UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS
CENTRO DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MÉTODO DE RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE ENGENHARIA ‘TRIZ’
APLICADO NO DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA
INSPEÇÃO DE INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS
Rafael Mullin von Montfort
Petrópolis
2014
ii
UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS
CENTRO DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MÉTODO DE RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE ENGENHARIA ‘TRIZ’
APLICADO NO DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA
INSPEÇÃO NA MANUTENÇÃO DE INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao
Centro de Engenharia e Computação da UCP
como requisito parcial para a conclusão do Curso
de Engenharia Mecânica.
Rafael Mullin von Montfort
Professor Orientador:
Prof. Anderson Barata Custódio, D.Sc.
Petrópolis
2014
iii
Aluno: Rafael Mullin von Montfort Matrícula: 09100143
Método de Resolução de Problemas de Engenharia ‘TRIZ’ Aplicado no Desenvolvimento de
Um Dispositivo para Inspeção na Manutenção de Instalações Industriais
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro de Engenharia e Computação da UCP
como requisito parcial para a conclusão do Curso de Engenharia Mecânica.
AVALIAÇÃO
GRAU FINAL: __________
AVALIADO POR
Prof. Anderson Barata Custódio, D.Sc. _______________________________________________
Prof. Raymundo Alves de Rezende, M. Sc. ____________________________________________
Prof. Daniel Gaspar Gonçalves de Souza, M. Sc. _______________________________________
Prof. Luiz Grinsztajn, Bel
. _________________________________________________________
Petrópolis, 12 de dezembro de 2014.
Prof. Alexandre Sheremetieff Junior M. Sc.
iv
Dedico este trabalho a todos que me
apoiaram nestes anos de faculdade, em especial a
minha namorada, por me tornar uma pessoa melhor
e servir de exemplo profissional e pessoal todos os
dias.
v
AGRADECIMENTO
Gostaria de realizar este agradecimento em três partes.
Em primeiro lugar, agradeço aos que me ajudaram no desenvolvimento deste trabalho de
concussão de curso.
Ao Professor D.Sc. Anderson Barata Custódio. Não poderia ter tido um melhor
orientador para este trabalho. Muito obrigado a todos os finais de semana de orientação e todos os
conselhos e sugestões dadas.
Ao INMETRO, em especial ao Pesquisador Nelson Melo do Espírito Santo M.Sc. que me
deram espaço para o desenvolvimento desta pesquisa e pelo conhecimento em elétrica e eletrônica
que me foi transmitido.
Em segundo lugar, agradeço a todos que me incentivaram e apoiaram durante toda
graduação. Dentre todos os que me apoiaram, gostaria de ressaltar e agradecer especialmente
alguns.
Novamente ao Professor D.Sc. Anderson Barata Custódio, que serviu de inspiração
profissional, acadêmico e pessoal desde o primeiro contato na aula de mecânica dos fluidos em
seu primeiro período na faculdade e meu quinto período de graduação.
Aos meus pais que sempre me acreditaram na minha graduação e por tudo que me
ensinaram.
A minha Avó e minha Madrinha por manterem sempre suas portas abertas.
Ao seleto grupo professores que ensinam por paixão e não por obrigação. Seus exemplos
formam profissionais capazes de pensar e não somente produzir.
Ao Projeto UCP BAJA SAE. Pelo conhecimento prático e confiança depositada.
A todos do 35° Grupo Escoteiro. Pelos fortes laços de amizade, pelo companheirismo e
pelos ensinamentos ao longo destes 10 anos.
A todos os amigos e colegas que me apoiaram e incentivaram. A pesar de muitas vezes
ter me afastado devido aos estudos e a responsabilidades pessoais, sempre que precisei estiveram
presentes.
E por último e mais importante, a minha namorada, Juliana da Silva Bernstorff, por me
aturar todos os dias e ser a melhor companheira que eu poderia pedir.
vi
"Não há nada impossível; há só
vontades mais ou menos enérgicas..."
Júlio Verne
vii
RESUMO
Desenvolvida a partir da análise de milhares de patentes pelo seu criador Genrich
Saulovich Altshuller (1926 – 1998) na extinta União Soviética a teoria de resolução inventiva de
problemas, TRIZ, é pouco conhecida no Brasil. Com sua vasta gama de ferramentas, supera com
larga vantagem os métodos tradicionais de resolução de problemas de engenharia de produto.
Os setores industriais mais globalizados e, portanto, expostos à competição já
implementam processos de inovação, análise, benchmarking e aumento do desempenho da linha
de produção como o Lean Manufacturing e Six Sigma Analysis, porém estes métodos apenas
apontam onde estão às deficiências os e qual a situação ideal, ambos de maneira muitas vezes
demasiadamente genérica.
Este trabalho introduz e aplica a metodologia TRIZ e algumas de suas diversas
ferramentas no desenvolvimento de uma solução de engenharia inovadora para a inspeção de
instalações industriais de difícil acesso ou insalubre.
O trabalho é iniciado com um refinamento do problema levantando as características que
delimitam-lhe o escopo. Isto é feito através da cognição de possíveis cenários de aplicação e das
possíveis dificuldades que o dispositivo terá que transpor.
Ele prossegue então para uma descrição do Método TRIZ e uma pequena descrição das
ferramentas que serão utilizadas neste trabalho.
Como terceira e última parte aplicamos a metodologia a fim de chegar a uma solução
ótima para o macro problema deste tipo de manutenção. A metodologia também é aplicada a
fundo para aperfeiçoar dois subsistemas críticos do dispositivo de inspeção desenvolvido.
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Diagrama do método de Tentativa-e-Erro ...........................................................2
Figura 2 Seção de Brainstorming com três participantes....................................................3
Figura 3: Amortecedores Pneumáticos sob a câmara anecoica do INMETRO. .................5
Figura 4: Exterior de um terminal de ar condicionado........................................................6
Figura 5: Interior de um duto de ar condicionado...............................................................6
Figura 6: Simbologia para análise Su-F ............................................................................19
Figura 7: Interação Su-f de uma pessoa sentada em uma cadeira.....................................20
Figura 8: Esboço do conceito inicial.................................................................................30
Figura 9: MindMap da solução proposta - primeira metade .............................................31
Figura 10: MindMap da solução proposta – segunda metade...........................................32
Figura 11: Arduino adquirido para o projeto.....................................................................33
Figura 12: Exemplo de Shield para arduino, .....................................................................34
Figura 13: Interface no programa do arduino....................................................................35
Figura 14: Impressora 3D da UCP ....................................................................................40
Figura 15: Cabeça extrusora da impressora 3D da UCP...................................................40
Figura 16: Conflito esboçado através de RSu-C. ..............................................................44
Figura 17: RSu-C da esteira com imãs..............................................................................45
Figura 18: Roda Omnidirecional – modelo em CAD (Computer Aided Design) por Salim
Benyoucef........................................................................................................................................46
Figura 19: RSu-C com a roda Omnidirecional..................................................................46
Figura 20: Esteira Magnética Omnidirecional representada em RSu-C. ..........................48
Figura 21: Modelo proposto para o sistema de locomoção...............................................48
Figura 22: Dimensões da esteira .......................................................................................49
Figura 23: Diagrama do Robô subindo uma parede vertical.............................................49
Figura 24: Arranjo do experimento da força do imã.........................................................50
Figura 25: Propriedades de massa do Robô gerado pelo SolidWorks ..............................52
Figura 26: Vista lateral inclinada da blindagem eletrostática ...........................................56
Figura 27: Vista superior inclinada da blindagem eletrostática ........................................56
Figura 28: Detalhe do cabo para transmissão de dados.....................................................58
Figura 29: Vista traseira do robô.......................................................................................59
Figura 30: Vista frontal do robô........................................................................................60
ix
Figura 31: Robô com Braço ..............................................................................................62
Figura 32: Visão geral do robô de inspeção....................................................................137
Figura 33: Detalhamento componentes internos.............................................................138
Figura 34: Dimensões dos componentes internos em milímetros. Sem Protoboard.......139
Figura 35: Esquema da Esteira........................................................................................140
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: 40 Princípios Inventivos....................................................................................13
Tabela 2: Os 39 Parâmetros de engenharia .......................................................................14
Tabela 3: Trecho Matriz de Contradições com foco em 1 X 3 retirada do site triz-
journal.com e traduzida pelo autor ..................................................................................................16
Tabela 4: Trecho da matriz de contradição 33 X 35 .........................................................18
Tabela 5: Padrões de evolução tecnológica Formulados por Altshuller ...........................21
Tabela 6: QCI do Problema de Manutenção de Instalações Industriais............................24
Tabela 7: Trecho de descrição do conflito na ARIZ-85C. ................................................41
Tabela 8: Trecho da parte 2 da ARIZ-85C........................................................................42
Tabela 9: Comparação do RFI levantado com a solução proposta. ..................................64
Tabela 10: Sugestão para Análise Funcional ....................................................................98
Tabela 11: Passo 2.4 da ARIZ 71-C................................................................................115
xi
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................1
2 ANÁLISE DO PROBLEMA EM ESTUDO ...........................................................5
3 MÉTODO TRIZ ........................................................................................................8
3.1 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS DA TRIZ .........................................9
3.1.1 Problema inventivo..........................................................................................9
3.1.2 Contradição....................................................................................................10
3.1.3 Idealidade ou Resultado Final Ideal (RFI).....................................................11
3.2 FERRAMENTAS DA TRIZ ...............................................................................11
3.2.1 O Algoritmo Para Solução De Problemas (ARIZ) ........................................11
3.2.2 Os 40 Princípios Inventivos E Os 39 Parâmetros De Engenharia.................13
3.2.3 Matriz De Contradições.................................................................................15
3.2.4 Recurso Substância-Campo (Su-C)...............................................................18
3.2.5 As 70 Soluções Padrões.................................................................................20
3.2.6 Padrões de Evolução Tecnológica.................................................................21
4 PROPOSTA PARA SOLUCIONAR O SISTEMA DE INSPEÇÃO DE
INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS .................................................................................................24
4.1 CONSTRUÇÃO MECÂNICA E ELETRÔNICA ..............................................32
4.1.1 Arduino..........................................................................................................33
4.1.2 Impressora 3D................................................................................................38
4.2 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO............................41
4.2.1 ARIZ-C parte 1..............................................................................................41
4.2.2 ARIZ-85C Parte 2 & Parte 3 .........................................................................42
4.2.3 ARIZ-85C Parte 4..........................................................................................43
4.2.4 Dimensionamento..........................................................................................49
4.3 DESENVOLVIMENTO DA AUTONOMIA .....................................................53
4.3.1 Aplicando a TRIZ Reversa. ...........................................................................54
xii
4.3.2 Solucionando os Problemas Levantados. ......................................................55
5 RESULTADOS........................................................................................................59
6 CONCLUSÃO..........................................................................................................63
6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...............................................65
7 BIBLIOGRAFIA .....................................................................................................66
ANEXO A - LISTA E DESCRIÇÂO DOS 39 PARÂMETROS DE ENGENHARIA..70
ANEXO B - LISTA E DESCRIÇÃO DOS 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS................76
ANEXO C- 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS ORDENADOS POR FREQUÊNCIA DE
USO...............................................................................................................................................93
ANEXO D- QUESTIONÁRIO DE CIRCUNSTÂNCIA INOVADORA (QCI) ...........95
ANEXO EAS 76 SOLUÇÕES PADRÃO.......................................................................99
ANEXO F- ARIZ-61.....................................................................................................111
ANEXO G- ARIZ-71....................................................................................................113
ANEXO H- ARIZ-85C..................................................................................................120
ANEXO I - MATRIZ DE CONTRADIÇÕES..............................................................127
APÊNDICE A- ARIZ-85C APLICADA NO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO.............132
APÊNDICE B– DESENHOS GERAIS DO ROBÔ......................................................137
1
1 INTRODUÇÃO
Uma parcela crescente das empresas procura melhorar seus processos, como forma
de aumentar sua eficiência e manter sua competitividade. Em termos de desenvolvimento de
produtos, a necessidade de competitividade pode ser desdobrada nas necessidades de redução
do tempo de desenvolvimento, aumento da qualidade e redução do custo dos produtos no
ciclo de vida dos mesmos. Como resultado das tentativas de atender a tais demandas, tanto a
prática empresarial como as pesquisas na área de desenvolvimento de produto recebem
atenção crescente.
Os setores industriais mais globalizados e, portanto, expostos à competição já
implementam processos de inovação, análise, benchmarking e aumento do desempenho da
linha de produção como o Lean Manufacturing e Six Sigma Analysis, porém estes métodos
apenas apontam onde estão às deficiências os e qual a situação ideal, ambos de maneira
muitas vezes demasiadamente genérica.
Depois que o problema a ser resolvido é detalhado se inicia-se a “caça” à solução.
Essa, normalmente, é feita de duas maneiras.
Na primeira maneira, a busca de uma solução transcorre de maneira quase aleatória,
por “Tentativa-e-Erro”. Eventualmente, surge uma ideia, sobre a qual executa-se algum tipo
de avaliação teórica e prática, ainda que rápida. Cada ideia malsucedida é substituída por
outra, e assim por diante.
Um diagrama deste método é mostrado na Figura 1. O Pesquisador precisa sair do
ponto que é chamado de Problema e ir ao ponto Solução, cuja posição final é desconhecida. O
pesquisador desenvolve um caminho ou conceito de pesquisa (CP na Figura 1). A possível
solução ao problema (Setas na Figura 1) se inicia na direção do conceito de pesquisa
escolhido. Eventualmente é percebido que todo o conceito de pesquisa está errado, logo um
novo caminho precisa ser desenvolvido.
O pesquisador também possui um vetor de inércia criativa (v’ na Fig. Figura 1) dado
por sua experiência, treinamentos e instruções prévias. Em geral, é na direção deste vetor que
os conceitos de pesquisa começam a surgir e predominam. Um perigo perene é que outras
alternativas criativas, opostas à direção da inércia criativa, não se desenvolvam por causa da
sensação de conforto de disciplinas e soluções menos desafiadoras, que favorecem as
inovações incrementais em relação às inovações disruptivas.
2
Segundo [1] Altshuller (2007), Nicola Tesla, que trabalhou com Thomas Edison,
descreve o processo criativo do inventor da primeira lâmpada elétrica, na forma que o autor
deste trabalho toma a liberdade de traduzir:
“Se Edison tivesse a tarefa de encontrar uma agulha no palheiro, ele
não perderia tempo determinando a mais provável localização dela. Ele
imediatamente, com a diligência de uma abelha, começaria pegando graveto
após graveto até ter encontrado seu objeto de procura. (...)”.
Figura 1: Diagrama do método de Tentativa-e-Erro
Fonte: Elaborada pelo autor
“No início foi muito triste o ver trabalhar, sabendo que apenas um pouco de
conhecimento teórico e alguns cálculos penderiam tê-lo economizado pelo
menos 30% de seu tempo”.
O segundo método é uma versão melhorada pelo psicologista A. Osborn em 1953 do
método de Tentativa-e-erro, conhecido como Brainstorming ([1] Altshuller, 2007). Algumas
3
pessoas conseguem gerar ideias muito bem pela sua própria natureza, mas não conseguem
analisá-las e vice-versa. Osborn decidiu separar estes dois processos. Um grupo recebe o
problema e somente geram ideias, não importando o quão absurdas, enquanto outros apenas
as analisam.
Brainstorming não elimina a procura caótica. Neste método, a tendência é que as
ideias sigam o vetor de inércia por longos períodos de tempo. Elas não são simplesmente
caóticas, mas elas também predominante apontam na direção errada.
Figura 2 mostra uma seção de Brainstorming composta de três participantes com
diferentes especialistas em diferentes áreas (descrito pelos diferentes círculos pontilhados). As
regras de Brainstorming os estimulam a ter ideias fora das suas áreas de especialidades para o
lugar exato aonde soluções inventivas residem.
Figura 2 Seção de Brainstorming com três participantes
Fonte: Elaborada pelo autor
4
Uma grande vantagem do Brainstorming é a interação entre ideias. Como pode ser
visto na Figura 2 pela sucessão das setas 1-2-3-4 que está levando os pesquisadores mais
próximos a Solução 2. Porém, também é verdade que esta cadeia de ideias pode os afastar
ainda mais das possíveis soluções para o problema (setas 5-6).
Como nenhuma das metodologias existentes conseguia descrever um passo a passo
detalhado para resolver um problema de maneira inventiva, em 1946, na extinta União
Soviética, Genrich S. Altshuller (1926 – 1998) começou a estudar uma maneira de
sistematizar o que ele chamou de problemas do inventor.
A metodologia criada por Altshuller, conhecida por TRIZ, foi desenvolvida com base
em análise de patentes, onde soluções para problemas distintos podem ser encontrados na
análise soluções análogas em outros campos do conhecimento e considerando que todos os
processos caminham para um sistema ideal.
5
2 ANÁLISE DO PROBLEMA EM ESTUDO
Manutenção industrial, de maneira geral, é um dos setores com menos recursos
dentro das empresas. [20] Marco Palleta descreve em um artigo para o site Pragma Brasil que:
"É interessante constatar que muitos gestores ainda consideram como
perfumaria a atividade de manutenção industrial, e somente quando as
máquinas, equipamentos e instalações falham ou ocorrem paradas causadas
por defeitos, é que acordam, correm, cobram...”.
Com isso, a inspeção das instalações que se situam em espaços confinados e áreas de
difícil acesso são feitas somente de maneira visual, quando são realizadas.
Partindo de uma análise macroscópica dos transtornos da manutenção, aqui será
apresentada uma proposta de solução de um problema crônico deda gestão de integridade das
instalações industriais.
Instalações industriais são frequentemente objetos de constante negligência do setor
de manutenção. Um agravador é recorrência de situações de acessibilidade conturbada. Toma-
se como exemplo o prédio de Eletroacústica do INMETRO. Ele possui uma câmara
reverberante suspensa por molas mecânicas e uma cama anecoica suspensa por amortecedores
pneumáticos (Figura 3). Estes recursos têm o objetivo de evitar transmissão de vibrações
provenientes do solo para dentro da câmara. Como o dreno da linha de ar comprimido deve
ser instalado em seu ponto de menor potencial gravitacional, inspeções no subsolo da câmara
anecoica devem ser realizadas frequentemente.
Figura 3: Amortecedores Pneumáticos sob a câmara anecoica do INMETRO.
Fonte: Elaborada pelo autor
Outro exemplo é o interior de dutos de ar condicionado que a [4] Lei Estadual 4.192
de 01/10/2003 obriga a limpeza do sistema de ar condicionado anualmente. Pela Figura 4 e
Figura 5, podemos ver que isto não é uma tarefa fácil para o operário do setor de manutenção.
6
Tanto as dimensões reduzidas quanto o ambiente de alta concentração de partículas suspensas
aumentam a insalubridade da operação.
Figura 4: Exterior de um terminal de ar condicionado.
Fonte: Elaborada pelo autor
Figura 5: Interior de um duto de ar condicionado
Fonte: Elaborada pelo autor
O interior de maquinários também é um caso a considerar. Normalmente são
necessários procedimentos de parada completa do maquinário, isolamento da área, limpeza e
desmontagem da área de acesso, a fim de possibilitar o acesso ao operário de manutenção, e
apenas depois é feita à inspeção. Este processo é muito custoso, tanto do aspecto econômico
quando do aspecto pessoal, já que acidentes, infelizmente, ocorrem.
7
Bons engenheiros são capazes de solucionar estes entraves isoladamente, lidando
com as especificidades e as ferramentas que a cultura técnica disponibiliza. Porém a proposta
de ter uma receita que resolva a maioria dos problemas é bem interessante.
Porém, como dito na introdução, chegar a uma solução para este problema complexo
através de métodos tradicionais não seria uma ideia viável. Sendo assim, será adotada a
metodologia de resolução de problemas de forma inventiva desenvolvida pelo inventor russo
Genrich Altshuller.
Este trabalho é focado na aplicação da metodologia TRIZ no desenvolvimento de
uma solução para o problema descrito detalhando a utilização de algumas de suas
ferramentas. Este trabalho também se preocupa em descrever o passo-a-passo que ocorre
durante o processo de desenvolvimento de uma solução inventiva.
