1
Segmentação,
fragmentação
21
Alta velocidade
2
Remoção, extração
22
Transformação de
prejuízo em lucro
3
Qualidade local
23
Retroalimentação
4
Assimetria
24
Mediação
5
Junção, mistura,
combinação
25
Auto-serviço
6
Universalização
26
Cópia
7
Aninhamento
27
Uso de objeto barato e
de vida curta
8
Contrapeso
28
Substituição de meios
mecânicos
9
Compensação prévia
29
Uso de pneumática e
hidráulica
10
Ação prévia
30
Uso de filmes finos e
capas flexíveis
11
Amortecimento prévio
31
Uso de materiais
porosos e membranas
12
Equipotencialidade
32
Mudança de cor
13
Reversão
33
Homogeneização
1
Peso do objeto em
movimento
21
Potência
2
Peso do objeto
parado
22
Perda de energia
3
Comprimento do
objeto em
movimento
23
Perda de substância
4
Comprimento do
objeto parado
24
Perda de informação
5
Área do objeto em
movimento
25
Perda de tempo
6
Área do objeto
parado
26
Quantidade de
substância
14
Recurvação
34
Descarte e recuperação
7
Volume do objeto
em movimento
27
Confiabilidade
15
Dinamização
35
Mudança de parâmetros e propriedades
8
Volume do objeto
parado
28
Precisão de medição
16
Ação parcial ou
excessiva
36
Mudança de fase
9
Velocidade
29
Precisão de fabricação
17
37
Expansão térmica
10
Força
30
Fatores indesejados
atuando no objeto
Aumento do número
de dimensões
18
Vibração
38
Uso de oxidantes fortes
11
Tensão, pressão
31
Efeitos colaterais
indesejados
19
Ação periódica
39
Uso de atmosferas
inertes
12
Forma
32
Manufaturabilidade
20
40
13
Estabilidade do
objeto
33
Conveniência de uso
Continuidade da ação
útil
Uso de materiais
compostos
14
Resistência
34
Mantenabilidade
15
Durabilidade do
objeto em
movimento
35
Adaptabilidade
16
Durabilidade do
objeto parado
36
Complexidade do objeto
17
Temperatura
37
Complexidade de
controle
18
Brilho
38
Nível de automação
19
Energia gasta pelo
objeto em
movimento
39
Produtividade
20
Energia gasta pelo
objeto parado
Os princípios inventivos são sugestões relativas a
O processo de aplicação do método dos princípios
inventivos é mostrado na Figura 6. Há duas opções para a
aplicação deste método. Se não se considerar necessário
identificar conflitos entre parâmetros, os princípios
inventivos podem ser utilizados de forma similar aos itens e
questões do método dos questionários ou checklists. A outra
opção implica na identificação de contradições,
transformação dessas contradições em contradições entre
parâmetros de engenharia e posterior utilização da matriz
de contradições. A matriz de contradições (Altshuller,
1969) serve para a identificação dos princípios
historicamente mais utilizados para a solução da mesma
contradição entre parâmetros, nas patentes. Uma
implementação da matriz pode ser encontrada em
http://www.inp.nsk.su/~dolgash/triz/index.html.
O uso dos princípios inventivos começa pela
identificação de parâmetros a serem melhorados num
sistema. Após a identificação destes parâmetros, verifica-se
se eles são contraditórios ou não. Se não houver
contradição envolvida, os princípios inventivos podem ser
utilizados livremente, buscando a simples melhoria do
parâmetro insatisfatório. Se existir contradição entre
parâmetros, deve-se procurar definir pares de parâmetros
contraditórios. Para orientar a busca de solução de cada par
de parâmetros contraditórios, busca-se os princípios
inventivos adequados, na matriz de contradições. Nas linhas
da matriz de contradições estão os parâmetros de
engenharia que se deseja melhorar e, nas colunas, os
parâmetros que são prejudicados com a melhora dos
parâmetros das linhas. Onde ocorre o cruzamento da linha
com a coluna estão os princípios inventivos utilizados
anteriormente para a solução daquela contradição, na ordem
de freqüência de uso. Uma vez identificados os princípios
inventivos aplicáveis, procura-se soluções para a
contradição, a partir deles. Isto não significa que outros
princípios inventivos não possam resultar em soluções
adequadas. Savransky (1988) argumenta que, como a
compilação feita para estabelecer a matriz de contradições é
antiga e sua validade estatística diminuiu, é interessante
procurar utilizar, também, outros princípios inventivos.