8
3 MÉTODO TRIZ
O tеория решения изобретательских задач ou em nosso alfabeto teoriya
resheniya izobretatelskikh zadatch, que pode ser traduzido para teoria de resolução inventiva
de problemas, é mais conhecido pelo acrônimo TRIZ. Ela trabalha através de ferramentas, que
se baseiam em características e contradições das peculiaridades do produto, para implementar
melhorias que podem gera um produto ou processo inteiramente novo.
[19] Mazur (1995) declara que Altshuller propôs que um método inventivo deveria
satisfazer as seguintes condições:
1. Ser sistemática, um procedimento passo-a-passo;
2. Ser um guia através do vasto campo de soluções, conduzindo para uma
solução ideal;
3. Capaz de ser reproduzida de modo confiável e independente de ferramentas
psicológicas;
4. Capaz de acessar ao corpo do conhecimento inventivo;
5. Capar de acrescentar ao corpo do conhecimento inventivo;
6. Ser suficiente familiar aos inventores, seguindo uma abordagem genérica
para a solução dose problemas.
O método TRIZ é um método de “alto nível” em hierarquia. Se você deseja aumentar
a eficiência de um motor, ele não dará soluções como “Mude o óleo lubrificante de SAE 40
para SAE 50”. O método coordena o raciocínio e guia a uma resposta. Otimizando o
conhecimento do dado sistema, para focar em uma solução viável. Uma das soluções que ele
pode sugerir para o problema supracitado é o Princípio Inventivo 35: “Mudança de
parâmetros e propriedades”. Porém, é necessário um engenheiro traduza esta solução genérica
para um resultado prático.
Essa aplicação se fundamenta na lógica de resolução de problemas proposta pela
TRIZ. Altshuller percebeu que inventores russos desenvolviam suas invenções de maneira
caótica e sem nenhuma metodologia. A fim de organizar este processo criativo, ele partiu da
pesquisa de duzentas mil patentes dentre as quais destacou quarenta mil que considerou
inventiva. Essas patentes foram à base da TRIZ.
Com esta análise, Altshuller concluiu que:
 Os sistemas técnicos evoluem, seguindo determinados padrões;
 As soluções encontradas podem ser generalizadas;
9
 As invenções mais criativas são aquelas que resolveram algum tipo de
contradição.
As ferramentas do método TRIZ apresentadas por [1] Altshuller em seu livro
The Innovation Algorithm de 1973 são:
 O Algoritmo de Solução de Problemas (ARIZ)
 Os 40 Princípios Inventivos e os 39 Parâmetros de Engenharia
 A Matriz de Contradições
Porém ao longo dos anos, Altshuller, em conjunto com a comunidade que se
formou com a utilização da TRIZ, desenvolveu algumas ferramentas de extrema utilidade
como:
 As 76 Soluções Padrão e análise Substância-Campo
 Padrões da Evolução Tecnológica
 Questionário de Circunstância Inovadora
3.1 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS DA TRIZ
Empregando metalinguagem, Altshuller particulariza o sentido de alguns conceitos
para serem utilizados dentro da TRIZ. Toda a utilização do método se baseia no conhecimento
e entendimento pleno destes conceitos. Serão apresentadas neste trabalho apenas as três
características mais básicas da metodologia.
3.1.1 Problema inventivo
Segundo [1] Altshuller, a todo o momento fabricantes levantam novos problemas a
serem solucionados. Todos os dias engenheiros, projetistas, técnicos e mecânicos resolvem
várias tarefas técnicas. Na maioria do tempo, essas tarefas podem ser resolvidas de maneira
convencional. Regularmente problemas que necessitam de algum elemento de criatividade
surgem e muito da criatividade reside em encontrar algo já conhecido dentro da indústria e
adaptá-la para uma circunstância específica. Em outras palavras, achar a chave que melhor se
encaixa na fechadura e ajustá-la para abrir a tranca.
Um problema inventivo é aquele onde tal chave “que melhor se encaixa na
fechadura” não existe.
10
Portando, segundo [10] Demarque (2005), o problema inventivo é aquele aparenta
não haver meio conhecido para solucioná-lo, que está predisposto a Inércia Psicológica e que
envolve uma ou mais contradições.
3.1.2 Contradição
Como mencionado acima, um princípio básico da TRIZ é que um problema
inventivo é constituído de contradições. Portanto, se não há contradições, não há problema.
Esta afirmação aparentemente extrema de [12] Domb (1997) forma a base para os métodos de
resolução de problemas da TRIZ.
TRIZ define dois tipos de contradições: Físicas e Técnicas. Estes rótulos são
relíquias das primeiras traduções do russo de artigos sobre a Teoria e devem ser tidos como
referência, nenhuma contradição é mais “Física” que outra.
São chamadas de contradições técnicas são quando o estado desejado não pode ser
atingido, pois algo no sistema o impede. Em outras palavras, quando algo melhora outra coisa
piora. Exemplos clássicos deste tipo de contradição incluem:
 A relação entre o aumento resistência física de um equipamento (bom) com o
aumento de seu peso (ruim);
 A maior potência de um produto (bom) com o aumento do consumo de
energia (ruim).
Contradições físicas são situações em que um objeto possui requerimentos
contraditórios ou opostos como:
 Programas de computador devem ser fáceis de usar, mas devem desempenhar
funções complexas e possuir opções avançadas;
 A frenagem de carros deve ser instantânea para evitar colisões e gradual para
não ferir o motorista;
 Estradas devem ser largas para comportar maior fluxo de veículos e estreitas
para causar menos impacto em construções adjacentes.
11
3.1.3 Idealidade ou Resultado Final Ideal (RFI)
[1] Altshuller compara mitologia grega ao desenvolvimento de um dispositivo.
Quando um poderoso golpe de machado racha o crânio do Deus Zeus, surge a Deusa Atena
com sua lança e escudo diante dos outros Deuses do Olimpo, ilesa e em completa vestimenta
ornada. Novos dispositivos, porém, não surgem da cabeça de um inventor completas com suas
“vestimentas ornadas”. Justamente o oposto, elas surgem “fracas” e vagarosamente ganham
robustez incorporando diversas outras ideias, conceitos e invenções.
A Idealidade é atingida quando não há mais contradições a serem resolvidas no
dispositivo: ele é infinitamente simples e eficiente. Seguindo esta linha de raciocínio, [15]
Hipple (1997) define o resultado final ideal como “Algo que performa sua função e não
existe”, ou seja, não há custos ou efeitos negativos. Para que tal estado seja alcançado, deve-se
mesmo questionar se o dispositivo realmente é o objetivo final do desenvolvimento, porque
possivelmente ele é apenas um dos meios para atingir um resultado desejado[1].
3.2 FERRAMENTAS DA TRIZ
3.2.1 O Algoritmo Para Solução De Problemas (ARIZ)
Conhecido pelo acrônimo do russo para Algoritmo para resolução inventiva de
problemas, o ARIZ é o centro do método TRIZ.
Desde sua primeira publicação em 1956 com o nome de ARIZ- 56, ele foi atualizado
diversas vezes gerando as versões ARIZ-59, ARIZ-61, ARIZ-64, ARIZ-65, ARIZ-68, ARIZ-
71, ARIZ-75, ARIZ-77, ARIZ-82(A, B e C) e ARIZ-85(A, B e C). A versão ARIZ-85C foi a
última publicada sobre a supervisão de Altshuller.
O ARIZ traz uma série de passos bem definidos que levam o pesquisador em direção
à solução do problema.
A ARIZ-71 pode ser encontrada no ANEXO G e a ARIZ-85C no ANEXO H. Por ser
de fácil aplicação e contar pouco com outras ferramentas, a ARIZ-71 tem muita utilidade da
resolução de problemas corriqueiros. Não só de temas ligados à engenharia, mas também de
assuntos como gerência de pessoal e administração. Por outro lado, a ARIZ-85C, sendo a
versão mais amplamente adotada do algoritmo e com passos mais bem definidos e
12
articulando-se com outras ferramentas, tem grande potencial para resolver os mais complexos
impasses e problemas da engenharia.
O primeiro passo da ARIZ é trabalhar na definição e delimitação correta do seu
problema. Este passo ajuda a reduzir a influência da Inércia Criativa. Por exemplo:
Uma fábrica de rodas de recebe os aros e os raios em dois carregamentos separados.
Estes são montados no setor montagem e devem ser transportados para o setor de estoque
aonde serão embalados e estocados. Seu superior lhe solicita que melhore o sistema de carga
das empilhadeiras que levam as rodas de um setor ao outro a fim de se reduzir o tempo que as
rodas ficam paradas no setor de montagem.
Antes de este problema ser solucionado, é observado o segundo passo do ARIZ. Este
trabalha o conceito de Resultado Final Ideal (RFI ou IFR do inglês). O objetivo é que a
operação aconteça “por conta própria”. De forma geral, o resultado final ideal busca uma
resposta simples para afirmações como:
 O recurso/parâmetro/efeito/fenômeno <A>, por conta própria, deve prover
a(s) ação(-ões) positiva(s) <B> e, ao mesmo tempo, eliminar a(s) ação(-ões)
negativa(s) <C> sem tornar o sistema mais complexo e sem trazer novos
problemas.
 O recurso/parâmetro/efeito/fenômeno <A> deve ser <B> para prover ações
exageradamente positivas e, ao mesmo tempo, deve ser <C> para eliminar
toda e qualquer ação (ações) negativa(s).
Voltando ao cenário proposto, a situação é reanalisada. O problema não está no
carregamento das empilhadeiras, ele se encontra no transporte das rodas. Utilizando o
conceito de RFI, o ideal é as rodas irem “por conta própria” de um prédio para o outro.
Olhando desta maneira, é mais fácil solucionar o problema: é projetado um trilho com uma
leve inclinação ligando as secções aonde, após os raios serem montados ao aro, o operador
coloca as rodas completas, que então rolam até o setor de estoque.
Caso não seja possível obter uma solução a partir dessa análise fundamental, no
passo seguinte o ARIZ chama as outras ferramentas do método TRIZ.
Como última fase do ARIZ, o pesquisador deve analisar como sua invenção interage
com outros sistemas, avaliando o que um pode influenciar no outro. Além disso, deve-se
analisar o conceito desenvolvido e verificar sua aplicabilidade para outras possíveis demandas
inventivas.
13
3.2.2 Os 40 Princípios Inventivos E Os 39 Parâmetros De Engenharia
Segundo [6] Carvalho e Black (2001), os princípios inventivos são heurísticos, isto é:
mais baseados em regras simples e gerais que em processos sofisticados e especializados, de
possíveis soluções para um determinado problema. Estes princípios surgiram a partir da
identificação de padrões, da ordenação e da generalização de soluções usadas em diferentes
áreas. Os princípios inventivos, tal como foram apresentados, não representavam um sistema.
A numeração que lhes foi dada por Altshuller apenas indica a ordem em que eles foram
acrescentados à TRIZ ([23] Savranski, 2000).
É necessário enfatizar que cada princípio recomendado na tabela é formulado de
maneira genérica. Eles são como roupas de fabricação em massa que devem ser ajustadas para
vestir corretamente cada problema de maneira específica. Por exemplo, se a tabela recomenda
o Princípio 01 (segmentação), apenas significa que a solução é de alguma forma conectada
com a divisão do objeto, do sistema, do efeito ou do problema em partes espaçadas no tempo
ou no espaço ou distribuídas entre mecanismos de ação, entre apoios, etc., remediando
contradições que decorrem da concomitância ou da unicidade. A tabela de nenhuma maneira
dispensa o inventor da necessidade de pensar. ([1] Altshuller, 2007).
Na Tabela 1 são listados os 40 princípios inventivos.
Tabela 1: 40 Princípios Inventivos
1 Segmentação ou fragmentação 21 Aceleração
2 Extração 22 Transformação de prejuízo em lucro
3 Qualidade Local 23 Retroalimentação
4 Assimetria 24 Mediação
5 Consolidação 25 Autosserviço
6 Universalidade 26 Cópia
7 Alinhamento 27 Uso e descarte
8 Contrapeso 28 Substituição de meios mecânicos
9 Compensação prévia 29 Construção pneumática ou hidráulica
10 Ação prévia 30 Uso de filmes finos e membranas flexíveis
11 Amortecimento prévio 31 Uso de materiais porosos
14
12 Equipotencialidade 32 Mudança de cor
13 Inversão 33 Homogeneização
14 Esfericidade 34 Descarte e regeneração
15 Dinamização propriedades 35 Mudança de parâmetros e propriedades
16 Ação parcial ou excessiva 36 Mudança de fase
17 Mudança para uma nova dimensão 37 Expansão térmica
18 Vibração mecânica 38 Uso de oxidantes fortes
19 Ação periódica 39 Uso de atmosferas inertes
20 Continuidade da ação útil 40 Uso de materiais compostos
Fonte: Elaborada pelo autor.
Como descrito por [10] Demarque (2005), se problemas inventivos são aqueles que
contêm conflitos, descrever esses conflitos torna-se muito importante. Dois engenheiros
estudando o mesmo problema podem descrevê-lo usando palavras diferentes, e ambos estão
corretos. Portanto, universalizar a linguagem técnica que descreve os parâmetros e
características de um sistema torna-se também importante, porque conflitos podem acontecem
entre parâmetros e características.
Altshuller cria com bastante perspicácia os 39 parâmetros de engenharia (descritos na
Tabela 2) que descrevem de maneira geral os entraves encontrados por pesquisadores.
Os 40 Princípios inventivos podem ser utilizados de maneira independente como
uma variação do método de Tentativa-e-Erro. Porém normalmente se é utilizado em conjunto
com os 39 Parâmetros de Engenharia através da Matriz de Contradição. Exemplos desta
aplicação serão encontrados na próxima subseção
Tabela 2: Os 39 Parâmetros de engenharia
01 Peso do objeto em movimento 21 Potência (poder).
02 Peso do objeto estático 22 Perda de energia.
03 Comprimento do objeto em movimento 23 Perda de substância.
04 Comprimento do objeto estático 24 Perda de informação.
15
05 Área do objeto em movimento 25 Perda de tempo.
06 Área do objeto estático 26 Qualidade da substância ou matéria.
07 Volume do objeto em movimento 27 Confiabilidade.
08 Volume do objeto estático 28 Precisão da medida.
09 Velocidade 29 Precisão da manufatura.
10 Força. 30 Dano externo ao objeto.
11 Tensão ou pressão. 31 Fatores nocivos gerados pelo objeto.
12 Forma. 32 Facilidade de manufatura.
13 Estabilidade dos componentes de um objeto. 33 Facilidade de operação:
simplicidade.
14 Resistência. 34 Facilidade de manutenção.
15 Duração da ação por um objeto em
movimento.
35 Adaptabilidade ou versatilidade.
16 Duração da ação por um objeto estático. 36 Complexidade do dispositivo.
17 Temperatura. 37 Dificuldade de detecção e medição.
18 Intensidade de iluminação. 38 Amplitude da automação.
19 Uso da energia por objeto em movimento. 39 Produtividade.
20 Uso da energia por objeto estático.
Fonte: Elaborada pelo autor.
3.2.3 Matriz De Contradições
O método TRIZ utiliza bastante o conceito de contradição. Como exemplo, suponha
um trator de regar colheitas: quanto maior a área que os braços do trator puderem alcançar,
mais rápido se cobre a plantação, porém o peso de cada braço é proporcional ao seu
comprimento elevado à terceira potência.
A matriz de contradição relaciona um parâmetro de engenharia benéfico na vertical
com um maléfico na horizontal. Isto nos dá como resultado Princípios inventivos com maior
probabilidade de resolver nosso problema.
Ao retornar ao exemplo do trator, é possível caracterizar o fator “que não pode
piorar” como o “peso de um objeto em movimento” e o “fator a melhorar” como o
16
“comprimento do objeto em movimento”. A Matriz de Contradições completa encontra-se no
ANEXO I, porém, pelo trecho da Matriz de contradições na Tabela 3, os princípios inventivos
passíveis de proposição são1
:
8-Contrapeso – é possível compensar o peso da estrutura dos braços usando balões
de gás;
29-Construção Pneumática ou hidráulica – possibilidade de eliminar os braços e
deixar que os balões carreguem apenas as mangueiras com a água;
34-Descarte e reutilização – se fosse possível deixar a água menos densa que o ar os
balões poderiam ser reutilizados como reservatório
15-Dinamização de Propriedades – água não é mais leve que o ar, mas o hidrogênio
sim. Colocando-se um taque de oxigênio, obtém-se como subproduto água. Além disso, como
esta é uma reação explosiva, pode ser usado para mover o próprio trator.
Tabela 3: Trecho Matriz de Contradições com foco em 1 X 3 retirada do site triz-journal.com e
traduzida pelo autor
Fonte: Elaborada pelo autor
1
Elaborado pelo autor com a proposta de demonstrar a capacidade criativa da ferramenta.
1 2 3 4 5 6
Não pode
Piorar
Fator
a melhorar
Pesodeumobjetoem
movimento
Pesodeumobjeto
estacionário
Comprimentodeum
objetoemmovimento
Comprimentodeum
objetoestacionário
Áreadeumobjetoem
movimento
Áreadeumobjeto
estacionário
1
Peso de um objeto em
movimento
+ -
15, 8,
29,34
-
29, 17,
38, 34
-
2
Peso de um objeto
estacionário
- + -
10, 1,
29, 35
-
35, 30,
13, 2
3
Comprimento de um
objeto em movimento
8, 15,
29, 34
- + -
15, 17,
4
-
4
Comprimento de um
objeto estacionário
35, 28,
40, 29
- + -
17, 7,
10, 40
5
Área de um objeto em
movimento
2, 17,
29, 4
-
14, 15,
18, 4
- + -
6
Área de um objeto
estacionário
-
30, 2,
14, 18
-
26, 7,
9, 39
- +
7
Volume de um objeto
em movimento
2, 26,
29, 40
-
1, 7, 4,
35
-
1, 7, 4,
17
-
8
Volume de um objeto
estacionário
-
35, 10,
19, 14
19, 14
35, 8,
2, 14
-
17
Como outro exemplo para demonstrar a versatilidade da ferramenta2
, imagine uma
companhia especializada em grandes eventos. Boa parte de seu tempo a empresa passa no
planejamento e preparação e todo trabalho é feito em escritório. Porém, ao aproximar-se de
um evento, a demanda por mão de obra bruta cresce.
É útil interpretar as demandas deste problema como “fator que não pode piorar”
sendo “facilidade de operação” e o “fator a melhorar” sendo a “adaptabilidade ou
versatilidade”.
Analisando-o através da matriz de contradições, chega-se à intersecção 33 x 35
(Tabela 4).
Os Princípios inventivos sugeridos neste caso são:
1- Segmentação ou Fragmentação – pode-se separar as áreas que não realizam
trabalho constante do restante da empresa deixando-as livres para assumir trabalhos de
terceiros.
16-Ação parcial ou excessiva – deixar na empresa principal somente uma pequena
porção dos funcionários mais habilidosos para coordenarem seções de projetos e assumirem
as empresas secundárias
15-Dinamização de propriedades – criar autonomia para os gerentes das empresas
secundárias para realizar trabalhos sem aumentar a carga dos empregados da empresa
principal.
34-Descarte e Regeneração – a contratação de mão de obra temporária deve ser uma
política constante.
2
Exemplo desenvolvido pelo autor com a finalidade de demonstrar a multidisciplinaridade da
ferramenta e do método.
18
Tabela 4: Trecho da matriz de contradição 33 X 35
Fonte: Elaborada pelo autor
3.2.4 Recurso Substância-Campo (Su-C)
Segundo [23] Savransky (2000), recursos têm papel importante na solução de
problemas que estão próximos a um Resultado Final Ideal. Qualquer sistema que ainda não
atingiu idealidade deve ter algum recurso de substância ou campo disponível.
São citados como recursos:
 Substâncias - qualquer material compondo ou produzindo uma função e seu
ambiente
 Campos ou energias - qualquer fluxo de energia ou campo que existem ou são
produzidos no sistema ou ambiente ou que possam substituir subsistemas.
 Recursos do ambiente ou naturais - qualquer substância ou Campo que existe
no ambiente ao redor do sistema;
 Recursos temporais - intervalo de tempo antes do início, após o final e entre
ciclos do sistema;
30 31 32 33 34 35 36
Não pode
Piorar
Fator
a melhorar
Fatoresnocivosafetanto
oobjeto
Fatoresnocivosauto-
geradospeloobjeto
Facilidadedefabricação
Facilidadedeoperação
Facilidadedereparo
Adaptabilidadeou
versatilidade
Complexidadedo
dispositivo
31
Fatores nocivos auto-
gerados pelo objeto
+
19, 1,
31
32 Facilidade de fabricação 24, 2 +
2, 5,
13, 16
35, 1,
11, 9
2, 13,
15
27, 26,
1
33 Facilidade de operação
2, 25,
28, 39
2, 5, 12 +
12, 26,
1, 32
15, 34,
1, 16
32, 26,
12, 17
34 Facilidade de reparo
35, 10,
2, 16
1, 35,
11, 10
1, 12,
26, 15
+
7, 1, 4,
16
35, 1,
13, 11
35
Adaptabilidade ou
versatilidade
35, 11,
32, 31
1, 13,
31
15, 34,
1, 16
1, 16,
7, 4
+
15, 29,
37, 28
36
Complexidade do
dispositivo
22, 19,
29, 40
19, 1
27, 26,
1, 13
27, 9,
26, 24
1, 13
29, 15,
28, 37
+
37
Dificuldade de detectar
ou medir
22, 19,
29, 28
2, 21
5, 28,
11, 29
2, 5 12, 26 1, 15
15, 10,
37, 28
38 Extensão da automação 2, 33 2
1, 26,
13
1, 12,
34, 3
1, 35,
13
27, 4,
1, 35
15, 24,
10
19
 Recursos espaciais - posições, localizações e ordem dos subsistemas, do
sistema em si e super-sistemas.
 Recursos do sistema - novas técnicas e propriedades do sistema ou em
conjunto com sistemas independentes em um novo super-sistema
 Recursos de informação - qualquer sinal que existe ou pode ser produzido no
sistema;
 Recursos funcionais - a capacidade do sistema ou de seu ambiente de
produzir funções auxiliárias ou secundárias.
Segundo [21] Petrov (2010), a análise estatística das soluções técnicas demonstra
que, para aumentar a eficiência dos sistemas de técnicas, a estrutura funcional deve ser
determinada. O modelo de tal estrutura é chamado de Vepol. Vepol é o sistema mínimo de
engenharia, constituído por dois recursos de substância e o campo de energia que descreve sua
interação.
Campos em um modelo de Recursos Substância-Campo (RSu-C) utilizam a
simbologia descrita na Figura 6.
Figura 6: Simbologia para análise Su-F
Fonte: Elaborada pelo autor
E um exemplo de Vepol se encontra na Figura 7 que descreve o sistema de uma
pessoa sentada em uma cadeira.
20
Figura 7: Interação Su-f de uma pessoa sentada em uma cadeira
Fonte: Elaborada pelo autor
3.2.5 As 70 Soluções Padrões.
Altshuller, em seu livro “Pequenos mundos enormes: Normas para a solução de
problemas criativos” [2] diz que
“desde o início, o desenvolvimento da TRIZ foi clara - você deve ter um
forte banco de informação, incluindo os primeiros métodos padrão de
eliminar contradições técnicas. O trabalho sobre a sua criação foi realizada
por muitos anos, e a revisão de mais de 40 mil invenções identificou 40
técnicas padrão.”
[25] Terninko, Domb, e Miller (2000) dizem que as "76 soluções padrão" da TRIZ
foram compilados por G. S. Altshuller e seus associados entre 1975 e 1985. Elas estão
agrupadas em cinco grandes classes de acordo com seus objetivos:
 Classe 1: Melhorar o sistema com pouca ou nenhuma alteração (13 soluções
padrão);
 Classe 2: Melhorar o sistema, admitindo alterações no sistema (23 soluções
padrão);
 Classe 3: Transições do sistema (6 soluções padrão);
 Classe 4: Detecção e medição (17 soluções padrão);
 Classe 5: Estratégias de simplificação e melhoria (17 soluções padrão).
Todas as soluções padrões, com exemplos, podem ser encontradas no ANEXO E.
Estas soluções padrões oferecem soluções padrões a problemas frequentemente encontrados e
21
são uma excelente ferramenta para ser utilizada como primeiro passo na solução de um
problema inventivo.
3.2.6 Padrões de Evolução Tecnológica
Logo no período inicial do desenvolvimento da TRIZ, Altshuller concluiu que
sistemas não se desenvolvem de maneira aleatória. Sistemas possuem características de
evolução compartilhadas, mesmo em áreas não correlacionadas. Ele enumerou oito dessas
características (Tabela 5) e as deu o nome de Padrões de Evolução tecnológica.
O [16] Prof. Dr. Noel Leon (2006) conclui em seu artigo que
“os padrões de evolução de sistemas descritos por Altshuller são a melhor
base para o desenvolvimento de novos métodos e ferramentas que auxiliam
na previsão e alcançar o próximo estágio na evolução dos sistemas
tecnológicos.”.
Tabela 5: Padrões de evolução tecnológica Formulados por Altshuller
#1
A Tecnologia segue o ciclo biológico de evolução, com Gestação,
Nascimento, Infância, Adolescência, Maturidade e Decadência.
#2 Aumento da Razão de Idealidade
#3 Desenvolvimento desigual dos subsistemas resulta em contradições.
#4 Aumento do dinamismo e do controle.
#5 Aumento da complexidade, seguido pela integração das partes.
#6 Agregação e desagregação das partes.
#7 Transição do macro sistema para o micro sistema com o uso de campos.
#8 Diminuição do envolvimento humano com automação.
Fonte: Elaborada pelo autor
[10] Demarque (2005) descreve os padrões de evolução tecnológica da seguinte
maneira:
1. A Tecnologia segue o ciclo biológico de evolução, com Gestação, Nascimento,
Infância, Adolescência, Maturidade e Decadência.
22
1.1. Gestação: O sistema não existe ainda, mas as condições para sua criação estão
sendo desenvolvidas.
1.2. Nascimento: Um novo sistema tecnológico surge quando existe a necessidade
de uma função e existem meios tecnológicos para obtê-la.
1.3. Infância. Surge um novo sistema por causa de invenções de alto nível, mas o
desenvolvimento é lento.
1.4. Adolescência: Começa quando a Sociedade reconhece o valor do novo sistema.
Obtém-se bom desempenho e eficiência do sistema.
1.5. Maturidade: Começa quando os recursos nos quais se baseou o sistema original
estão exauridos.
1.6. Decadência. Foi atingido o limite tecnológico. Começa o surgimento da
próxima geração de sistema para substituir a atual.
2. Aumento da Razão de Idealidade: Todo sistema tecnológico evolui no sentido de
aumentar seu valor, ou seja, aumentar os seus benefícios e diminuir seus custos. A
evolução dos computadores desde o ENIAC até os PC's atuais serve como exemplo.
3. Desenvolvimento desigual dos subsistemas resulta em contradições: Os subsistemas têm
diferentes curvas de vida; alguns deles podem não ser maduros tecnologicamente
enquanto outros podem eventualmente já ter atingido as fases de maturidade e decadência.
Um exemplo é a infraestrutura viária e de mobilidade urbana em qualquer cidade de
médio ou grande porte. Subsistemas primitivos ou decadentes frequentemente seguram o
desenvolvimento do sistema total. Um erro comum é focar o desenvolvimento no
subsistema errado, por exemplo: tratar do desenvolvimento do motor dos aviões ao invés
da aerodinâmica da sua carenagem.
4. Aumento do dinamismo e do controle: Os sistemas ganham mobilidade e controle. Por
exemplo: a velocidade dos primeiros automóveis era controlada pela rotação do motor,
depois veio a transmissão manual, a automática e mais recentemente a CVT; os dados
antes eram armazenados em papel e organizados em estantes sequenciadas, depois
progrediram para fitas magnéticas de leitura sequencial, depois para armazenamento em
servidores corporativos e finalmente armazenamento em nuvem, ao mesmo tempo em que
sua articulação permitiu o conceito de “Big Data”.
23
5. Aumento da complexidade, seguido pela integração das partes: Primeiro unem-se várias
partes, mesmo que redundantes e depois se elimina a redundância. Por exemplo: a
evolução dos sistemas de som até os sistemas portáteis atuais; a evolução dos telefones
(solução para telefonia) até os smartphones (soluções para gerenciamento pessoal). Esse
processo também parece natural à dinâmica do modelo econômico capitalista, onde
empresas diferentes progridem sofisticando-se até que percebem a necessidade de
compartilharem padrões ou plataformas comuns, quando não mesmo fundem-se.
6. Agregação e desagregação das partes: Os conjuntos são montados com partes
desordenadas, seguidas pela ordenação destas partes e terminando por fazer com que as
características mudem de acordo com a demanda. Por exemplo: a evolução da suspensão
de veículos automotores.
7. Transição do macro sistema para o micro sistema com o uso de campos: Neste estágio faz-
se uso de energia ou informação para melhorar o desempenho e o controle. Por exemplo:
evolução do fogão a lenha até o microondas; a substituição dos comandos de relés e
contactores eletromecânicos primeiramente por válvulas, depois por transístores e
finalmente por circuitos integrados.
8. Diminuição do envolvimento humano com automação: O aumento da idealidade leva a
sistemas completamente automáticos. Por exemplo: a evolução dos sistemas de lavagem
de pratos passou do manual para o mecânico chegando aos atuais que dosam o
abrilhantador.
Os padrões de evolução de sistemas descritos por Altshuller são a melhor base para o
desenvolvimento de novos métodos e ferramentas que auxiliam na previsão e alcançar o
próximo estágio na evolução dos sistemas tecnológicos.
24
4 PROPOSTA PARA SOLUCIONAR O SISTEMA DE INSPEÇÃO DE
INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS
Segundo [1] Altshuller (2000), pesquisas e a observação direta de processo criativo
mostram que na maioria dos casos o pesquisador tenta resolver o problema sem uma
cuidadosa análise de suas condições. Após cada tentativa má sucedida, o pesquisador retorna
ao problema, esclarece um detalhe e faz outra tentativa de solução.
A ARIZ leva em consideração esse erro generalizado em sua primeira parte de
formulação do problema. Porém esta parte é aplicável quando já existe um problema
específico para resolução. Para facilitar a coleta de dados e a definição de um problema [26]
Terninko, Zusman e Zlotin (1998) desenvolveram o Questionário de Circunstância Inovadora
(QCI) que pode se encontra completo no Anexo D.
Apesar de não ser uma ferramenta da TRIZ Clássica, ela foi adotada como uma pré-
análise do problema de inspeção de instalações industriais e se encontra abaixo na Tabela 6.
Tabela 6: QCI do Problema de Manutenção de Instalações Industriais
1. Informação sobre o sistema que
se deseja melhorar/criar e o seu
ambiente.
1.1 Nome do sistema: Inspeção de instalações industriais com foco na
avaliação de integridade e manutenção.
1.2 Função principal do sistema: Inspecionar instalações industriais, particularmente
em áreas de mais difícil acessibilidade.
1.3 Estrutura atual ou desejada do
sistema:
A instalação e sua operacionalidade não devem
sofrer interferência (evitar desmontagens e tempo
parado).
Todos os defeitos ou perigos devem ser detectados
pela inspeção.
Os inspetores não devem estar sujeitos a riscos
físicos, psicológicos ou ergonômicos.
1.4 Funcionamento do sistema: Periodicamente os operadores devem inspecionar a
instalação que idealmente se encontra em operação e,
por meio da solução ideal, verificar a condição de
25
suas partes ou peças.
Algumas intervenções para manutenção também
deve ser possíveis, o que pode incluir a limpeza de
componentes, ajustes e lubrificação.
1.5 Ambiente do sistema: Os ambientes passíveis de inspeção geralmente têm
pouco espaço, pois cada equipamento se encontra
muito próximo a outros e a paredes. Com o difícil
acesso, podem existir partículas em suspensão e
sujeira impregnada até o acesso ao lugar desejado. O
calor, apesar de tolerável, torna estes ambientes
desagradáveis por períodos prolongados.
Normalmente a inspeção é feita através de espelhos e
varas improvisadas.
2. Avaliação dos recursos
existentes:
Há grande variedade de recursos de inspeção
disponíveis no mercado, tanto para montagens e
desmontagens, quanto para inspeção visual e outros
ensaios não-destrutivos.
3. Informação sobre a situação do
problema.
3.1 Melhoria desejada no sistema ou
obstáculo a ser eliminado:
A. Qual o objetivo técnico? Cumprir tarefas de inspeção e algumas tarefas de
intervenção com tempo, custos e riscos mínimos,
sem perda de qualidade, dispensando paradas de
produção e desmontagens para conseguir acesso.
Nesse contexto, espera-se acessar áreas de
300x300mm e suportar temperaturas até 50°C
constantes ou picos de 100°C, com alguma tolerância
a campos elétricos e eletromagnéticos.
B. Quais características do objeto
claramente não podem ser
modificadas no processo de
Idealmente as instalações não devem ser alteradas
para viabilizar as soluções de inspeção, logo as
soluções devem ser compatibilizadas às instalações
26
solução? existentes.
Dados brutos de inspeção devem ser disponibilizados
ao inspetor, que é o responsável final pela sua
interpretação.
A inspeção deve ocorrer; devem ser acessadas áreas
menores que 300X300 mm como dutos de ar
condicionado, não pode danificar os equipamentos
ao seu redor, ter um alcance de pelo menos 10
metros.
Embora algum planejamento seja indispensável, o
operador deve decidir e poder alterar a trajetória de
inspeção.
A inspeção industrial não deve danificar o sistema
inspecionado.
C. Qual é o objetivo econômico da
solução?
Economizar o tempo de operação e o lucro cessante
decorrente da parada de produção. Também,
mediante a melhoria da estratégia de manutenção
preventiva e preditiva, espera-se reduzir custos de
substituições de peças e a troca de maquinários e as
perdas de produção por paradas não-programadas.
D. O que é aceito como custo,
mesmo que grosseiramente?
Inicial: R$10.000,00 e R$100,00/ mês
3.2 O mecanismo que causa o
aparecimento do obstáculo (se ele
estiver claro):
Limitações ergonômicas do inspetor;
Impossibilidade do inspetor de acessar e/ou realizar
operações no local necessário devido a restrições
físicas; Falta de iluminação ou ponto de visualização;
Incapacidade do operador de realizar inspeções
visuais no ambiente; necessidade de parada e/ou
desmontagem do maquinário para realizar a inspeção
ou a manutenção; Acúmulo de sujeira ou
contaminantes.
3.3 Consequências indesejadas do
problema não resolvido:
Programa de inspeção não-cumprido ou alto índice
de defeitos não-detectados. Incapacidade de
cognição e quantificação de riscos em ambiente
industrial. Maquinário fora das condições ideais de
27
operação, resultando em maior desgaste e produto
com baixa qualidade. Inspetor lesionado devido a
condições insalubres. Longo tempo de intervenção
no maquinário para manutenção acarretando altos
custos de produção devido ao tempo ocioso do
maquinário.
3.4 Histórico do desenvolvimento do
problema:
Equipamentos cada vez maiores e cada vez menos
espaço fez com que o espaço de acesso para
manutenção fosse ficando cada vez mais
comprometido.
3.5 Outros problemas a serem
resolvidos:
Não, a tendência de desenvolvimento faz com que
esse problema se torne cada vez mais crítica.
3.6 Existem outros sistemas com
problemas semelhantes?
Com a Lei Estadual 4.192 de 01/10/2003 obriga a
limpeza de ar condicionados anualmente, pode-se
encontrar no mercado um robô que foi desenvolvido
especificamente para esta tarefa. Porém este
equipamento é caro e só se aplica a limpeza de
sistemas de ar-condicionado.
4. Mudando o sistema.
4.1 Mudanças permitidas no
sistema:
4.1.1 É possível uma mudança
radical no sistema, incluindo a
criação de um novo produto e/ou
tecnologia?
Sim, é possível remover o inspetor do processo de
inspeção inicial do maquinário com o uso de um
robô. Porém as alternativas disponíveis no mercado
São muito caras e não atendem completamente todas
as demandas da manutenção. É possível que se crie
um modelo adaptável a cada uso mantendo o baixo
custo de projeto com a utilização de uma impressora
3D que imprima novas partes caso seja necessário
desenvolver uma nova tarefa e um kit de Arduino
para fazer o controle eletrônico do robô.
5. Descreva o RFI (Resultado Final  O robô deve ter as menores dimensões
possíveis;
28
Ideal)  Deve ser capaz de carregar qualquer tipo de
instrumentação para aquisição de informação;
 Deve ser de fácil operação, não precisando
de conhecimentos avançados;
 Sistema deve ser livre de manutenção.
 Ser capaz de atravessar qualquer tipo de
obstáculo.
 Subir por tubulações e laterais de máquinas;
 Não danificar a instalação:
 Ser funcionalmente flexível para atender
várias situações;
 Pronto para operar, sem a necessidade de
longas pré-operações.
 Autonomia infinita
6. Critério para seleção de
conceitos de solução.
6.1 Características tecnológicas
desejadas.
Manutenção de maior qualidade e com menos
paradas de maquinários
6.2 Características econômicas
desejadas.
Economia aumentando o tempo em atividade do
maquinário. Menores custos devido à falha de
equipamentos.
6.4 Grau de novidade esperado. Produto completamente novo
7. Construir o modelo funcional do
sistema
7.1 Análise Funcional O robô deve ser capaz de se deslocar por terrenos
acidentado e com obstáculos podendo subir em
superfícies metálicas. Caso falhe, não pode ficar
preso em lugar que pode danificar o equipamento,
ser extensível podendo incorporar novos módulos no
chassi quando necessário. Enxergar em lugares
escuros, fazer medições básicas no maquinário e
medir o ambiente a fim de manter sua
autopreservação.
29
7.2 Análise dos recursos do ponto de
vista econômico
Qualquer indústria que possua um setor de
manutenção, ou seja, especializada em manutenção
pode se aproveitar deste projeto.
Fonte: Elaborada pelo autor
Esta QCI foi feita levando em considerando os seguintes padrões de evolução de
sistemas do macro sistema, que é a manutenção de instalações industriais:
 Diminuição do envolvimento humano com automação: não mais o inspetor
precisará adentrar lugares de risco ou insalubres, embora ainda seja
responsável pela controle e tomadas de decisão na inspeção e intervenção;
 Aumento do dinamismo e controle: através da redução dos empecilhos;
 Agregação das partes: uma única ferramenta possuindo vários sensores, o que
reduz a quantidade de equipamentos a serem adquiridos;
 Aumento da razão de idealidade: na manutenção de instalações, busca-se
aproximar da utopia de encontrar e sanar todas as situações que possam gerar
falhas antes delas ocorrerem e sem o reparo influenciar no fluxo de produção.
A Figura 8 é um esboço do conceito desenhado para a visualização da ideia inicial.
30
Figura 8: Esboço do conceito inicial.
Fonte: Elaborada pelo autor
É sugerido um conceito de pesquisa adequadamente caracterizado e o esboço de uma
ideia a ser colocado em prática. Porém para chegar mais próximo à idealidade, é necessária
uma delimitação melhor de alguns subsistemas. [7] Care e Mann (2001) mencionam que,
apesar da TRIZ oferecer bons métodos para a solução de problemas e desenvolvimento de
produtos, ela não sugere maneiras de demonstrar e visualizar esta procura.
Para a melhor visualização de todos os subsistemas envolvidos e sua hierarquia, é
empregada a técnica criada por Tony Buzan chamada de MindMaps, através da ferramenta
MindMeister.
MindMaps são uma forma coesa de demonstrar ideias, informações e suas
associações. MindMaps tem ajudado na organização de listas agendas e “Brainstorming”
desde a década de 1980.