Analisar o sistema técnico
Selecionar um parâmetro a melhorar
Não
Há conflito entre os parâmetros ?
Tentar melhorar os parâmetros com
princípios inventivos
Sim
Encontrar parâmetros de engenharia
conflitantes
Encontrar os princípios inventivos
aplicáveis na matriz de contradições
Aplicar os princípios inventivos para
resolver o problema
Figura 6 - Solução de problemas com os princípios
inventivos (Altshuller, 1974)
Por exemplo, no projeto de latas para conter bebidas
gaseificadas (refrigerantes e outras), deseja-se diminuir a
quantidade de material utilizado para fabricar a lata - de
modo a reduzir custos - e, ainda assim, manter a integridade
estrutural da mesma, para possibilitar o empilhamento. Se a
quantidade de material utilizada é diminuída, a tensão
admissível também diminui, o que é indesejável. Logo, os
parâmetros conflitantes são: no 4 - comprimento do objeto
parado e no 11 - tensão, pressão. Consultando a matriz de
contradições, apresentada no Apêndice A, obtém-se os
seguintes princípios: no 1 - segmentação, fragmentação; no
14 - recurvação; e no 35 - mudança de parâmetros e
propriedades. A partir do princípio no 1, pode-se chegar a
uma das concepções existentes - latas corrugadas. Essa
solução aumenta a resistência mecânica das latas, mas, não
economiza material. A maior parte das latas de refrigerante
utilizadas atualmente são uma aplicação do princípio no 14.
O formato recurvado faz com que a pressão interna
aumente a resistência mecânica. O princípio no 35 poderia
levar a uma concepção que incluísse uma modificação na
estrutura do material das latas, como um tratamento
térmico, para aumento de resistência. Diversas outras
soluções poderiam ser geradas, com base nos princípios
sugeridos pelo uso da matriz de contradições. Além dos três
princípios sugeridos, não podem ser descartados os outros
princípios inventivos. Outras soluções interessantes
poderiam ser obtidas através da aplicação de outros
princípios inventivos.
Método da separação
O método da separação serve para a solução de
contradições físicas. Na solução de uma contradição, todos
os requisitos contraditórios têm de ser atendidos. Para que
isso aconteça, as características contraditórias devem ser
separadas no sistema. Através do estudo de patentes,
Altshuller (1984a, 1984b) estabeleceu, inicialmente, onze
princípios de separação, que foram resumidos em quatro
princípios gerais de separação: separação no espaço,
separação no tempo, separação no sistema e separação de
acordo com condições específicas.
Por exemplo: torres de destilação são montadas no solo
e, posteriormente, colocadas na posição vertical por meio
de um guindaste. Estas torres, de seção circular, muito
longas e com paredes finas, podem romper-se durante o
processo de suspensão para a montagem, devido às grandes
tensões de tração produzidas pela flexão sob o peso próprio.
O simples aumento da espessura das paredes da torre
não solucionaria o problema. A contradição física pode ser
formulada como: a resistência à flexão da torre deve ser
baixa (ou, apenas o suficiente para a utilização final, na
posição vertical) e deve ser alta (para resistência à flexão
durante a suspensão).
Através da separação no espaço, o momento de inércia
da seção transversal da torre deveria ser modificado, sendo
a suspensão feita de forma a submeter somente o eixo
maior da elipse à flexão. Isto poderia ser feito pela
modificação da seção de circular para elíptica ou retangular
ou pela adição de material somente na região de um eixo.
A separação no tempo indica que a resistência à flexão
não precisa ser alta durante todo o tempo. Uma possível
solução seria adicionar uma estrutura interna ou externa,
suspender a torre até a posição vertical e, em seguida,
remover a estrutura. Uma segunda opção seria construir a
torre a partir de segmentos telescópicos (na totalidade da
torre ou em partes da mesma), encurtando a torre durante a
suspensão e aumentando o comprimento na situação final.
Outra solução poderia ser derivada da separação entre as
partes e o todo: segmentos da torre seriam montados no
solo e, em seguida, suspensos e montados na vertical. A
solução da torre telescópica também poderia ser alcançada
pela utilização da separação entre as partes e o todo.