Esta aplicação pode ser vista na Figura 9 e na Figura 10 onde o centro da página é o
conceito central. Ao encaminhar-se para as bordas, crescem, como ramificações de uma
árvore, todos os conceitos que suportam e fundamentam a ideia central. No caso da inspeção
31
industrial, o sistema principal é suportado pelos seus subsistemas e cada subsistema possui
suas ferramentas e conceitos. Interações entre as partes são demonstrados como setas na
Figura 9 e na Figura 10.
.
Figura 9: MindMap da solução proposta - primeira metade
Fonte: Elaborada pelo autor
32
Figura 10: MindMap da solução proposta – segunda metade.
Fonte: Elaborada pelo autor
4.1 CONSTRUÇÃO MECÂNICA E ELETRÔNICA
O primeiro passo é a avaliação das formas construtivas selecionadas. Para tal, é feita
a análise das duas principais plataformas utilizadas neste projeto, o Arduino, que serve como
base do sistema eletrônico, e a Impressora 3D, que constitui a base de construção mecânica.
33
4.1.1 Arduino
O Arduino possui várias versões que se diferenciam entre principalmente entre suas
portas, memória interna e processador. O modelo adotado é o Arduino Uno R3 (Figura 11)
por ser um modelo mediano de alta aceitação que oferece portas de comunicação suficientes
para o projeto além de possuir dimensões compatíveis às necessidades.
Figura 11: Arduino adquirido para o projeto.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Com base em [8] Coulouris (2014) e [3] Arduino SA (2014) pode-se descrever o
Arduino como sendo uma placa microcontroladora baseada no microcontrolador ATMega328
e possuindo as seguintes características:
 14 pinos de comunicação digital que podem ser utilizados tanto para entrada
de dados como saída,
o Dos quais seis podem ser utilizados como saída para modulação por
largura de pulso (PWM);
 seis pinos de entrada de dados analógica;
 Um ressonador de cerâmica de 16 MHz;
 Uma porta de comunicação e alimentação USB-B;
 Um conector de alimentação 12 v;
34
 Barramento de pinos para Programação Serial em Circuito.
 Botão de Reinício (Reset)
O projeto da placa é aberto. Logo, que qualquer interessado pode desenvolver placas
e dispositivos compatíveis com o Arduino. As placas básicas de Arduino são complementadas
por placas acessórias ou placas “Escudo” (popularmente chamadas de Shields) que podem ser
encaixadas em cima da placa do Arduino com o intuito de estender suas funcionalidades
como o Escudo para conexão à rede ethernet e internet (Figura 12), comunicação com cartões
de memória, telas de diodo emissor de luz com sensibilidade a toque, entre outros.
Figura 12: Exemplo de Shield para arduino,
Fonte: Arduino.CC3
A programação do Arduino normalmente é feita na linguagem Processing através do
programa da própria desenvolvedora em linguagem baseada em C/C++ ou, por ser um
equipamento de construção aberta, através de qualquer outro programa diretamente em C ou
C++ configurado para comunicação com o Arduino. A interface do programa de programação
do Arduino pode ser vista na Figura 13.
3
Disponível em: <http://store.arduino.cc/product/A000075>.
35
Figura 13: Interface no programa do arduino
Fonte: Elaborada pelo autor.
Esta plataforma atente os requisitos do projeto nos fatores:
 Custo - entre R$30,00 e R$62,00 pelo Arduino Uno R3 sensores variam de
R$10,00 a R$90,00;
 Facilidade de uso – já que a linguagem C++, além de ser parte integrante do
currículo das engenharias, é uma linguagem consagrada que possui ampla
gama de materiais didáticos disponíveis, bibliotecas de extensão e
interfaceamento;
 Fácil substituição de componentes – Componentes são facilmente
encontrados no mercado e a substituição não necessita de reconfiguração.
 Versatilidade – novos sensores podem ser facilmente incorporados ao Robô
apenas com a inclusão das instruções específicas a este nas linhas do
programa. Até a modificação da própria placa do arduino pode ser feita para
36
outra versão apenas atentando a declaração inicial das portas no cabeçalho do
programa.
4.1.1.1 Sensores padrões
Apesar da proposta do projeto é de que, o utilizador final personalize o equipamento
de acordo com suas necessidades na seleção dos sensores e ferramentas que compõe o robô, a
definição de alguns destes como padrão se torna necessária. Isto tanto pela necessidade de
autopreservação do equipamento, quanto sensores úteis à maioria das necessidades. São
listadas abaixo as necessidades levantadas
Auto preservação.
 Temperatura e umidade, interno e externo.
 Sensores de gás
Necessidades básicas
 Câmera IR
 Distância
 Microfone
Os sensores acompanham suas respectivas bibliotecas. Bibliotecas são os programas
específicos do sensor que traduzem as definições das funções de programação a serem usadas
para o sensor. Essas bibliotecas são disponibilizadas pelo vendedor do sensor ou encontradas
facilmente na internet, já que a maioria destes componentes possui arquitetura livre.
O Interfaceamento e as características destes sensores são descrito abaixo:
 Sensor de temperatura e umidade (DHT-11):
o Sensor de simples implementação e baixo custo
o Realiza leituras de 20% a 80% de umidade e de 0°C a 50°C
o Possui três ou quatro pinos sendo um de ligado ao aterramento, um
ligado a fonte de 5 Volts (V), um não utilizado e o ultimo ligado a um
pino de comunicação digital.
 Sensor de gás (MQ-2):
o Utiliza um aquecedor com um pequeno sensor eletroquímico para a
detecção de metano, butano, LGP e fumaça.
37
o Sua sensibilidade pode ser regulada facilmente
o Possui quatro pinos de comunicação, um para aterramento, um em
fonte 5V, um para comunicação digital e outro para comunicação
analógica.
 Sensor de distância por ultrassom (HC-SR04):
o Mede distâncias entre 2 e 400 cm, com precisão que pode chegar a 3
mm.
o Envia por um alto-falante oito pulsos de 40kHz e detecta seu eco em
um microfone medido a diferença de tempo entre a emissão e a
resposta.
o Possui quatro pinos: um aterramento, um de 5V, um de entrada digital
que ativa o envio do sinal sonoro e outro de saída digital que acusa o
retorno do eco.
 Câmera IR (LS-Y201)
o Resolução de 160*120 com seis leds infravermelhos ativando sem a
necessidade de programação e captura imagens no formato JPEG.
o Possui quatro pinos: um aterramento, um de 5V, um de comunicação
serial a ser ligado no pino TX e outro de comunicação serial para o
pino RX.
 Microfone (MAX4466)
o Pré-amplificado, possui microfone com resposta de 20 Hz a 20kHz.
o Em seus três pinos, um é ligado ao aterramento, outro pode ser ligado
tanto na saída de 3V quando de 5V e o terceiro envia a saída da curva
de onda sonora que pode ser enviada diretamente a um fone de ouvido
ou tratado no próprio arduino.
Além dos sensores o Arduino faz o controle dos quatro motores do sistema de
locomoção. Este controle é feito através de joysticks similares ao de controntroladores de
videogames. É analisado o modelo VUPN5940. Cada joystick é constituído de dois
potenciômetros de 5 mil Ohms (kΩ) perpendiculares responsáveis por indicar a variação em
seu respectivo eixo. Este modelo também possui um botão normalmente aberto, que é
acionado caso o centro do manche seja pressionado.
38
Este modelo de joystick possui cinco pinos. Um para o terra, um para entrada de 5V,
dois de resposta analógica que são a resposta do posicionamento do manche em seus dois
eixos e um para saída digital que indica o pressionamento do botão.
Como todo o circuito trabalha com corrente contínua, há duas maneiras de realizar o
controle de velocidade dos motores. O primeiro é a ligação direta na saída do potenciômetro
que fará o controle de corrente elétrica para o motor. A desvantagem desta opção é que o
torque do motor reduz com a redução da corrente elétrica devido à resistência do
potenciômetro.
O segundo método requer mais trabalho, porém mantem o torque praticamente
constante independente da velocidade do motor. A leitura da corrente modificada pelo
potenciômetro é feita pelo Arduino. Esta informação é transformada em porcentagem que será
relacionada à velocidade do motor através de um algoritmo de modulação por largura de
pulso (PWM). O princípio do PWM é emitir pulsos que duram microssegundos regulando o
tempo em que o motor fica ligado. Como este chaveamento ligado-desligado ocorre à altas
frequências, não há vibração mecânica resultante e o torque do motor se mantem o mesmo
apesar da variação em sua velocidade.
4.1.2 Impressora 3D
Também conhecida como Prototipagem Rápida, a impressão em 3D é feita a partir
de um sistema de posicionamento em três eixos e, normalmente, uma cabeça extrusora que
realiza a construção fatia-a-fatia de peças.
Segundo [17] Maia (2013) as etapas que culminam na impressão de um modelo
físico começam com um desenho digital (modelo em desenho assistido por computador
[CAD], imagem tomográfica, imagem obtida com scanner de superfície 3D) e é transformado
em um arquivo STL (estereolitografia, sigla do inglês stereolithography) que aproxima a
superfície do CAD através de uma malha triangular. A seguir, esse arquivo é transferido para
o programa da impressora, onde é posicionado dentro do volume virtual que simula o volume
físico de construção. Após a orientação neste volume, a peça é fatiada para posterior
reprodução física destas fatias uma a uma. Terminada a impressão as peças são retiradas da
impressora para remoção do material de suporte de construção.
A Impressão 3D é um dos mais recentes processos de fabricação e há diversas
empresas o desenvolvendo. Assim, apesar do processo poder ser descrito genericamente como
39
no parágrafo acima, algumas características e etapas do processo variam drasticamente entre
os fornecedores deste equipamento. Podemos classificar as impressoras segundo sua
construção e seu método de extrusão.
Segundo sua construção, impressoras 3D podem ser classificadas como:
 Factory ready ou pronta de fábrica: A impressora chega para o usuário pronta
para ser instalada e sem acesso aos componentes construtivos (hardware).
Normalmente são modelos mais precisos, porém com custo mais elevado.
 DIY (sigla para Do It Yourself) ou faça você mesmo: O fabricante envia os
componentes necessários para realizar a construção de uma impressora,
porém toda a montagem e configuração são feitas pelo usuário final. A
vantagem deste modelo é a possibilidade de alterar o os componentes para
atender a necessidade específica e seu baixo custo. A óbvia desvantagem é
necessitar de tempo e conhecimentos específicos para realização da
montagem.
Segundo o método de extrusão, as impressoras 3D podem ser classificadas como:
 Por resina ou por banho: uma resina liquida ou em pequenas partículas de
plástico são mantidas em um tanque. As peças são impressas em suspensão
em meio à resina através de um feixe de energia, normalmente um laser,
focalizado em um ponto específico do tanque. Este processo pode ter
resoluções menores que 25 micra, contudo, é um equipamento que possui
uma menor razão entre o volume útil de impressão e o volume ocupado pela
impressora.
 Por filamento: um filamento, normalmente composto de plástico poliácido
láctico (PLA) ou acrilonitrila butadieno estireno (ABS), fica armazenado em
um rolo externo e é forçado através de uma ponta que aonde é aquecida
somente o suficiente para que seja derretida. Ao sair desta ponta, conhecida
como cabeça extrusora (Figura 15), o material é colocado adicionado a um
ponto da peça a ser impressa.
A Universidade Católica de Petrópolis (UCP) recentemente adquiriu um modelo de
impressora factory ready com extrusão por filamento que pode ser visto na Figura 13.
40
Figura 14: Impressora 3D da UCP
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 15: Cabeça extrusora da impressora 3D da UCP
Fonte: Elaborada pelo autor.
41
O filamento proposto e que atende as especificações do projeto é o ABS de 1.75mm.
[9] O ABS começa a se deformar na temperatura de 80° Celsius, mas derrete somente a
105°C, suporta uma força de tensão de 28.27 Mega Pascal e possui um módulo de Flexão de
1,862 Giga Pascal.
A Resistência moderada do ABS trabalha a nosso favor neste projeto, pois, caso
alguma parte se solte ou fique preza no interior de algum equipamento, por ser de um material
mais macio que o aço, dificilmente causará algum dano.
4.2 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO
Como recomendado por diversos autores e o próprio Altshuller, para começar o
desenvolvimento e aprimoramento do sistema de locomoção foi utilizado o ARIZ-85C. Está
descrito abaixo os pontos principais deste desenvolvimento. A aplicação completa da ARIZ-
85C pode ser encontrada no APÊNDICE A. Para explicações sobre o preenchimento da
ARIZ-85C, recorra ao ANEXO H que possui a descrição desta ferramenta.
4.2.1 ARIZ-C parte 1
Na primeira parte da ARIZ-85C analisa-se o problema no sistema de locomoção.
Nela são arroladas algumas características básicas do sistema que podem parecer elementares,
porém, com o avanço do desenvolvimento e da busca de uma solução, detalhes bem definidos
ajudam a encontrar uma solução ótima mais rapidamente.
Com as definições básicas descritas, identificam-se os conflitos e os intensificamos.
Como dito anteriormente, um problema não existe sem uma contradição e intensificando-as,
torna-se mais aparente a causa raiz do problema.
Tabela 7: Trecho de descrição do conflito na ARIZ-85C.
1.4. Exprimir o conflito no
sistema de maneiras opostas.
CNF1: Reduzir as rodas para que elas
ocupem menos espaço; CNF2: rodas maiores
ultrapassam melhor obstáculos; CNF3: é preciso se
42
deslocar em inclinações elevadas e não há atrito
suficiente com rodas.
1.5. Intensifique o conflito.
CNF1: rodas mínimas ou apenas uma
superfície sem atrito - se locomove bem mais não
transpõe obstáculos; - CNF2: consegue transpor
objetos, mais pode reduzir a mobilidade. - CNF3
maior superfície de contato significa mais espaço
sendo ocupado
Fonte: Elaborada pelo autor.
Nos passos seguintes da parte 1 escolhemos o conflito com maior potencial de
solução o descrevemos da maneira mais simples e genérica possível delimitando conceito de
pesquisa que será mais bem elaborado nos passos seguintes do desenvolvimento.
4.2.2 ARIZ-85C Parte 2 & Parte 3
A parte 2 é focada na delineação do problema e levantamento de recursos disponíveis
através de três fatores:
 Definição da Zona Operacional (OZ) - aonde o sistema será utilizado;
 Definição do Tempo Operacional (TO) - Quando o sistema será utilizado, e;
 Definição dos Recursos Substância-Campo (RSu-C): Quais os recursos
atualmente disponíveis para utilização
A Tabela 8 traz o levantamento destes recursos.
Tabela 8: Trecho da parte 2 da ARIZ-85C.
2.1. Defina a Zona
Operacional (ZO)
ZO1 - interior de dutos: grandes vãos devido a
bifurcações verticais, intensa quantidade de sujeira fina e
partículas suspensas, velocidade do fluxo de ar de 10 m/s
temperatura: entre 35°C e -5°C;
ZO2 - Entre maquinários: ambiente impregnado
43
com graxas e óleos, temperaturas de operação de 40°C e
picos de 100°C. Obstáculos como degraus, fios, calhas e
valas a serem transpostas.
2.2. Defina o Tempo
operacional (TO)
Utilizado principalmente para se chegar ao ponto
de interesse, retorno ao ponto de entrada da inspeção e
ajustes durante a medição.
2.3. Defina os
recursos Substância-Campo
(RSu-C)
Substâncias: superfícies, rodas, motores;
Campos: campo gravitacional, força para
locomoção e mudança de direção.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Na parte 3, são concatenadas as conclusões da parte 1 com a parte 2 para se chegar ao
Resultado Final Ideal O RFI do nosso sistema, foi definido como “O sistema de locomoção
deve transpor obstáculos e ter grande aderência, sem reduzir sua mobilidade.”.
4.2.3 ARIZ-85C Parte 4.
Para solucionar as contradições obtidas na Parte 1 do ARIZ-85C o próprio algoritmo
sugere no passo 6.1 a utilização de Recursos Substância-Campo. A Figura 16 mostra a visão
do conflito utilizando RSu-C.
44
Figura 16: Conflito esboçado através de RSu-C.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Esboçado o sistema em Recursos Su-C, a visualização do problema é intensificada e
é iniciada a busca de soluções seguindo os princípios da ferramenta.
A pesquisa foi iniciada pelas Soluções Padrões. Como existem grandes restrições em
como alterar o sistema, pode-se utilizar soluções da Classe 2, mais especificamente, a solução
2.4.1 “Adicionar material ferromagnético e/ou campo magnético a um sistema” apresenta
potencial. Como um dos requisitos é a locomoção na vertical e Ambiente de Operação é todo
revestido de metal, a utilização de imãs em volta da roda resolve este quesito. Imãs oferecem
uma excelente solução para que seja atingida a mobilidade vertical, porém possuem uma
contradição física. Como imãs são constituídos por ligas de ferro, seu alto peso pode ser um
problema no projeto.
É possível generalizar o problema de tamanho da roda para o problema genérico de
melhorar o parâmetro de engenharia “Forma” sem piorar o parâmetro de engenharia
“Produtividade”, no sentido de não reduzir a eficiência de locomoção.
Ao utilizar esses parâmetros na Matriz, é encontrado na interseção 39 X 12 o
Princípio inventivo 17 “Mudança para Outra Dimensão” como potencial de solução para
nosso problema. Analisando a roda como um sistema de coordenadas polar, a variação dela
45
seria somente o aumento de tamanho, porém se for sobreposto este sistema em um plano
cartesiano, com a variação de uma dimensão linearmente, é encontrado um oblongo, parecido
com um rasgo de chaveta. O que existe parecido com esta forma sendo utilizada como sistema
de locomoção é a esteira em tratores (“continuous track”). Como listado pelo blog de robótica
[5] buildbot.com.br, esteiras possuem as seguintes vantagens e desvantagens:
 Vantagens
o O contato constante com o solo, evita perda de tração;
o Distribui o peso uniformemente, possibilitando enfrentar uma grande
variedade de superfícies;
 Desvantagens
o Quando acionado somente um motor para direcionamento, existe uma
força lateral que causa desgaste da superfície da esteira;
o Para uma maior variedade de terreno e dependendo do tamanho da
banda da esteira, opta-se pelo uso de diversas trilhas, o que aumenta a
complexidade mecânica;
A unificação destas duas soluções pode ser representada em recursos Su-C como na
Figura 17
Figura 17: RSu-C da esteira com imãs
Fonte: Elaborada pelo autor.
Apesar de a esteira aumentar a mobilidade do sistema foi considerado que este ainda
não atingiu o nível de idealidade esperado.
46
Portanto, outro ponto que é possível abstrair deste princípio inventivo é a mudança da
direção de movimento. A esteira produz um movimento linear “Frente e traz”, e ao
movimentar apenas uma das esteiras, ela varia angularmente de direção. O robô de inspeção
se beneficiaria se fosse possível ter uma movimentação linear lateral. O dispositivo que
realiza este tipo de movimentação é uma roda omnidirecional como a da Figura 18.
Figura 18: Roda Omnidirecional – modelo em CAD (Computer Aided Design) por Salim Benyoucef
Fonte: Elaborada pelo autor.
Estes dois conceitos juntos podem ser representados por Recursos Su-F como
descrito na Figura 19.
Figura 19: RSu-C com a roda Omnidirecional
Fonte: Elaborada pelo autor.
47
Todas as substâncias incluídas supriram a insuficiência dos campos, porém eles ainda
não funcionam em conjunto, é preciso se dar mais um passo para termos um sistema
completamente funcional. Como é possível que a roda omnidirecional, esteiras e imãs
trabalhem juntos? A TRIZ em seus padrões de evolução tecnológica nos dá a tendência de
evolução que soluciona estes tipos de problema.
O Padrão de evolução de sistemas #5 descrito por Altshuller diz que sistemas têm a
tendência de aumento da complexidade, seguido pela integração das partes. Na aplicação no
problema específico do sistema de locomoção, o objetivo é unir a esteira com a roda
omnidirecional e os imãs. A maneira de resolver isto é agregar todos estes micro-sistemas
juntos e remover as características redundantes.
Usa-se como base a esteira e incorpora-se roda omnidirecional. A característica
particular deste modelo de roda que resolve nossos problemas são as pequenas rodas em
ângulo à sua volta. Portanto, incluindo pequenas rodas ao redor da esteira, cumpre-se a
incorporação destes dois micro-sistemas.
Segue-se para a incorporação dos imãs. Como para forças provenientes de campo de
origem pontual sua intensidade decai pelo inverso do quadrado da distância, o ideal é manter
o imã o mais próximo possível da superfície de contato. Na esteira omnidirecional que temos,
a parte mais próxima da superfície de contato são as pequenas rodas em ângulo. Portanto, a
fabricação destas rodas com material ferromagnético é o passo final para a incorporação
destes três micro-sistemas e pode ser visto em RSu-F na Figura 20, projeto em 3D na figura
14 e esquema técnico na Figura 22.
48
Figura 20: Esteira Magnética Omnidirecional representada em RSu-C.
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 21: Modelo proposto para o sistema de locomoção
Fonte: Elaborada pelo autor.
49
Figura 22: Dimensões da esteira
Fonte: Elaborada pelo autor.
4.2.4 Dimensionamento
Como um dos requisitos funcionais, é necessário que o robô consiga subir paredes
verticais. A representação das forças nesta situação pode ser vista no diagrama de corpo livre
da Figura 23.
Figura 23: Diagrama do Robô subindo uma parede vertical.
Fonte: Elaborada pelo autor.
50
De acordo com a representação acima, este problema é dependente de três forças. A
força peso (Fpeso), a força de atrito (Fat) e a atração dos ímãs na superfície metálica (Fimãs). A
primeira força analisada, a força de atração dos imãs, é calculada de maneira experimental.
Um dos imãs que compõe a esteira foi preso a uma garrafa plástica por meio de um
arame de estanho. O imã, por sua vez foi colado a uma chapa metálica. Este arranjo pode ser
visto na Figura 24.
Após tal montagem, foi-se adicionando água lentamente na garrafa até que o imã se
desgrudasse da chapa e então a garrafa com a água adicionada, arame e ima foram pesados.
Este experimento foi realizado com três conjuntos de arranjos diferentes com o intuito de
aumentar a precisão. Os resultados foram os seguintes:
 Conjunto 1: 114 gramas (g)
 Conjunto 2: 102 g
 Conjunto 3 114 g
Figura 24: Arranjo do experimento da força do imã.
Fonte: Elaborada pelo autor.
51
Adotando uma média das medições, é possível afirmar que cada imã é capaz de
oferecer uma força de atração em uma chapa metálica de 110 grama-força (gf) ou 1,0769
Newtons (N).
Sabendo que cada seguimento da esteira possui 16 imãs e considerando somente a
força dos cinco seguimentos da esteira que mantêm pleno contato com o chão, é possível
estimar a força total realizada pelos imãs das duas esteiras como:
1.0769[𝑁] ∗ 16 ∗ 5 ∗ 2 = 172.304[𝑁] (4.1)
O coeficiente de atrito dependerá da superfície em que o robô irá atuar. Porém, pela
tese de doutorado de [22] Parucker (2008), é possível se basear no pior caso para o níquel, que
é o metal que reveste os imãs. Segundo [22] Parucker (2008), o coeficiente de atrito entre
ligas de níquel varia de 0,29 a 1,0. É adotado, portanto, o pior caso de 0,29 para a subida
vertical. A força de atrito é dada pela equação (4.2).
𝐹𝑎𝑡 = 𝐹𝑛 ∗ 𝜇 𝑠𝑡 (4.2)
Onde Fn é a força normal à superfície, neste caso Fn é igual à Fimã encontrada
anteriormente e μst é o coeficiente de atrito. A força de atrito é calculada como sendo:
𝐹𝑎𝑡 = 172.304 [𝑁] ∗ 0.29 = 49.968 [𝑁] (4.3)
No programa utilizado para fazer o desenho do modelo (SolidWorks 2014) foi
adicionado as características de materiais de cada uma das partes do robô. Com essas
informações o programa retorna as propriedades de massa do objeto desenhado. A resposta do
programa pode ser visto na figura
52
Figura 25: Propriedades de massa do Robô gerado pelo SolidWorks
Fonte: Elaborada pelo autor.
O peso do robô, portanto é de 18,5N sendo a força de atrito aproximadamente 2,7
vezes maior. Isto significa que o robô pode subir em uma superfície vertical rebocando uma
massa de mais de 3 kg.
Para realizar este trabalho, os motores devem ser capazes de gerar torque suficiente
para realizar este trabalho. A Figura 22 mostra que a distância do centro do eixo do motor a
superfície de contato é de 88,8mm. Sendo a força (F) gerada pelo motor na superfície a razão
do torque pela distância mencionada, o torque (T) de cada um dos quatro motores deve ser:
𝐹 = 49.968[𝑁] =
4 ∗ 𝑇
8.88[𝑐𝑚]
∴ 𝑇 = 110,929[𝑁 ∗ 𝑐𝑚] (1.1)
53
Apesar de ser um torque relativamente alto, soluções com as dimensões necessárias
podem ser encontradas em diversos fabricantes.
4.3 DESENVOLVIMENTO DA AUTONOMIA
Altshuller sugere a utilização de um ARIZ para a resolução de problemas, em
especial problemas complexos. Porém ele, e todos os autores sobre o método, concordam que
a utilização das ferramentas é de total arbitrariedade do pesquisador e que as ferramentas
retêm sua capacidade de solução de problemas mesmo sendo afinidade ou preferência o único
método de seleção.
Aqui foi englobado em autonomia, todo e qualquer fator que influencie na amplitude
da área de atuação do robô, tais como a quantidade de tempo que o robô pode permanecer em
operação, assim como influências externas e internas que causem o término (abrupto ou não)
de sua operação.
Como uma das características fundamentais levantadas no início do
desenvolvimento, o Robô de inspeção não pode, de maneira nenhuma, ficar preso dentro do
equipamento sendo inspecionado. Com isso, desenvolvimento do sistema da autonomia é
focado na robustez e confiabilidade do sistema. [14] Hipple (2006) em seu artigo para Triz
Journal, sugere a utilização de método TRIZ em “reverso” como um método de predição de
falhas. Em síntese, em vez de o pesquisador pesquisar maneiras de melhorar o sistema, o
TRIZ Reverso propõe se tornar o sabotador do sistema e analisar o que deve ser feito para
inutiliza-lo.
O ARIZ pode ser simplificado para:
1. Identifique o estado ideal;
2. Identifique os recursos necessários para se chegar a este estado;
3. Identifique as contradições que devem ser resolvidas;
4. Identifique como utilizar estes recursos e resolver tais contradições;
5. Implementar e checar qualidade da solução.
[14] Hipple (2006) sugere como método “reverso”, no sentido de linha de raciocínio,
de Análise de predição de falhas simplificado as seguintes etapas:
1. Identifique o estado ideal;
2. Inverta o estado ideal;
54
3. Exagere o estado ideal invertido;
4. Como conseguimos atingir este estado ideal invertido.
Com esta linha de pensamento e análise pode-se utilizar das ferramentas do método
TRIZ, não para solucionar problemas, mas para analisar quais efeitos causarão uma falha em
nosso sistema e, uma vez identificada, implementar o método original de solução de
problemas e contradições.
4.3.1 Aplicando a TRIZ Reversa.
Seguindo a linha proposta por [14] Hipple (2006) e a definição de autonomia dada
anteriormente, o estado ideal do sistema pode ser descrito pelas características:
1. O sistema nunca para de funcionar, mantendo boa intensidade de sinal
durante toda sua atividade;
2. O sistema não perde ou corrompe nenhum bit durante a transmissão de dados;
3. O sistema possui baixo consumo de energia resultando em poucas baterias e
menor peso
4. Não sofre interferência de fontes externas que possam causar perda de sinal
ou mau-funcionamento.
Depois de descritas as características ideais, este estado é invertido e amplificado:
1. Nenhuma comunicação deve ser realizada, toda transmissão de informação
deve ser bloqueada;
2. Qualquer informação que consiga ser transmitida deve sofrer interferência
suficiente para torná-la ilegível.
3. Sistema de alto consumo de energia com todos os sensores e dispositivos em
plena atividade simultânea resultando na necessidade de grandes baterias.
4. Altamente susceptível a campos magnéticos, mudanças de temperatura e
umidade.
Com isso, têm-se descrito de maneira genérica as possíveis falhas e problemas que há
na autonomia de nosso sistema. O passo seguinte é descrever como pode-se realizar esta
“sabotagem” no sistema. Enumera-se então como é possível atingir cada um destes estados
ideais invertidos.
55
1. Uma blindagem eletrostática impede a transmissão de qualquer comunicação
entre o robô e seu operador. Este efeito pode aparecer naturalmente no caso
de inspeções dentro equipamentos com carcaça de metal.
2. Interferência pode ser causada por grandes campos magnéticos, que por sua
vez podem ser gerados por equipamentos e cabos de energia de potência
elétrica. Fazer o robô se locomover por corredores de serviço, calhas para
fiação e equipamentos em atividade pode gerar este efeito.
3. Utilizar tecnologias ultrapassadas de bateria. Realizar todo o processamento
de dados no próprio robô utilizando um sistema de transmissão de grande
potência para vencer as barreiras dentro de instalações industriais terá um
consumo elevado. Caso o robô seja programado para funcionar sem a
interação com o operador ele necessitará destes requisitos.
4. Componentes expostos são susceptíveis a qualquer intempérie do ambiente.
Agora que os problemas estão bem identificados, pode a solução se tornar evidente
em alguns pontos.
4.3.2 Solucionando os Problemas Levantados.
As soluções de problemas complexos do sistema naturalmente se tornam mais fáceis,
uma vez que os subproblemas que culminam neste são resolvidos. Por isso, começa-se pela
solução dos problemas mais simples e prossegue-se para os mais complexos.
Uma vez descrito o problema de maneira correta, a resposta do problema por muitas
vezes se torna óbvia. Por exemplo, observando o 4° problema levantado pode ser resolvido
facilmente utilizando uma caixa protetora para separar os componentes do meio.
Em relação ao 2° problema, os pré-requisitos do problema exigem modificar o meio
de operação do robô o mínimo possível. Portanto, é necessário lidar com os campos nocivos
atingindo o robô de inspeção, cuja solução pode ser encontrada na Classe 1 de Soluções
Padrões (ver Anexo E). O item 1.2 desta classe trata da eliminação ou neutralização de um
efeito prejudicial ou danoso. Mais especificamente, o item 1.2.1 sugere a adição de uma nova
substância para a remoção do efeito prejudicial.
Na Eletrônica a blindagem eletrostática é um efeito muito utilizado, que é conseguido
com uma tela de material condutor envolvendo o objeto a ser blindado. Este efeito também é
conhecido pela experiência famosa da Gaiola de Faraday. Portanto, uma malha fina de cobre
56
isolaria nossos componentes de campos magnéticos externos. Esta solução está demonstrada
na Figura 26 e na Figura 27.
Figura 26: Vista lateral inclinada da blindagem eletrostática
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 27: Vista superior inclinada da blindagem eletrostática
Fonte: Elaborada pelo autor.
57
O 1° e 3° problemas levantados possuem uma maior complexidade. Neste caso a
utilização de uma ferramenta mais robusta se torna necessário. Recorrendo a matriz de
contradições, a definição genérica do problema de proteção do sistema pode ser dada pela
melhoria do princípio de engenharia “Perda de Informação” sem prejuízo ao fator
“Desperdício de energia”. Na matriz, este se dá pela intercessão 22 X 24. Infelizmente esta
não fornece um resultado útil, o que não é de todo estranho.
Esta matriz desenvolvida por Altshuller em torno da década de 1980, como descrito
em capítulos anteriores, é o fruto da análise de patentes russas da época. E durante este seu
período de desenvolvimento, a quantidade de patentes para resolução de problemas
eletrônicos era muito limitada. Tenha em mente que o primeiro computador pessoal, o
Kenbak-1, foi lançado apenas 10 anos antes em 1971.
Porém, como a TRIZ foi desenvolvida com o intuito de ser uma ferramenta de
constante atualização e como ferramenta para estimular a criatividade, não substituí-la,
Altshuller também publicou uma lista com os Princípios Inventivos em ordem de utilização.
Esta lista é encontrada integralmente no ANEXO C.
Para a Solução deste problema o quinto item da lista, o Princípio Inventivo 02, foi
selecionado. O Princípio Inventivo “Extração” propõe separar de um objeto a propriedade ou
parte que interfere, ou escolher a única parte ou propriedade necessária para um objeto (ver
ANEXO B). Neste sentido, a única parte que realmente é útil ao robô, é o sensoriamento. É
extraído então o microssistema de transmissão de dados. Se não for feita a transmissão de
dados utilizando antenas e transmissores, os problemas levantados deixam de existir.
Porém, como mencionado no item 3.1.2 deste trabalho, se não houver contradições
não existe problema. Neste caso, o sistema de transmissão de dados deve existir. O operador
do robô deve estar consciente de tudo o que ocorre para que possa tomar decisões
relacionadas à manutenção e segurança do equipamento em tempo real. Como solução para
esta contradição, surge à possibilidade de se adotar um micro sistema de transmissão de dados
por fios como demonstrado na Figura 28.
58
Figura 28: Detalhe do cabo para transmissão de dados
Fonte: Elaborada pelo autor.
Esta solução, por sua vez, traz um novo problema que é a redução da mobilidade.
Como resposta a esta nova situação, dois novos princípios inventivos se destacam. O
Princípio Inventivo 22: Tirar Benefício da Desgraça; e o Princípio Inventivo 03: Qualidade
Local.
O PI22 sugere o uso de fatores nocivos, como a falta de mobilidade, para obter um
efeito positivo. Assim sendo o cabo que reduz a mobilidade do sistema se torna um elemento
primordial para a segurança caso o robô tenha alguma pane e pare de funcionar dentro do
equipamento. No caso de ocorrer esta situação, o cabo de comunicação pode ser utilizado com
a mesma função das linhas de vida para mergulhadores. Em pane, o robô é resgatado
simplesmente puxando o cabo e o arrastando para saída.
O PI03 reforça esta ideia sugerindo que cada parte do objeto realize uma função
diferente e desejada. O núcleo do cabo realiza a transmissão de dados e o exterior pode ser
revestido com malha de aço reforça sua resistência para resistir à tração necessária ao
procedimento de resgate.
59
5 RESULTADOS
O resultado do projeto é o modelo conceitual de um sistema completo de inspeção
como pode ser visto na Figura 29 e na Figura 30 abaixo.
Figura 29: Vista traseira do robô
Fonte: Elaborada pelo autor.
Esta solução está orçada da seguinte maneira:
 Placa Arduino Uno R3........................R$ 60,00
 Protoboard, e miscelâneas..................R$ 35,00
 Imãs.....................................................R$ 400,00
 Câmeras...............................................R$ 180,00
 Sensores de temperatura e pressão......R$ 20.00
 Sensores de distância.........................R$ 30,00
60
 Sensor de som.....................................R$ 10,00
 Impressora 3D....................................R$ 4.000,00
 Filamento para impressão...................R$ 240,00
 Sensores extras avulsos......................R$ 40,00 média/cada
 Shield + Tela de LCD .......................R$ 100,00
 Manches de controle..........................R$ 30,00
 Fiação.................................................R$ 100,00
 Conectores........................................ R$ 100,00
 Outros................................................R$ 100,00
Com esta configuração básica definida no projeto, o custo de implementação deste
equipamento é um pouco acima de R$ 5.500,00, se mantendo dentro da proposta de
orçamento inicial.
Figura 30: Vista frontal do robô
Fonte: Elaborada pelo autor.
61
Entretanto faz-se necessário ressaltar que, como o desenvolvimento partiu do ponto
de vista de uma empresa resolvendo seus próprios problemas de manutenção, este custo
estimado inclui a aquisição de uma impressora 3D, tendo em vista que poucas empresas
possuem este recursso. Após aquisição da impressora 3D, a mesma pode e deve ser explorada
por outras áreas. Também deve ser levado em conta que, caso não se faça necessário a
locomoção na vertical os imãs podem ser substituídos por roletes de borracha ou outro
material. Portanto, sem os imãs caso já haja uma impressora disponível, o custo de
implementação desta solução pode ser de somente R$ 1.100,00.
Novos acessórios podem ser facilmente implementados ao robô dependendo das
características de operação utilizando os pinos não utilizados do arduino. Caso acabem as
portas, é possível a utilização de outro modelo como o Arduino Mega 2560. Este modelo
possui 15 pinos de entrega analógicos, 13 saídas PWM, 32 pinos digitais e 8 pinos de
comunicação, que é aproximadamente 3,5 vezes a quantidade de pinos disponíveis para o
modelo Uno R3.
O Robô ainda possui uma área superior que pode ser desenvolvidas outras
ferramentas com o braço robótico proposto na Figura 31.
62
Figura 31: Robô com Braço
Fonte: Elaborada pelo autor.
63
6 CONCLUSÃO
A metodologia TRIZ leva tempo para ganhar domínio. Boa parte do
desenvolvimento deste trabalho foi gasto no estudo da escassa literatura sobre esta
metodologia pelo autor. Porém uma vez aprendida, sua aplicação é extremamente fácil e
intuitiva.
Sugere-se, independente da linha e da quantidade instrução do leito, que este se
familiarize com a TRIZ. Por ser utilizada como catalizador do conhecimento do utilizador, a
TRIZ torna a resolução de problemas um processo muito mais eficiente. Há artigos mostrando
sua utilização em todas as áreas de engenharia, no desenvolvimento de software, em
gerenciamento de pessoas, em administração, entre outros.
O método, apesar de ter sido formulado a mais de 40 anos, não aparenta se tornar
obsoleto no futuro próximo. Porém algumas ferramentas possuem uma defasagem na
resolução de problemas ligados a novas tecnologias. Em especial a Matriz de Contradições
desenvolvida por Altshuller encontrada no ANEXO I não oferece muito auxílio a problemas
relacionados à eletrônica. Por outro lado, esta ferramenta foi desenvolvida com o intuito de
permanecer em constante atualização é há relatos de utilizadores da TRIZ que possuem suas
próprias versões da Matriz com conhecimentos de patentes modernas incluídas pelos próprios.
E isto é simples de se realizar por um utilizador regular da TRIZ
A solução foi, pessoalmente, muito satisfatória. Em especial o desenvolvimento do
sistema de locomoção. Neste foi possível o desenvolvimento de algo completamente novo no
mercado. O conceito de omnidirecionalidade ainda é novo no mercado e poucos
pesquisadores enxergam seu potencial. Assim alinhar este conceito em uma esteira ainda
usando conceitos de magnetismo para aderência demostra o verdadeiro potencial da
metodologia de desenvolvimento adotada.
Ainda assim este projeto está apenas em seu início e ainda há muito potencial para
desenvolvimento da ideia. Por se tratar de uma construção modular, ferramentas e alterações
no projeto para atender peculiaridades da área que o robô irá atuar podem ser facilmente
desenvolvidas. A Figura 31 é um exemplo desta versatilidade. Como a construção é à base de
plástico rugoso e macio, é sugerido também à utilização de parafusos e colas para incorporar
ferramentas tradicionais tanto na parte inferior quanto na superior do robô.
Este trabalho se iniciou se buscando apresentar, primeiramente algo desconhecido
destro da UCP. Esta parte foi cumprida, tanto com o desenvolvimento do conceito de robô de
64
inspeções de instalações industriais construído com base de impressão 3D e módulo de
Arduino, quanto na apresentação da TRIZ que era desconhecida dentro da UCP e muito pouco
conhecida no restante do país.
A fim de avaliar o desenvolvimento desta ferramenta de inspeção, montou-se a tabela
abaixo comparando o Resultado Final Ideal desenvolvido no capítulo 4 com a solução
alcançada.
Tabela 9: Comparação do RFI levantado com a solução proposta.