Análise C-S (campo - substância)
A base para este tipo de análise é o modelo C-S (camposubstância), desenvolvido por Altshuller (1984a). O modelo
C-S corresponde ao sistema técnico mínimo. Campo
representa o provimento de energia e/ou informação. Isto
inclui os campos estudados na Física (gravitacional,
elétrico, magnético etc.) e outros (odor, pressão hidráulica
etc.). Substância é um objeto material, com qualquer nível
de complexidade. Campos atuam sobre substâncias e a
interação entre substâncias ou entre substâncias e campos
pode gerar outros campos. Analisando-se o sistema de
controle de direção de um veículo, por exemplo, o volante é
uma substância, a mão do motorista é a outra substância e o
campo envolvido é a força exercida pela mão sobre o
volante.
A solução de um problema através da análise C-S
consiste identificação dos campos e substâncias disponíveis
no sistema - recursos do sistema - e, dentre estes, aqueles
diretamente relacionados com a situação do problema. Com
os campos e substâncias identificados constrói-se, então, o
modelo C-S do problema. A seguir, identifica-se as regras
de transformação do C-S que podem ser utilizadas. Com
base em patentes, Altshuller (1984a) catalogou 76 regras de
transformação ou soluções padrão para sistemas C-S. Para
orientar a seleção da regra mais adequada,. há um
algoritmo, no qual as entradas são informações sobre o
sistema C-S e circunstâncias do problema e as saídas são
indicações de qual deve ser a regra mais adequada para sua
solução, no nível de modelo C-S. A partir do modelo e de
recursos do sistema, a solução técnica é desenvolvida.
Até aqui, foram apresentados alguns MSCP,
considerados representativos da enorme gama de métodos
para a solução criativa de problemas. No próximo segmento
deste trabalho, discute-se as características e potenciais de
utilização destes métodos no processo de desenvolvimento
de produtos.
4
interdependências entre estas variáveis. A complexidade
pode ser medida em unidades de trabalho (ergs, homenshora etc.).
A compreensão do domínio do problema refere-se a
quão bem definido está o problema. O domínio de um
problema define-se como um estado inicial indesejado, um
estado final desejado e restrições, as quais impedem que o
estado inicial indesejado transforme-se no estado final
desejado (Pahl & Beitz, 1988). O domínio de um problema
estará bem definido se os três elementos citados estiverem
bem definidos.
Tabela 3 - Níveis de dificuldade de problemas técnicos
(adaptado de Altshuller, 1969)
Nível de
dificuldade
Descrição do tipo de problema
técnico
1
Problema de projeto rotineiro,
solução dentro do conhecimento
do indivíduo ou da empresa.
Exemplo: ajuste de tamanho de
botas para mergulho.
Alterações num sistema existente,
dentro do conhecimento existente
na indústria.
Exemplo: união de duas ligas de
difícil soldagem por meio de uma
terceira liga que una-se facilmente
às ligas originais.
Melhoria fundamental de um
sistema existente, que soluciona
contradições no sistema, por meio
de métodos conhecidos fora da
indústria de origem.
Exemplo: mistura de três tipos de
pasto para alimentar o gado. A
maneira antiga de solucionar o
problema era pelo uso de
misturadores. Tentou-se plantar os
três tipos de pasto em seqüência,
mas o cultivo era difícil. Uma
solução inventiva é plantar um tipo
por fileira e colher
transversalmente.
Nova geração de um sistema,
utilizando um princípio científico
(não tecnológico) para executar a
função principal do sistema.
Exemplos: microscópio ótico,
motor a vapor, fotocopiadora,
microscópio de varredura.
Descobertas científicas
importantes ou invenções
pioneiras.
Exemplos: raio X, penicilina,
DNA, laser, supercondutores a alta
temperatura.
2
ANÁLISE DA APLICABILIDADE DOS
MSCP
A comparação direta dos métodos de solução criativa de
problemas não faz sentido, já que um método não é,
necessariamente, melhor que o outro e cada tipo de método
tem vantagens e limitações de aplicação. Os métodos de
solução criativa de problemas diferem em termos das
características dos problemas para os quais sua aplicação
seria mais útil e da dificuldade de aprendizagem e aplicação
de cada método.