1. O robô deve ter as menores
dimensões possíveis;
Possui área frontal de 200mm X 169mm se mantendo
menor que o requisito de 200mm X 200mm
2. Deve ser capaz de carregar
qualquer tipo de instrumentação
para aquisição de informação;
As funções sugeridas neste trabalho utilizam 13 pinos
dos 20 disponíveis no arduino. A capacidade de
expansão existe somente com a necessidade de
aquisição de novos sensores
3. Deve ser de fácil operação, não
precisando de conhecimentos
avançados;
A maior parte dos códigos de comunicação entre o
Arduino e seus periféricos é de livre utilização, sendo
disponibilizado tanto por fabricantes como
entusiastas, tornando a ferramenta, que já não possui
alto grau de complexidade ainda mais fácil.
4. Sistema deve ser livre de
manutenção.
Apesar de ainda ser necessária a realização de
manutenção, como a estrutura é impressa, caso o
equipamento sofra dano, basta a impressão de um
componente novo.
5. Ser capaz de atravessar qualquer
tipo de obstáculo.
A esteira o torna capaz de atravessar qualquer
obstáculo comum do ambiente industrial.
6. Subir por tubulações e laterais de
máquinas;
Os imãs da esteira cumprem facilmente este tópico.
7. Não danificar a instalação:
O plástico que compõe a maior parte do robô
dificilmente causará danos mecânicos em um
maquinário de metal, e os imãs de neodímio são
extremamente frágeis, sendo eles o componente a
quebrar no caso de choque com um aço. Além disso,
em caso de pane, o robô pode ser resgatado pelo seu
cabo de alimentação que funciona como linha de
vida.
8. Ser funcionalmente flexível para
atender várias situações;
Todas as peças, tanto elétricas quanto mecânicas
podem ser substituídas ou modificadas facilmente. A
incorporação de novos módulos, como o braço
mecânico da Figura 31 que pode ser incorporado
facilmente tanto do ponto de vista elétrico quanto
mecânico.
9. Pronto para operar, sem a
necessidade de longas pré-
operações.
Única pré-operação necessária é ligar o componente.
Não há nenhuma pré-calibração ou warm-up
necessário.
65
10. Autonomia infinita
Como o dispositivo é alimentado e controlado por um
cabo, e possui bateria de emergência, ele pode se
manter ligado por tanto tempo quanto se fizer
necessário.
Fonte: Elaborada pelo autor.
O segundo objetivo era um pouco mais ousado e visava apresentar um modelo
funcional da solução apresentada. Infelizmente a atipicidade deste ano de eleições e copa do
mundo de futebol gerou atrasos de até quatro meses nos materiais de pesquisa importados
para este projeto.
Mesmo assim, o estudo permitiu o entendimento de uma metodologia de trabalho em
linhas de pesquisa criava tornando o pesquisador mais eficiente ao chegar a uma solução mais
rapidamente, e menos angustiado por não ser mais necessário enfrentar todas os erros até se
chegar a uma solução. Este estudo também mostrou o vasto campo de possibilidades
inexploradas tanto em tecnologias recentes que possuem pouco tempo de mercado, quanto em
tecnologias consagradas.
Em todas as áreas há chances de melhora e inovação. Basta olhar para conseguir ver.
Como dito por Altshuller: Uma ideia ousada tem uma maior probabilidade de realização
que uma ideia conservadora.
6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS.
Como sugestão para trabalhos futuros sugere-se:
 Um trabalho mais detalhado sobre a descrição de todos os princípios do
método TRIZ descrevendo as ferramentas não utilizadas neste trabalho como
a modelagem pelas pequenas pessoas perspicazes, o operador DTC
(Dimensão, Tempo, Custo), os princípio da separação, entre outros;
 A construção e programação do robô desenvolvido neste trabalho;
 O desenvolvimento, construção e programação de um braço a ser ancorado na
carcaça para realização de operações;
 O desenvolvimento de um módulo de transmissão que utilize a superfície de
metal do maquinário como antena para a transmissão de sinais de
comunicação entre o robô e o operador.
66
7 BIBLIOGRAFIA
[1] ALTSHULLER, G. S., The Innovation Algorithm – TRIZ, systematic innovation and
technical creativity. Tradução para o inglês de Lev Shulyak e Steven Rodman. 2 ed.
Worcester, Massachusetts, USA: Technical Innovation Center, Inc., 2000.
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A Thread in the Labyrinth, Compiled by Selyutsky, A.B. - Petrozavodsk: Karelia,
1988.
[3] ARDUINO SA Arduino Uno board description Disponível em:
<http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno> Acesso em: 27 out. 2014
[4] BRASIL, Lei Estadual 4.192 de 01 de outubro de 2003.
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blog/como-seu-robo-vai-se-mover/> Acesso em 04 nov. 14.
[6] CARVALHO, M. A. e BLACK, N., Uso de conceitos fundamentais da TRIZ e do
método dos princípios inventivos no desenvolvimento de produtos., 2001, 3o.
Congresso Brasileiro de gestão de Desenvolvimento de produto. Florianópolis, SC.
[7] CARE, I., MANN D., Using MindMaps™ with TRIZ, Triz Journal, Disponível em:
<http://www.triz-journal.com/using-mindmaps-triz/> Acesso em: 24 out. 2014.
[8] COULOURIS, George et al. Projetos com Arduino e Android: Use seu Smartphone
ou Tablet para Controlar o Arduino - Série Tekne. Bookman Editora, 2014.
67
[9] CURBELL PLASTICS, ABS Data Sheet (Engineering), 2008 Disponível em:
<http://www.curbellplastics.com/technical-resources/pdf/abs-eng-datasheet-
curbell.pdf> Acesso em 27 out. 2014
[10]DEMARQUE, E. TRIZ: Teoria para a resolução de problemas inventivos aplicada
ao planejamento de processos na indústria automotiva. 2005. Tese de Doutorado.
Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil.
[11]DOMB, E. The Ideal Final Result: Tutorial. Triz Journal. Disponível em:
<http://www.triz-journal.com/archives/1997/02/a/index.html>. Acesso em: 25 set.
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[12]DOMB, E., Contradictions: Air Bag Applications, Junho de 1997, Disponível em:
<http://www.xtriz.com/publications/40Principles.pdf>, Acesso em: 27 out. 2014
[13]DOMB, E., et all. The 39 Features of Altshuller’s Contradiction Matrix. Triz
Journal. Disponível em: <http://www.triz-journal.com/archives/1998/11/d/
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[14]HIPPLE, J., Predictive Failure Analysis™: How to Use TRIZ in “reverse”.
Disponível em: <http://www.triz-journal.com/predictive-failure-analysis-use-triz-
reverse/> Acesso em: 27 out. 14
[15]HIPPLE, J., The Ideal Result - What It Is and How to Achive It, Springer Science+
Business Media, Tampa, Florida, Estados Unidos, 2012
[16]LEON, N., Trends and Patterns of Evolution for Product Innovation. Disponível em:
<http://www.triz-journal.com/trends-patterns-evolution-product-innovation/> Acesso
em: 22 out. 14.
68
[17]MAIA, Izaque Alves et al. Exploração Dos Recursos De Impressão 3d Para Peças
Especiais. Artigo do 7º Congresso Brasileiro De Engenharia De Fabricação 2013.
[18]MARCONI, J. ARIZ: The Algorithm for inventive problem Solving – An
Americanized Learning Framework. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz-
journal.com/archives/1999/03/e/index.htm>. Acesso em: 25 set. 2014.
[19]MAZUR, G., Theory of Inventive Problem Solving., 26 de fevereiro de 1996,
disponível em: <http://www.mazur.net/triz/>. Acesso em : 20 jul. 2014.
[20]PALLETA, M., A. Manutenção Industrial – Convivendo com problemas ou
soluções. Pragma Brasil. Disponível em: <http://www.pragmabrasil.com.br/wpb/
index.php/midia/artigos/art-manindustrial> Acesso em: 01 out. 2014.
[21]PETROV, V., Структурный вещественно-полевой анализ, Triz Land, Disponível
em: <http://www.trizland.ru/trizba/books/1756/> Acesso em: 20 out. 2014.
[22]PARUCKER, M. L., Desenvolvimento De Materiais Compósitos De Baixo
Coeficiente De Atrito Com Partículas De Lubrificante Sólido Dispersas Em Matriz
Metálica A Base De Níquel. 2008. Tese (Doutorado Em Ciência E Engenharia De
Materiais), Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina.
[23]SAVRANSKY, S. D., Engineering of creativity: Introduction to TRIZ methodology
of inventive problem solving. CRC Press, 2002.
[24]TATE, K., DOMB, E. 40 Inventive Principles With Examples. Triz Journal.
Disponível em: <http://www.triz-journal.com/archives/1997/07/b/index.html>.
Acesso em: 21 set. 2014.
69
[25]TERNINKO, J., DOMB, E., MILLER, J. The Seventy-six Standard Solutions, with
Examples. Section One. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz-
journal.com/archives/2000/02/g/index.htm>. Acesso em: 25 set. 2014.
[26]TERNINKO, J., ZUZMAN, A., ZLOTIN, B., Systematic Innovation - An
Introduction to TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving). 1ed, USA, St. Lucie
Press, 1998.
[27]ZAGORODNOVA, T. Algoritmo de Resolución de Problemas Inventivos (ARIZ 85).
Official G. S. Altshuller Foundation. Disponível em
<http://www.altshuller.ru/world/spa/ariz85v.asp>. Acesso em: 25 set. 2014.
70
ANEXO A - LISTA E DESCRIÇÂO DOS 39 PARÂMETROS DE ENGENHARIA.
Domb (1998) explica que dois conceitos são de grande importância para o
entendimento dos PE, são eles:
• Objeto em movimento: Objeto que facilmente pode trocar de posição no espaço,
tanto por sua ação como por resultado de força externa. Veículos e objetos projetados para
serem portáteis são membros deste grupo, e;
• Objeto estático: São objetos que não mudam sua posição no espaço, nem por sua
ação, nem por ação de força externa. Considerar a condição sob a qual o objeto está sendo
utilizado.
Os 39 Parâmetros de Engenharia são:
01. Peso do objeto em movimento:
A massa do objeto, em um campo gravitacional. A força que o corpo exerce em seu
suporte ou suspensão.
02. Peso do objeto estático:
A massa do objeto, em um campo gravitacional. A força que o corpo exerce em seu
suporte ou suspensão, ou na superfície em que ele repousa.
03. Comprimento do objeto em movimento:
Qualquer dimensão linear, não necessariamente a mais longa, é considerada aqui
como comprimento.
04. Comprimento do objeto estático:
Qualquer dimensão linear, não necessariamente a mais longa, é considerada aqui
como comprimento.
05. Área do objeto em movimento:
A característica geométrica descrita pela parte de um plano cercado por uma linha
fechada. A parte de uma superfície ocupada por um objeto. A medida quadrada da superfície,
interna ou externa, de um objeto.
06. Área do objeto estático:
71
A característica geométrica descrita pela parte de um plano cercado por uma linha
fechada. A parte de uma superfície ocupada por um objeto. A medida quadrada da superfície,
interna ou externa, de um objeto.
07. Volume do objeto em movimento:
A medida cúbica do espaço ocupado por um objeto. Comprimento x largura x altura
para um paralelogramo, área da base x altura para um cilindro. Volume do Objeto, tanto
interno como externo.
08. Volume do objeto estático:
A medida cúbica do espaço ocupado por um objeto. Comprimento x largura x altura
para um paralelogramo, área da base x altura para um cilindro. Volume do Objeto, tanto
interno como externo.
09. Velocidade:
A velocidade de um objeto; a marcha de um processo ou ação por tempo.
10. Força:
Medida de interação entre sistemas. Na física Newtoniana, força é o produto da
massa pela aceleração. Na TRIZ, força é qualquer interação que tem como objetivo mudar a
condição de um objeto.
11. Tensão ou pressão:
Força por unidade de comprimento ou área.
12. Forma:
O contorno externo, aparência de um sistema.
13. Estabilidade dos componentes de um objeto:
A totalidade ou integridade de um sistema; a relação entre os elementos que
constituem o sistema. Uso, decomposição química e separação ou desmontagem são todos
decréscimos na estabilidade. O aumento da entropia é diminuição da estabilidade.
14. Resistência:
O tanto que um objeto é capaz de resistir a alterar suas características em resposta a
uma força. Resistência à quebra.
15. Duração da ação por um objeto em movimento:
72
O tempo que o objeto pode realizar a ação. Vida útil. Tempo médio entre falhas é
uma medida de duração da ação. Também durabilidade.
16. Duração da ação por um objeto estático:
O tempo que o objeto pode realizar a ação. Vida útil. Tempo médio entre falhas é
uma medida de duração da ação. Também durabilidade.
17. Temperatura:
A condição térmica de um objeto ou sistema. Livremente inclui outros parâmetros
térmicos, tais como capacidade térmica, que afeta a taxa de alteração da temperatura.
18. Intensidade de iluminação:
Fluxo luminoso por unidade de área, assim como qualquer outra característica
luminosa de um sistema como brilho, qualidade luminosa, etc.
19. Uso da energia por objeto em movimento:
A medida da capacidade do objeto de realizar trabalho. Na mecânica clássica,
Energia é o produto da força pela distância. Isto inclui o uso de energia fornecida por um
supersistema (como energia elétrica ou calor). Energia necessária para realizar uma tarefa
determinada.
20. Uso da energia por objeto estático:
A medida da capacidade do objeto de realizar trabalho. Na mecânica clássica,
Energia é o produto da força pela distância. Isto inclui o uso de energia fornecida por um
supersistema (como energia elétrica ou calor). Energia necessária para realizar uma tarefa
determinada.
21. Potência (poder):
A taxa de tempo em que um trabalho é realizado. Taxa de uso de energia.
22. Perda de energia:
Uso de energia que não contribui para a realização de uma tarefa. Reduzir a perda de
energia muitas vezes exige diferentes técnicas como melhorar o uso da energia, que é a razão
de ser deste parâmetro.
23. Perda de substância:
73
Completa ou parcial, permanente ou temporária, perda de certa quantidade do
material, substância, parte ou subsistema de um sistema.
24. Perda de informação:
Completa ou parcial, permanente ou temporária, perda de dados ou acesso a dados
em ou por um sistema. Frequentemente inclui dados sensitivos como aroma, textura, etc.
25. Perda de tempo:
Tempo é a duração de uma atividade. Melhorar a perda de tempo significa reduzir o
tempo gasto para uma atividade. Redução de ciclo é um termo comum.
26. Qualidade da substância ou matéria:
O número ou quantidade de material, substâncias, partes ou subsistemas de um
sistema que pode ser alterado total ou parcialmente, permanente ou temporariamente.
27. Confiabilidade:
A habilidade de um sistema de realizar suas funções objetivo de modo e condições
previsíveis.
28. Precisão da medida:
A proximidade do valor medido com o valor real de uma propriedade de um sistema.
Reduzir o erro em uma medida aumenta a precisão desta.
29. Precisão da manufatura:
A amplitude na qual a característica real de um sistema ou objeto iguala a
característica necessária ou especificada.
30. Dano externo ao objeto:
Susceptibilidade de um sistema a efeitos (nocivos) gerados externamente.
31. Fatores nocivos gerados pelo objeto:
Um efeito nocivo é aquele que reduz a eficiência ou qualidade de funcionamento de
um objeto ou sistema. Estes efeitos nocivos são gerados pelo objeto ou sistema, como parte de
sua operação.
32. Facilidade de manufatura:
74
O grau de facilidade, conforto ou esforço na manufatura ou fabricação de um objeto
ou sistema.
33. Facilidade de operação, simplicidade:
O processo não é fácil se necessita de um grande número de pessoas, grande número
de passos em uma operação, necessita ferramentas especiais, etc. “Processo Duro” tem baixo
rendimento e “Processo Fácil” tem alto rendimento.
34. Facilidade de manutenção:
Características de qualidade como conveniência, conforto, simplicidade e tempo para
reparar faltas, falhas ou defeitos em um sistema.
35. Adaptabilidade ou versatilidade:
O tanto que um objeto ou sistema responde positivamente a alterações externas.
Também, um sistema que pode ser usado de várias maneiras sob uma grande variedade de
circunstâncias.
36. Complexidade do dispositivo:
O número e diversidade de elementos e inter-relação entre elemento e sistema. O
usuário pode ser um elemento de um sistema que aumenta a sua complexidade. A dificuldade
em dominar o sistema é uma medida de sua complexidade.
37. Dificuldade de detecção e medição:
Medir e monitorar sistemas que são complexos necessitam de muito tempo e trabalho
para a preparação e uso, ou que possuem relações complexas entre componentes ou
componentes cuja interface com cada um dos outros demonstra dificuldade de detecção e
medição. Aumentar o custo de medição para atingir um erro satisfatório também é um sinal de
aumento da dificuldade de medição.
38. Amplitude da automação:
O quanto um sistema ou objeto realiza sua função sem intervenção humana. O menor
nível de automação é o uso de uma ferramenta manual. Para níveis intermediários, humanos
programam a ferramenta, observam sua operação e a interrompem ou reprogramam quando
necessário. Para o nível mais alto, a máquina sente a operação necessária, programa-se e
monitora sua própria operação.
39. Produtividade:
75
O número de funções ou operações realizadas por um sistema por unidade de tempo.
O tempo por unidade de função ou operação. A saída por unidade de tempo, ou o custo por
unidade de saída.
76
ANEXO B - LISTA E DESCRIÇÃO DOS 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS (PI)
Com base em Tate e Domb (1997), Demarque (2005) montou o seguinte quadro para
explicar os 40PI:
01. Segmentação:
 Dividir um objeto em partes independentes:
o Substituir um computador central por vários computadores pessoais;
o Trocar um caminhão grande por um caminhão e reboque;
o Dividir um trabalho grande em várias tarefas, como é feito na montagem de
um veículo automotor onde se é capaz de produzir um veículo por segundo.
 Facilitar a desmontagem de um objeto:
o Mobília Modular;
o Juntas rápidas usadas em mangueiras de ar comprimido.
 Aumentar o grau de fragmentação ou segmentação:
o Substituir coberturas sólidas por coberturas segmentadas como persianas.
02. Extração:
 Separar de um objeto a propriedade ou parte que interfere, ou escolher a
única parte (ou propriedade) necessária para um objeto.
o Posicionar um compressor barulhento fora do ambiente onde será utilizado o
ar comprimido, como em um consultório dentário;
o Usar o som de cachorros latindo, sem o cachorro, para afastar pessoas
indesejadas;
o Usar fibra óptica ou lâmpadas fluorescentes para separa a fonte de calor do
local onde se necessita luz.
03. Qualidade Local:
 Alterar a estrutura de um objeto de uniforme para não-uniforme alterar o
ambiente externo (ou influência externa) de uniforme para não-uniforme.
o Use o gradiente de temperatura, densidade ou pressão ao invés de
temperatura, densidade ou pressão constante.
77
 Faça cada parte de um objeto funcionar em condições mais agradáveis para a
sua operação.
o Lancheira com compartimentos especiais para comida sólida quente e fria e
para líquidos.
 Faça cada parte de um objeto realizar uma função diferente e desejada.
o Lapiseira com borracha;
o Martelo com orelhas para retirar pregos;
o Canivete suíço.
04. Assimetria:
 Alterar a forma de um objeto de simétrico para assimétrico.
o O lado externo do pneu é reforçado para suportar o esforço sofrido pelo meio-
fio;
o Chanfro em haste cilíndrica para receber com firmeza um botão.
 Se um objeto é assimétrico, aumentar o seu grau de assimetria.
o Trocar a secção circular de um O-ring para uma secção oval para melhorar a
vedação;
05. Integração:
 Trazer para junto, ou misturar, objetos idênticos ou semelhantes, reunir partes
semelhantes ou idênticas para realizarem operações em paralelo.
o Computadores pessoais em uma rede;
o Usar vários microprocessadores em um microcomputador para
processamento paralelo;
o Placas de circuito impresso de várias camadas, com componentes eletrônicos
montados de ambos os lados.
 Fazer operações próximas ou paralelas; trazê-las juntas no tempo.
o Usar algumas centenas de microcomputadores, em um cluster, para
processamento em paralelo;
78
o Unir várias tiras para formar uma veneziana ou persiana;
o Equipamento médico de diagnose que analisa vários parâmetros do sangue,
simultaneamente.
o Cortador de grama que recolhe a grama cortada e a espalha como cobertura
verde (adubo).
o Troca dos pneus de um carro de corrida enquanto é feito o reabastecimento,
limpeza das entradas de ar e ajustes.
06. Universalização:
 Faça uma parte ou objeto realizar múltiplas funções; eliminar a necessidade
de outras partes.
o A haste de uma escova de dente contém o dentifrício;
o Acento de segurança infantil para veículos converte-se em carrinho para
crianças;
o Cortador de grama que recolhe a grama cortada e a espalha como cobertura
verde (adubo). (Este exemplo serve para os dois PI, 5 e 6);
o Auxiliar técnico no futebol funciona como apontador e cronometrista;
o CCD (charge-coupled device) com micro-lentes formadas em sua superfície.
07. Alinhamento (Matreska):
 Colocar um objeto dentro do outro; e este conjunto dentro de outro e assim
por diante.
o Conjunto de panelas planejadas para quando guardadas ocupar só o espaço da
maior, pois as outras estão dentro dela;
o Matreska, bonecas russas.
o Tocador MP3, que tem como funções além de tocar MP3, gravar voz,
sintonizar rádio AM/FM e transportar dados entre computadores com
interface USB.
 Fazer uma parte passar através de uma cavidade na outra.
o Antena telescópica para rádio;
o Lentes de aproximação (Zoom);
79
o Mecanismo de retração do cinto-de-segurança de veículos automotores;
o Rodas de um avião que se recolhem para dentro da fuselagem quando em
voo. (Também é exemplo do princípio 15 Dinamização).
08. Contrapeso:
 Para compensar o peso de um objeto, junte-o com outro objeto que compense
seu peso.
o Aerofólios em veículos velozes para aumentar a pressão aerodinâmica nas
curvas;
o Efeito gangorra na Falkirk Wheel;
o Contrapeso na Gateshead Millenium Bridge.
 Para compensar o peso de um objeto, faça-o interagir com o ambiente (como
exemplo o uso de forças aerodinâmicas, hidrodinâmicas, empuxo, etc.).
o A forma das asas de um avião reduz a densidade do ar sobre elas e aumenta
embaixo delas, criando sustentação. (Este também é um exemplo do PI4
assimetria);
o Hidrofólios em embarcações para reduzir o atrito com a água.
09. Compensação Prévia:
 Se é necessário realizar uma ação com efeitos bons e ruins, esta ação deve ser
trocada com anti-ações para controlar os efeitos indesejados.
o Fazer uso de tampão em uma solução para prevenir contra o efeito indesejado
de aumento exagerado do pH;
 Produzir uma tensão contrária, de antemão, em um objeto que sofrerá uma
tensão indesejada e sabida.
o Pilar ou laje de concreto armado que tem suas barras de ferro tencionadas
antes de se despejar o concreto;
o Usar máscara em partes de objeto que não devem ser pintadas;
o Usar avental de chumbo em partes do corpo que não necessitam sofrer
exposição a Raios-X.
80
10. Ação Prévia:
 Realizar, antes que seja necessária, a alteração necessária em um objeto (total
ou parcialmente).
o Papel de parede já adesivado;
o Papel de recados já adesivado (post-it);
o Esterilizar todo o instrumental necessário para o atendimento dentário, em
sacos selados, antes de o paciente entrar no consultório.
 Pré-arrumar objetos de forma que eles estejam disponíveis no local e tempo
corretos quando necessário.
o Sequenciamento de peças em uma linha de montagem automotiva;
o Operação Kanban em fábricas que operam no Just-in-time;
o Células flexíveis de manufatura.
11. Amortecimento Prévio:
 Preparar meios emergenciais de antemão para compensar a baixa
confiabilidade de um objeto ou sistema.
o Faixa magnética em filme fotográfico que direciona o revelador para
compensar baixa exposição luminosa;
o Paraquedas secundário (de segurança);
o Redundância em equipamentos, como o segundo computador de bordo em
aviões.
12. Equipotencialidade:
 Limite alterações de posição (mudar condições de operação para eliminar a
necessidade de subir ou descer objetos ou abaixar e levantar o trabalhador).
o Bandejas (skillets) em uma planta automotiva que trazem as ferramentas para
a posição correta (também demonstra o PI10);
o Eclusas em um canal entre dois tanques de água.
81
13. Inversão (do Modo Contrário):
 Inverter a ação usada para solucionar um problema. Ao invés de resfriar um
objeto, aqueça-o, ou vice-versa.
o Para desemperrar peças, esfrie a parte interna ao invés de aquecer a externa;
o Para fazer garrafinhas de chocolate recheadas com xarope doce, congele o
xarope na forma desejada e cubra-o com o chocolate.
 Faça partes fixas (ou o ambiente externo) móveis, e faça móveis partes fixas.
o Gire a peça ao invés da ferramenta;
o Calçadas móveis com pessoas paradas;
o Esteira para exercícios físicos.
 Vire o objeto (ou processo) de ponta-cabeça.
o Esvaziar container ou caminhão de grãos girando-o;
14. Curvatura:
 Ao invés de usar peças, superfícies ou formas retas, use-as curvas; mude de
superfícies planas para superfícies curvas; de peças em forma de cubo para
formas esféricas.
o Uso de arcos e domos para ganhar resistência em arquitetura;
 Use roletes, esferas, espirais, domos.
o Engrenagem espiral (Nautilus) produz resistência contínua para elevação de
pesos;
o Canetas com pontas esféricas (roller ball) para uma distribuição mais
homogênea da tinta;
 Vá de um movimento linear para um rotativo, use a força centrifuga.
o Produzem-se movimentos lineares do apontador na tela de um
microcomputador usando-se esferas no mouse ou trackball;
o Centrifugar a roupa em uma máquina de lavar substitui a ação de torcê-la;
o Usam-se rodízios esféricos ao invés de cilíndricos para movimentar móveis.
82
15. Dinamização
 Permitir ou projetar que a característica de um objeto, ambiente externo ou
alteração de processo seja ótima ou encontrar a condição ótima de operação.
o Acento ajustável de veículo;
o Retrovisor ajustável.
 Dividir um objeto em partes capazes de se movimentar relativamente a
outras.
 Se um objeto ou processo é rígido ou inflexível, faça-o móvel ou adaptável.
o Boroscópio flexível para exame de motores;
o Sigmoidoscópio flexível para exames médicos,
16. Ação Parcial ou excessiva
 Se for difícil obter 100% de uma função com uma dada solução, usando-se
“um pouco mais” ou “um pouco menos” do mesmo método, o problema pode
ser consideravelmente mais fácil de resolver.
o Processo de enchimento de radiador e óleo do motor em indústria automotiva,
onde primeiro coloca-se uma quantidade maior do líquido, para então retirar
o excesso e ajustar o nível desejado. Este processo é chamado de “top off”;
o Técnica de pintura com máscara, onde pinta-se em excesso, sobre a máscara
que depois é retirada, levando o excesso de tinta. Usada para aumentar a
produtividade em pinturas de faixas em estacionamentos.
17. Mudança para Outra Dimensão
 Mover um objeto no espaço em duas ou três dimensões.
o Ferramentas de corte de cinco eixos podem ser fixadas onde é necessário;
o Apontadores por infravermelho (mouse) usados em computadores pessoais
para apresentações movem-se no espaço ou invés de numa superfície.
83
 Uso de armazenamento múltiplo ao invés de armazenamento simples.
o Sistema de som com seis Compact Discs para aumentar o tempo e variedade
de músicas;
o Circuitos eletrônicos nos dois lados de uma placa de circuito impresso;
 Inclinar ou reorientar o objeto, despejá-lo ao lado.
o Caminhão Basculante.
 Usar o outro lado de uma determinada área.
o Empilhar circuitos eletrônicos híbridos para aumentar a densidade.
18. Vibração Mecânica
 Faça um objeto oscilar ou vibrar.
o Faca elétrica, com lâmina que vibra.
 Aumente a frequência de oscilação de um objeto, usando até mesmo a faixa
ultrassônica.
o Distribuir farinha com vibração.
 Use a frequência de ressonância do objeto.
o Destruir cálculo biliar usando ultrassom;
o Destruir cálculo renal usando ultrassom.
 Ao invés de vibradores mecânicos use vibradores piezelétricos.
o Osciladores a cristais de quartzo usados em relógios de alta precisão.
 Combine vibrações ultrassônicas com campo magnético.
o Preparar ligas metálicas em um forno por indução.
19. Ação Periódica
 Ao invés de ação contínua, use ação periódica ou pulsante.
o Bater repetidamente sobre algo com um martelo;
84
o Trocar uma sirene contínua por um som pulsante.
 Se uma função já é periódica, altere a frequência ou amplitude da oscilação.
o Use Modulação em Frequência para transportar informação ao invés do
código MORSE;
o Troque o som contínuo de uma sirene por um som que varie sua amplitude e
frequência.
 Faça uso das pausas entre pulsos para realizar outras ações.
 Processo de ressuscitação cardiopulmonar, onde se assopra pela boca do
paciente duas vezes após trinta compressões na caixa torácica.
20. Continuidade de ação útil
 Realize um trabalho do começo ao fim, sem interrupção; faça todas as partes
de um objeto trabalhar a plena carga, o tempo todo.
o Rodar as operações de uma fábrica, no gargalo, continuamente, para
encontrar o ritmo ótimo (da teoria das restrições ou operação “takt time”);
 Elimine todo trabalho ou ação intermitente ou inútil (desperdício).
o Imprimir durante o retorno do carro de uma impressora.
21. Ação Rápida
 Realize processos destrutivos, prejudiciais ou perigosos em alta velocidade.
o Uso de brocas de alta velocidade, por dentistas, para evitar a queima do
tecido;
o Cortar plástico mais rápido do que o calor pode se propagar pelo material,
evitando danificá-lo.
22. Tirar benefício da desgraça
85
 Use fatores nocivos, particularmente efeitos nocivos do ambiente ou
vizinhança para obter um efeito positivo.
o Usar lixo como combustível para usina termoelétrica;
o Usar refugo de um processo como matéria prima para outro, como no caso de
reciclagem de papel ou plástico.
 Eliminar a principal ação indesejada unindo-a a outra ação indesejada para
solucionar o problema.
o Adicionar uma solução tampão a uma solução corrosiva;
o Usar mistura de hélio e oxigênio para mergulhar, para eliminar a narcose do
nitrogênio e o envenenamento do oxigênio do ar e outras misturas nitrosas.
 Amplificar um efeito indesejado para tal grau que ele deixe de ser indesejado.
o Queimar ao redor de um incêndio florestal para evitar que este se espalhe,
pois não terá mais combustível.
23. Realimentação
 Introduza realimentação para melhorar o processo.
o Controle automático de volume em circuitos de áudio;
o Controle Estatístico de Processos – medições são usadas para decidir quando
modificar um processo;
 Se já existe realimentação, altere sua amplitude ou campo de ação.
o Modificar a sensibilidade de um piloto automático quando estiver próximo de
um aeroporto;
o Mude a medida gerencial de variação do orçamento para satisfação do
cliente.
24. Intermediação
 Use um processo ou objeto intermediário.
o Use um dispositivo para firmar o prego entre este e o martelo;
86
 Una um objeto temporariamente com outro que pode ser facilmente
removido.
o Uso de bandeja para transportar pratos quentes para a mesa.
25. Autosserviço
 Faça um objeto servir a si mesmo, realizando funções auxiliares.
o Bomba de soda que funciona com a pressão do dióxido de carbono que é
usado para gaseificar o refrigerante. Isto garante que a bebida não sairá sem
gás e elimina a necessidade de sensores;
o Lâmpadas alógenas regeneram o filamento durante o uso – o material
evaporado é redepositado;
 Faça uso de recursos, energia ou substâncias desperdiçadas.
o Use o calor de um processo para gerar eletricidade: “cogeração”;
o Use estrume de animal como adubo;
o Use restos de comida e folhagens para fazer adubo composto;
o Use os gases liberados na pintura de um veículo (VOC) para gerar energia
elétrica.
26. Cópia
 Ao invés de utilizar um objeto frágil, caro ou indisponível, use várias cópias
simples e baratas.
o Medir a altura de edificações através da sua sombra.
 Substitua um objeto ou processo por fotocópias.
o Faça inspeção ou vistoria através de fotografia aérea ao invés de visitar o
local;
o Maça um objeto utilizando sua fotografia;
o Faça exame com ultrassom para avaliar a saúde de um feto, ao invés de usar
exame invasivo.
 Faça uso de cópias em infravermelho ou ultravioleta.
87
o Use imagem infravermelha para localizar fonte de calor, tais como doenças
em plantações ou invasores em um sistema de segurança.
27. Objetos baratos e de vida curta (Uso e descarte)
 Substitua um objeto caro por um conjunto de objetos mais baratos, mesmo
comprometendo certas qualidades como durabilidade, por exemplo.
o Uso de objetos de papel descartável para evitar o custo de limpeza e
armazenamento de objetos duráveis. Copos plásticos, toalhas de papel,
seringas descartáveis ou sugadores de saliva em consultório dentário.
o Utilizar estrutura autoportante em prédio industrial, ao invés de estruturá-lo
para suportar uma carga maior.
28. Substituição Mecânica
 Substitua um sistema mecânico por um sensor óptico, acústico ou eletrônico.
o Adição de um composto com odor forte em gás natural para alertar sobre
vazamento, ao invés de sensores mecânicos ou elétricos.
 Use campos elétrico, magnético ou eletromagnético para interagir com o
objeto.
o Para misturar dois tipos de pó ou dois líquidos dispersos em gotículas,
carregue um positivamente e outro negativamente.
 Mude de campo estático para campo variável, ou de campo desestruturado
para campo com forma definida.
o No início as comunicações eram feitas por antenas omnidirecionais (irradia
em todas as direções) e hoje se usa antenas muito direcionais, com formas de
irradiação bem definidas;
 Use campos em conjunto com partículas sensíveis a este campo.
o Aqueça uma substância contendo material ferromagnético com o uso de
variação do campo magnético. (Aquecimento por indução). Quando a
temperatura atingir o ponto de Curie o material torna-se paramagnético e
deixa de aquecer.
88
29. Pneumática e Hidráulica
 Faça uso de partes gasosas e líquidas em um objeto ao invés de partes sólidas.
o Solas de sapatos preenchidas com gel;
o Mobília inflável.
30. Estruturas flexíveis e membranas finas
 Faça uso de partes externas flexíveis e filmes finos ao invés de estruturas
tridimensionais.
o Armazéns infláveis;
 Isole o objeto do ambiente externo usando estruturas flexíveis ou filme fino.
o Uso de filmes de poliéster para embrulhar alimentos que serão congelados.
31. Materiais Porosos
 Faça um objeto poroso ou acrescente a ele elementos porosos.
o Faça furos em uma estrutura para diminuir seu peso. Como no caso de telhas
de concreto aerado.
 Se um objeto já é poroso, preencha os poros com uma substância ou função
útil.
o Armazenagem de hidrogênio nos poros de uma espuma de paládio. (tanque
de hidrogênio para veículos, muito mais seguro do que armazenar o
hidrogênio na forma gasosa).
32. Alterar a cor
 Altere a cor de um objeto ou seu ambiente externo.
o Uso de lâmpadas infravermelhas em salas escuras.
 Altere a transparência de um objeto ou de seu ambiente externo.
89
o Uso de fotolitografia para alterar a transparência de material na fabricação de
semicondutores;
o Máscara “silk screen” para impressão em camisetas.
33. Homogeneidade
 Faça objetos interagirem com um dado objeto do mesmo material, ou
material com propriedades idênticas.
o Uso de diamante em ferramenta para cortar diamante.
34. Descarte e recuperação
 Se um objeto já desempenhou sua função descarte-o ou modifique-o durante
a operação.
o Uso de cápsulas medicinais que se dissolvem ao contato com o suco gástrico.
Ela já transportou o medicamento para o estômago;
 De modo contrário, restaure partes de um objeto que se consome diretamente
durante o uso.
o Lâminas de cortador de grama que se auto-afiam;
o Faca que se auto-afia durante o uso.
35. Transformação de Parâmetros e Propriedades
 Altere as propriedades físicas de um objeto (Por exemplo, para gás, líquido
ou sólido).
o Congele o conteúdo líquido de bombons de chocolate, depois o mergulhe no
chocolate líquido ao invés de injetar o líquido quente na forma de chocolate
oca;
o Transporte oxigênio, hidrogênio ou gás de petróleo na forma líquida para
reduzir o volume.
 Altere a concentração ou consistência.
90
o O sabão líquido para lavar as mãos é mais concentrado e viscoso do que o
sabão em barra, tornando-o mais fácil de dispensá-lo na quantidade correta e
muito mais higiênico quando dividido por inúmeras pessoas.
 Mude o grau de flexibilidade.
o Uso de abafador ajustável para reduzir o ruído de peças caindo dentro de um
container;
o Borracha vulcanizada para alterar sua flexibilidade e durabilidade.
 Mude a temperatura.
o Suba a temperatura além do ponto de Curie para alterar mudar uma
substância ferromagnética para paramagnética;
o Aumente a temperatura da comida para cozinhá-la (aterá aroma, sabor,
textura, propriedades químicas, etc.);
o Abaixe a temperatura de espécimes medicinais para preservá-los para futura
análise.
36. Mudança de fase
 Use fenômenos que ocorrem durante a transição de fase, como alteração do
volume, dissipação ou absorção de calor, etc.
o A água aumenta de volume quando congelada, assim como outros fluídos.
Reputa-se a Aníbal Barca ter usado este princípio quando atravessando os
Alpes para marchar sobre Roma há algumas centenas de anos. Grandes
blocos de rocha bloqueavam a sua passagem, ele derramou água sobre eles
durante a noite e o frio da madrugada as congelou, fazendo-as expandir e
partindo os blocos de pedra em pequenos pedaços manuseáveis;
o Bombas de calor usam o ciclo termodinâmico fechado para produzir trabalho
útil.
37. Expansão Térmica
 Use a expansão ou contração térmica dos materiais.
91
o Encaixe uma junta justa aquecendo a parte externa e congelando a parte
interna, montando-as e esperando que atinjam o equilíbrio;
 Se a expansão térmica está sendo usada, use também diferentes materiais com
coeficientes de expansão térmica diferentes.
o Interruptor térmico, onde duas folhas de metal com coeficientes térmicos
diferentes são unidas e fletem para um lado quando aquecidas e para outro
quando esfriadas.
38. Oxidantes Fortes ou Acelerar a Oxidação
 Substitua o ar comum por ar enriquecido com oxigênio.
o Cilindro de mergulho com Nitrox ou outra mistura para aumentar a
resistência do mergulhador.
 Substitua o ar enriquecido por oxigênio puro.
o Corte a alta temperatura usando tocha de oxiacetileno;
o Tratar feridas em ambiente de alta pressão de oxigênio para matar bactérias
anaeróbicas e apressar a recuperação.
 Exposição de ar ou oxigênio a radiação ionizante.
 Uso de oxigênio ionizado.
o Ionizar o ar para atrair poluentes em um filtro para purificar o ar;
 Substitua oxigênio ionizado por ozônio.
o Aumentar a velocidade de reações químicas pela ionização do gás antes do
uso.
39. Atmosfera Inerte
 Substitua um ambiente normal por um ambiente inerte.
o Prevenção da degradação de um filamento metálico de lâmpada pelo uso de
argônio;
92
 Adicione partes neutras, ou aditivos inertes a um objeto.
o Aumento de volume de detergentes em pó pela adição de ingredientes inertes.
o Ar dentro do pacote de salgadinhos prontos para evitar serem quebrados.
o Arejadores em torneiras para reduzir o consumo de água.