Uma análise da aplicabilidade dos métodos de solução
criativa de problemas que leve em consideração as
características dos problemas e a dificuldade de
aprendizagem e aplicação de cada método, portanto, teria a
utilidade de orientar a equipe envolvida num determinado
projeto de desenvolvimento de produto. A análise
apresentada a seguir é baseada em dados qualitativos
derivados da literatura e experiência.
Características dos problemas
A característica individual mais importante de um
problema é o nível de dificuldade. A dificuldade de um
problema pode ser medida em termos da ordem de grandeza
do número de tentativas necessárias para encontrar uma
solução, considerando a busca através de sucessivas
tentativas e erros. Um levantamento dos níveis de
dificuldade dos problemas técnicos baseado no estudo de
patentes foi feito por Altshuller (1969) e é apresentado na
Tabela 3.
A dificuldade de um problema pode ser desdobrada em
três outras características genéricas e mutuamente
independentes: complexidade do problema; compreensão
sobre o domínio do problema e natureza do domínio de
solução do problema.
A complexidade de um problema pode ser definida
como o trabalho necessário para determinar cada variável
(elemento desconhecido) de um problema por pessoas
treinadas para fazê-lo (Savransky, 1998). É função do
número de variáveis envolvidas no problema e das
3
4
5
Participação
no total das
patentes
32%
45%
18%
4%
< 1%
A natureza do domínio de solução diz respeito ao
número de possíveis soluções para um determinado
problema. O domínio de solução é aberto se existirem
muitas possíveis soluções e é fechado se existirem poucas
possíveis soluções.
Análise da aplicabilidade
Uma análise da aplicabilidade das categorias de
métodos de solução criativa de problemas considerando as
categorias de MSCP e as características dos problemas foi
conduzida. Esta análise baseia-se na experiência dos
autores e de seus alunos na utilização dos MSCP para a
solução de problemas diversos relacionados ao
desenvolvimento de produtos. O resultado da análise é
apresentado na Tabela 4. A escala utilizada é a seguinte:
complexidade do problema, de 1 (menor) a 5 (maior);
compreensão do domínio do problema, de 1 (maior) a 5
(menor); natureza do domínio de solução do problema, de 1
(aberto) a 5 (fechado) e dificuldade do problema, de 1
(menor) a 5 (maior).
Tabela 4 - Aplicabilidade das categorias de métodos com
relação às características dos problemas
Características dos
problemas
Complexidade do
problema
Compreensão do
domínio do
problema
Natureza do
domínio de
solução do
problema
Dificuldade do
problema
Intuitivos
Métodos
Sistemáticos
Orientados
1, 2
2, 3, 4, 5
1, 2
1, 2
1, 2
1, 2, 3, 4, 5
1, 2
1, 2
1, 2, 3, 4
1, 2
1, 2, 3
1, 2, 3, 4
As categorias de métodos intuitivos e orientados não
possibilitam o tratamento adequado de problemas com
muitas variáveis. Este tipo de problema deve ser abordado
com os métodos sistemáticos. Os métodos sistemáticos
possibilitam o desdobramento de um problema de grande
complexidade em problemas de menor complexidade. Por
outro lado, problemas pouco complexos são dificilmente
abordados com uso dos métodos sistemáticos.
Com relação à natureza do domínio de solução do
problema, as categorias de métodos intuitivos e
sistemáticos adequam-se melhor à solução de problemas
abertos, enquanto os métodos orientados possuem
mecanismos como os princípios, a previsão, as leis da
evolução e outros, que aumentam a probabilidade de
encontrar soluções para problemas com poucas possíveis
soluções.
No que se refere à dificuldade de um problema, os
métodos orientados tendem a aumentar a probabilidade de
encontrar a solução de um problema, justamente por
orientar a busca de soluções para certas regiões do domínio
de solução, onde a probabilidade histórica de encontrar
soluções é maior.
Para a seleção do método de solução criativa de
problemas a ser utilizado interessa, além da aplicabilidade
de cada método a cada tipo de problema, a dificuldade de
aplicação de cada classe de método. Essa dificuldade pode
ser medida em termos do tempo de aprendizagem para cada
método. Uma estimativa do tempo estimado para a
aprendizagem dos MSCP é apresentada na Tabela 5. Essa
estimativa foi feita pelos autores e resulta das experiências
de aprendizagem própria e de seus alunos.
Tabela 5 - Tempo Estimado para Treinamento nos MSCP
Tempo de aprendizagem
Curto (até 8h)
Médio (até 40h)
Longo (mais que 40h)
Método
Brainstorming, Checklists e
Questionários, Brainwriting, Lateral
Thinking
Synectics, Morfologia, Análise e
Síntese Funcional, Analogia
Sistemática
Métodos orientados
Alguns métodos são de aprendizagem e aplicação muito
fácil e rápida, como o brainstorming, por exemplo. Outros,
como os métodos morfológico e synectics, exigem tempo
de aprendizagem significativamente mais longo. Os
maiores períodos de aprendizagem estão associados aos
métodos orientados.
No Anexo, é apresentada uma matriz de relacionamento
que resulta de um levantamento da aplicabilidade dos
métodos de solução criativa de problemas ao longo das
etapas do processo de desenvolvimento de produto. O
levantamento baseia-se nos trabalhos de autores que se
dedicaram ao estudo do processo de desenvolvimento de
produto (Back, 1983, Pahl & Beitz, 1988, Hundal, 1990,
Roth, 1991, Ullman, 1992, Koller, 1994, Ulrich &
Eppinger, 1995, Hubka & Eder, 1996). Nas linhas da matriz
de relacionamento estão as etapas iniciais do processo de
desenvolvimento de produto, de acordo com Pahl & Beitz
(1988) - planejamento de produto e projeto conceitual - nas
quais métodos de solução criativa de problemas podem ser
úteis (etapas como definição de mercados e avaliação de
concepções, por exemplo, não estão incluídas). Nas
colunas, estão os métodos de solução criativa de problemas.
As etapas em que os métodos sistemáticos e intuitivos
para a solução criativa de problemas podem ser mais úteis
no processo de desenvolvimento de produtos estão bem
definidas. Os métodos sistemáticos para a solução criativa
de problemas não somente têm sido utilizados ao longo do
processo de desenvolvimento de produto, como tem sido
sugerido que parte da própria estrutura do processo de
desenvolvimento de produto seja baseada nos métodos
morfológico e da análise e síntese funcional, os quais
comporiam o cerne da etapa de projeto conceitual.
Quanto aos métodos intuitivos e orientados, sua
aplicação tem sido recomendada pontualmente, em etapas
do processo de desenvolvimento de produto nas quais
novas idéias são necessárias.
5
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Neste trabalho, foram apresentados alguns métodos
considerados representativos do universo dos MSCP, as
características genéricas dos problemas e análises da
aplicabilidade de cada categoria de método considerando as
características dos problemas e a aplicabilidade de cada
método no processo de desenvolvimento de produtos.
Foi adotada uma classificação dos MSCP que os
categoriza em métodos intuitivos, métodos sistemáticos,
métodos heurísticos e métodos orientados. Essa
classificação difere da comumente encontrada na literatura,
a qual consiste, apenas, das categorias dos métodos
intuitivos e sistemáticos. As categorias de métodos
heurísticos e métodos orientados foram incluídas para
enfatizar as linhas mais recentes do desenvolvimento dos
métodos para a solução criativa de problemas.
A partir das análises, pretende-se propor um modelo
prescritivo (Blessing, 1994) para a utilização dos MSCP nas
etapas de planejamento de produto e projeto conceitual.
Neste modelo, procurar-se-á fazer uso de todas as classes
de MSCP, procurando orientar a equipe de
desenvolvimento de produto ao uso do método mais
adequado ao problema em questão.
Com o modelo, pretende-se sugerir a aplicação dos
MSCP de modo progressivo. Com isso, tenciona-se facilitar
a aplicação dos métodos mais adequados a cada tipo de
problema e a obtenção de sinergias entre os diversos
métodos pela equipe de desenvolvimento de produto.
Pretende-se recomendar, inicialmente, o uso de métodos de
fácil aprendizagem e aplicação (métodos intuitivos).
Através de múltiplas etapas de decisão, pretende-se
conduzir a equipe de desenvolvimento de produto a decidir,
se os resultados obtidos com métodos mais simples não
forem considerados satisfatórios, pelo uso de métodos de
aprendizagem e aplicação mais difícil (métodos
sistemáticos, heurísticos e orientados).
A estrutura principal do modelo será baseada nos
métodos sistemáticos (análise do problema complexo,
busca de soluções para os subproblemas e síntese da
solução). De acordo com a dificuldade do problema e a
necessidade de obter novos princípios de funcionamento,
poderá ser utilizada a parte secundária do modelo, baseada
nos métodos orientados.
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
KOBERG, D., BAGNALL, J. The All New Universal
Traveler: A Soft-Systems Guide to Creativity,
Problem-Solving, and The Process of Reaching Goals.
Los Altos: William Kaufmann, Inc., 1981.
KOLLER, R. Konstruktionslehre für den Maschinenbau.
Berlin: Springer, 1994.
LINDE, H., HILL, B. Erfolgreiche Erfinden:
Widerspruchsorientierte Innovationsstrategie für
Entwickler und Konstrukteure. 1a. ed. Darmstadt:
Hoppenstedt, 1993.
OSBORN, A. F. Applied Imagination. 1a. ed. New York:
Charles Scribner’s Sons, 1953.
PAHL, G., BEITZ, W. Engineering Design: A Systematic
Approach. 2a. ed. London: Springer, 1996.
PRINCE, G. M. The Practice of Creativity. 2a.ed. New
York: Collier Books, 1972.
ALTSHULLER, G. S. Innovation Algorithm. Worcester:
Technical Innovation Center, 1999 (1a ed. russa,
1969).
ROHRBACH, B. Kreativ nach Regeln: Methode 635, eine
neue Technik zum Lösen von Problemen.
Absatzwirtschaft, v. 12, p. 73-75, 1969.
ALTSHULLER, G. S. Forty Principles. Worcester:
Technical Innovation Center, 1998 (1a ed. russa,
1974).
ROTH, K. Konstruieren mit Konstruktionskatalogen.
Berlin: Springer, 1994.
ALTSHULLER, G. S. Creativity as An Exact Science - The
Theory of The Solution of Inventive Problems. 1a. ed.
Luxemburgo: Gordon & Breach, 1984.
ALTSHULLER, G. S.; ZLOTIN, B.; ZUSMAN, A.;
PHILATOV, V. Searching for New Ideas: From
Insight to Methodology - The Theory and Practice of
Inventive Problem Solving. Kishinev: Kartya
Moldovenyaska, 1989 (Publicado em inglês como
Tools of Classical TRIZ. Southfield: Ideation
International, 1999).
BACK, N. Metodologia de Projeto de Produtos Industriais.
1a. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1983.
BLESSING, L. T. M. A Process-Based Approach to
Computer-Supported Engineering Design. Enschede,
1994. 369 p. Thesis (Doctoral) - University of Twente.
DE BONO, E. New Think: The Use of Lateral Thinking in
the Generation of New Ideas. New York: Basic Books,
1968.
DE BONO, E. De Bono's Thinking Course. 2a. ed. New
York: Facts on File, 1994.
GORDON. W. J. J. Synectics. 1a. ed. New York: Harper &
Row, 1961.
HERRMANN, N., OGLIARI, A., BACK, N.
Sistematização do Desenvolvimento da Estrutura de
Funções. In: XVI ENEGEP, 1996, Anais ...,
Piracicaba, 1996.
HUBKA, V., EDER, W. E. Design Science: Introduction to
the Needs, Scope and Organization of Engineering
Design Knowledge. 2a. ed. Londres: Springer, 1996.
HUNDAL, M.S. A Systematic Method for Developing
Function Structures, Solutions and Concepts Variants.
Mech. Mach. Theory , v. 25 , p.243-256, 1990.
SAVRANSKY, S. D. Hands-on TRIZ Course. Fremont:
The TRIZ Experts, 1998.
ULLMAN, D. G. The Mechanical Design Process. 1a. ed.
New York: McGraw-Hill, 1992.
ULRICH, K. T. & EPPINGER, S. D. Product Design and
Development. 1a. ed. New York, McGraw-Hill, 1995.
VAN GUNDY, A. B. Stalking the Wild Solution: A
Problem Finding Approach to Creative Problem
Solving. New York: Bearly, 1988.
ZWICKY, F. The Morphological Method of Analysis and
Construction. New York: Wiley-Interscience, 1948.
7
ANEXO - Uso dos métodos de solução criativa de problemas ao longo do processo de
desenvolvimento de produtos