40. Materiais Compostos
 Mude o material de uniforme para composto (múltiplos).
o Tacos de golfe feitos com resina epóxi/fibra de carbono são mais leves, fortes
e flexíveis do que os de metal. O mesmo raciocínio serve para partes e peças
de aviões;
o Pranchas de surf de fibra de vidro são mais leves, mais fáceis de manobrar e
mais fáceis de dar formas diversas do que as de madeira.
93
ANEXO C - 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS ORDENADOS POR FREQUÊNCIA
DE USO
Altshuller (2002) ordenou os PI conforme a frequência com que eles foram
identificados em sua pesquisa, como mostra a lista abaixo:
35. Alterar parâmetros e Propriedades.
10. Ação Prévia.
01. Segmentação.
28. Substituição Mecânica.
02. Extração.
15. Dinamização.
19. Ação Periódica.
18. Vibração Mecânica.
32. Alterar a Cor.
13. Inversão (do modo Contrário).
26. Cópia.
03. Qualidade Local.
27. Objetos Baratos e de Vida Curta (Uso e Descarte).
29. Pneumática e Hidráulica.
34. Descarte e Recuperação.
16. Ação Parcial ou Excessiva.
40. Materiais Compostos.
24. Intermediação.
17. Mudança para Outra Dimensão.
06. Universalização.
14. Curvatura.
22. Tirar Benefício da Desgraça.
94
39. Atmosfera Inerte.
04. Assimetria.
30. Estruturas Flexíveis e Membranas Finas.
37. Expansão Térmica.
36. Mudança de Fase.
25. Autosserviço.
11. Amortecimento Prévio.
31. Materiais Porosos.
38. Oxidantes Fortes.
08. Contrapeso.
05. Integração.
07. Alinhamento (Matreska).
21. Ação Rápida.
23. Realimentação.
12. Equipotencialidade.
33. Homogeneidade.
09. Compensação Prévia.
20. Continuidade de Ação Útil.
95
ANEXO D - QUESTIONÁRIO DE CIRCUNSTÂNCIA INOVADORA (QCI)
Com base em Terninko, Zusman e Zlotin (1998) descreve-se abaixo o QCI.
1. Informação sobre o sistema que se deseja melhorar/criar e o seu ambiente.
(Fazer breve descrição de como o problema se apresenta a você, indicando o problema que
deve ser resolvido, neste primeiro contato).
1.1 Nome do sistema:
1.2 Função principal do sistema: (Use um verbo de ação mais um substantivo)
1.3 Estrutura atual ou desejada do sistema: (Descrever a estrutura estática, quando
está for a de operação, se possível com desenho indicando os subsistemas, detalhes e
interconexões. Caso exista um supersistema com o qual o sistema se relacione, descreva-o
também).
1.4 Funcionamento do sistema: (Descreva como o sistema funciona para a execução
da função primária, como é a movimentação e inter-relação dos subsistemas).
1.5 Ambiente do sistema: (Descreva como o sistema se relaciona com o supersistema,
ou supersistemas. Descreva o ambiente em que o sistema opera ou existe).
2. Avaliação dos recursos existentes: Liste os recursos disponíveis e considere o
seu uso potencial para eliminar um obstáculo específico. Os recursos podem ser:
Substâncias; Desperdícios; Resíduos; Matéria-prima e produtos; Elementos do
sistema; Substâncias de baixo custo; Fluxo de substância; Propriedades de substância;
Campos; Energias dentro do sistema; Energia disponível no ambiente; Desperdícios e lixos do
sistema tornam-se energia; Espaços: Espaço vazio; Outra dimensão; Arranjos verticais;
Alinhamento (um dentro do outro); Tempo; Pré-trabalho; Grade de programação; Operações
paralelas; Pós-trabalho; Informação; Enviada por substância; Propriedades inerentes;
Movimento de Informações; Transiente de informações; Mudança de estado da informação;
Funcional; Recurso de espaço dentro da função primária; Uso de efeitos indesejáveis e/ou
nocivos; Uso de funções secundárias geradas pela primária.
96
3. Informação sobre a situação do problema.
3.1 Melhoria desejada no sistema ou obstáculo a ser eliminado: (descrever o
problema que deve ser resolvido)
Indicar as causas que levam ao problema ou descrever como este obstáculo se
relaciona com a função primária e outras funções úteis do sistema.
Algumas perguntas que podem ajudar nesta tarefa são:
A. Qual o objetivo técnico?
B. Quais características do objeto claramente não podem ser modificadas no
processo de solução?
C. Qual é o objetivo econômico da solução?
D. O que é aceito como custo, mesmo que grosseiramente?
E. Qual a característica técnico-econômica que deve ser melhorada?
3.2 O mecanismo que causa o aparecimento do obstáculo (se ele estiver claro): se
possível, descrever as causas, condições e circunstâncias sobre as quais os obstáculos
aparecem. Identificar a raiz do problema.
3.3 Conseqüências indesejadas do problema não resolvido:
Deixe claro o que pode acontecer se este problema não for resolvido.
3.4 Histórico do desenvolvimento do problema: depois de que eventos ou passos do
desenvolvimento do sistema o problema apareceu? Descreva os eventos históricos que
levaram ao obstáculo e as razões para isto. Se fosse seguido outro caminho no
desenvolvimento poder-se-ia evitar o problema?
3.5 Outros problemas a serem resolvidos: é possível modificar a direção do
desenvolvimento para eliminar o obstáculo? Isto causaria outras dificuldades? Quais? Elas
seriam mais fáceis de serem resolvidas?
3.6 Existem outros sistemas com problemas semelhantes?
Tente encontrar soluções aplicadas na solução de problemas semelhantes em outras
áreas da indústria.
4. Mudando o sistema.
97
Indicar o que pode e o que não pode mudar no sistema. Quais características técnica,
econômica ou outra deve permanecer constante, não aumentar ou não diminuir? Explique as
razões das restrições impostas. Existem condições sobre as quais as restrições podem ser
removidas? Quais? A remoção das restrições provoca novos problemas? Quais? Eles são mais
fáceis de resolver que o precedente?
4.1 Mudanças permitidas no sistema: Avaliar e descrever o grau de mudanças
possíveis de serem executadas no sistema que são executáveis como resultado do processo de
solução dos problemas. Quais das seguintes afirmações melhor descreve o problema?
4.1.1 É possível uma mudança radical no sistema, incluindo a criação de um novo
produto e/ou tecnologia?
4.1.2 São possíveis grandes alterações dentro de limites definidos por custo,
desenvolvimento, equipamento e compatibilidade com estratégias predefinidas?
4.1.3 São permitidas somente pequenas mudanças, as opções estão restritas pela
necessidade de se manter a atual tecnologia, compromissos existentes, necessidades do
cliente, etc. Seja o mais específico ao definir as restrições?
4.1.4 São permitidas somente mínimas alterações. Indique exatamente o motivo?
5. Descreva o RFI (Resultado Final Ideal)
6. Critério para seleção de conceitos de solução.
Descrever as restrições às características do problema. (Máximos e mínimos que
devem ser obtidos, limitações de custo, tempo de projeto e tempo para implementação, etc.).
6.1 Características tecnológicas desejadas.
6.2 Características econômicas desejadas.
6.3 Cronograma esperado.
6.4 Grau de novidade esperado.
6.5 Outros critérios.
7. Construir o modelo funcional do sistema
98
7.1 Análise Funcional
Pode-se usar a tabela abaixo como ferramenta para esta análise ou outra ferramenta
que se desejar.
Tabela 10: Sugestão para Análise Funcional
7.2 Análise dos recursos do ponto de vista econômico.
Observe as possibilidades do custo e as oportunidades de mercado.
99
ANEXO E - AS 76 SOLUÇÕES PADRÃO
Tendo como base o trabalho executado por Terninko, Domb e Miller (2000) é que se
descrevem abaixo as 76 Soluções Padrão (Tradução de Demarque (2005)).
Classe 1
A Classe 1 é composta por soluções para modificar um sistema com o objetivo de
obter uma saída desejada ou eliminar uma saída indesejada, sem alterar o sistema ou com
pequenas alterações.
Este grupo também inclui soluções para completar modelos incompletos. Lembre
que modelos incompletos são aqueles onde não existe a tríade formada pela substância-
artefato (S1), substância-ferramenta (S2) e campo (F).
1.1 Melhorar o desempenho de um sistema impróprio.
1.1.1 Completar um modelo incompleto.
Se existe somente o objeto S1, acrescente um segundo objeto S2 e um campo F para
fazer os objetos interagirem entre si. Se o sistema é somente um martelo, nada acontece. Se
for acrescentado um prego, nada acontece ainda. O sistema deve ser completo, martelo, prego
e uma força mecânica que faça o martelo interagir com o prego.
1.1.2 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou
permanente. Incorporar um aditivo interno a S1 ou S2.
É o caso de um analgésico administrado a um paciente, por via oral, para lhe
suprimir a dor através de um campo químico.
1.1.3 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou
permanente. Incorporar um aditivo externo S3 para alterar S1 ou S2.
Como exemplo pode-se citar o uso de Salicilato de Metila aplicado na pele de um
paciente, para lhe suprimir a dor muscular causada por uma contusão através de um campo
químico.
1.1.4 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou
permanente.
100
Faça uso de recursos do meio-ambiente como aditivo, tanto interno como externo.
Chá de camomila agindo como calmante pode ser citado como exemplo.
1.1.5 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou
permanente. Modifique o meio-ambiente do sistema.
Uma pessoa com resfriado respira pela boca ao invés de utilizar o nariz. Isto causa o
ressecamento da garganta. Altere o meio-ambiente umidificando o ar da sala.
1.1.6 É difícil obter controle preciso de pequenas quantias. Controle pequenas
quantias pela aplicação e remoção de excesso.
Mergulhe uma peça na tinta e deixe a gravidade retirar o excesso. A pintura pelo
método “silk screen”.
1.1.7 Se a aplicação de um campo moderado é insuficiente para obter o efeito
desejado e um campo de maior intensidade danifica o sistema, utilize um elemento
intermediário que recebe a ação do campo mais intenso e a repassa para o sistema.
Como no aquecimento por banho-maria onde o fogo não pode ser aplicado
diretamente ao alimento senão ele queima, mas através da água ele é cozido lentamente a uma
temperatura não maior que a temperatura de ebulição da água.
1.1.8 Deseja-se um arranjo de efeitos grande/pequeno ou forte/fraco. As posições
que necessitam do efeito mais fraco podem ser protegidas por uma substância S3. É como o
uso de máscaras para a dopagem de silício que permite que o material dopante penetre em
certas partes e não em outras.
1.2 Eliminar ou neutralizar um efeito prejudicial ou danoso.
1.2.1 Efeitos prejudiciais e úteis existem no sistema atual. Não é necessário para S1 e
S2 estarem em contato direto.
A remoção do efeito prejudicial é obtida com a adição de outra substância S3. As
mãos de um dentista contêm germes que podem infectar a boca de um paciente. O uso de
luvas estéreis elimina a possibilidade de infecção.
101
1.2.2 Efeitos prejudiciais e úteis existem no sistema atual. Não é necessário para S1 e
S2 estarem em contato direto.
Não é permitida a adição de novas substâncias. Remova o efeito prejudicial
modificando S1 ou S2. Esta solução inclui a adição de “nada” – lacunas, cavidades, ar,
bolhas, etc. – ou a adição de um campo que age como uma substância extra. Imagine o
transporte de bolas de aço por um tubo que contém um cotovelo de 90o. As bolas danificam o
cotovelo. Com a adição de um campo magnético ao cotovelo as bolas de aço se fixarão
internamente à parede do tubo. Quando outras bolas vierem, se chocarão com as ali existentes,
evitando danos ao tubo.
1.2.3 O efeito prejudicial é gerado por um campo. Introduzir um elemento S3 para
absorver este efeito.
Uso de aventais de chumbo para proteger partes do corpo de raios-X.
1.2.4 Efeitos prejudiciais e desejados existem em um sistema no qual os elementos S1
e S2 devem estar em contato. Neutralize o efeito prejudicial de F1 adicionando F2, de modo a
neutralizar o efeito prejudicial ou a obter outro efeito útil.
Maquinas geram ruído. Captando e invertendo o ruído em 180° cancela-se o ruído
tornando o ambiente silencioso. Aplicação de impulsos elétricos a músculos para evitar
atrofia.
1.2.5 Um efeito prejudicial existe devido a propriedades magnéticas de um elemento
de um sistema. O efeito pode ser removido aquecendo-se a substância magnética acima de seu
ponto de Curie, ou pela introdução de um campo magnético oposto.
Classe 2
A Classe 2 é composta por soluções para melhorar um sistema pela introdução de
modificações.
2.1 Transição para modelos Su-C complexos.
2.1.1 Concatenar modelos Su-C: Converter um modelo simples em uma cadeia de
modelos tendo S2 com F1 aplicados a S3 que aplica F2 a S1. A seqüência de dois modelos
pode ter controles independentes.
102
Uso de formão ou talhadeira para controlar a ação de um martelo sobre a madeira ou
concreto.
2.1.2 Duplicar o modelo Su-C: Um sistema com controle pobre precisa ser
melhorado, mas não é permitido alterar os elementos do sistema existente. Um segundo
campo pode ser aplicado a S2.
2.2 Reforçando o modelo Su-C.
2.2.1 Substituir ou adicionar ao campo com pouco controle um campo mais
facilmente controlável. Migrar de um campo gravitacional para um campo mecânico fornece
maior controle, assim como de mecânico para elétrico ou mecânico para magnético.
Este é um dos padrões de evolução de sistemas progredindo de objetos em contato
físico para ações exercidas por campos.
É o exemplo dos trens super-velozes que usam campos magnéticos para diminuir o
atrito entre os trilhos, como nos “shinkansen” japoneses.
2.2.2 Mudar S2 do nível macro para o nível micro, isto é, ao invés de pedras
considere partículas.
Este é o padrão de evolução de nível macro para micro. Pode-se dar como exemplo o
uso de almofadas preenchidas com gel que se adaptam às superfícies de contato oferecendo
maior conforto.
2.2.3 Alterar S2 para um material poroso ou capilar que permitirá a passagem de
gás ou líquido através dele.
Sistemas de purificação de água utilizam tecidos microporosos para reter bactérias e
permitir a passagem da água.
2.2.4 Torne o sistema mais flexível ou adaptável.
A transição normal é de sólido para dobrável e daí para flexível. Uma linha de
montagem flexível, que produz vários modelos de várias plataformas.
2.2.5 Altere um campo sem controle para um campo com padrões predeterminados
que pode ser permanente ou temporário.
103
Uso de luz polarizada para evitar danos a papel fotográfico.
2.2.6 Modificar uma substância uniforme ou sem controle para uma substância não
uniforme com uma estrutura espacial predeterminada que pode ser permanente ou
temporária.
Adição de barras de ferro em concreto melhoram suas características de resistência.
2.3 Melhorar o desempenho de um ou mais elementos pelo controle de sua
freqüência natural. Pode-se igualar ou tornar diferente da freqüência natural.
2.3.1 Igualar ou desigualar a freqüência de F, S1 ou S2.
Uso de ultrassom na freqüência de ressonância das pedras no rim para quebrá-las.
2.3.2 Igualar o ritmo de F1 e F2.
O ruído ambiente pode ser diminuído criando-se um som de mesma amplitude e
freqüência, com fase 180° oposta.
2.3.3 Duas ações incompatíveis ou independentes podem ser realizadas executando
cada uma enquanto a outra está inativa.
Colocar e remover peças em uma prensa de estamparia.
2.4 Integrar material ferromagnético e campo magnético é um meio efetivo de
melhorar o desempenho de um sistema. Nos modelos Su-C, o campo magnético devido a
um material ferromagnético é descrito como campo-Fe, ou FFe.
2.4.1 Adicionar material ferromagnético e/ou campo magnético a um sistema.
Trem por levitação magnética.
2.4.2 Combinar melhorar por maior controle dos campos (2.2.1) e utilizar materiais
ferromagnéticos e campos magnéticos (2.4.1).
A rigidez de um molde de borracha pode ser controlada adicionando-se material
ferromagnético e aplicando-se campo magnético.
2.4.3 Uso de líquido magnético. Líquidos magnéticos é um caso especial de 2.4.2.
Líquidos magnéticos são partículas ferromagnéticas suspensas em querosene, silicone ou
água.
104
2.4.4 Uso de estruturas capilares contendo líquido ou partículas magnéticas.
2.4.5 Uso de aditivos (assim como revestimento) para dar propriedades magnéticas
a objetos não magnéticos. Podem ser permanentes ou temporárias.
2.4.6 Introduzir materiais ferromagnéticos no meio-ambiente, se não é possível
tornar o material magnético.
2.4.7 Uso de fenômenos naturais (tais como o alinhamento de objetos por um campo,
ou desaparecimento do ferromagnetismo acima do ponto de Curie).
2.4.8 Use de um campo magnético auto-ajustável, variável ou dinâmico.
2.4.9 Modificar a estrutura de um material pela introdução de partículas
ferromagnéticas, e então aplicar um campo magnético para mover as partículas.
2.4.10 Ajustar-se ao ritmo de um campo elétrico.
Em termos de macro sistema é o uso de vibração mecânica para melhorar o
movimento de partículas ferromagnéticas. Ao nível molecular ou atômico, a composição de
materiais pode ser identificada pelo espectro da freqüência de ressonância dos elétrons em
resposta a alterações na freqüência de um campo magnético.
É o princípio de cocção pelo forno de micro-ondas, que faz com que as moléculas de
água vibrem nas suas freqüências de ressonância.
2.4.11 Uso de corrente elétrica para criar campos magnéticos, ao invés de utilizar
partículas magnéticas.
2.4.12 Líquidos Reológicos que têm sua viscosidade controlada por um campo
magnético. Eles podem ser usados em conjunto com outros métodos. Eles podem imitar a
transição de fase líquido/sólido.
Classe 3
A Classe 3 é composta por soluções para evolução de um sistema e é chamada de
Transição do Sistema.
3.1 Transição de Bi- para Poli-sistema.
3.1.1 Criação de Bi- e Poli-sistemas
105
Para facilitar o manuseio, várias camadas de tecido são cortadas ao mesmo tempo
segundo um padrão determinado.
3.1.2 Melhorando os vínculos em Bi- e Poli-sistemas.
A gravação de áudio e vídeo em uma mesma fita deve ser organizada durante a
gravação.
3.1.3 Aumentando as diferenças entre elementos.
Copiadoras que executam a cópia em diversas escalas.
3.1.4 Simplificação de Bi e Poli-sistemas.
3.1.5 Características opostas do todo ou de partes.
3.2 Transição para o nível micro.
3.2.1 Transição para o nível micro.
As transmissões de automóveis tem se modificado de transmissão por engrenagens,
com finitas relações de transferência, para transmissões usando CVT (Transmissão
Continuamente Variável sigla do inglês: Continuously variable transmission) para transferir
movimento, o que permite “infinitas” relações de transferência.
Classe 4
A Classe 4 é composta por soluções para detecção e medição. Detecção e medição
são ações típicas de controle. Detecção é binária (algo acontece ou não acontece) e medição
tem algum nível de quantificação e precisão. Em muitos casos a solução mais inovadora é o
controle automático sem detecção nem medição pelo uso de efeitos físicos, químicos ou
geométricos.
4.1 Métodos Indiretos.
4.1.1 Modifique o sistema ao invés de detectar ou medir de forma a não necessitar
de medir.
Sistemas de aquecimento com controle automático que usam interruptor acionado
por termoacoplador ou par bi-metálico.
106
4.1.2 Medir uma cópia ou uma imagem se a opção anterior não puder ser utilizada.
Estimar a população de aves aquáticas através de fotos aéreas da área.
4.1.3 Faça uso de duas detecções ao invés de medição contínua caso 4.1.1 ou 4.1.2
não podem ser aplicados. Como no caso de selecionar peças por tamanho onde se separam
peças grandes e pequenas das peças boas, por meio de uma seqüência de peneiras.
4.2 Criar ou sintetizar um sistema de medição. Alguns elementos ou campos
devem ser adicionados ao sistema existente.
4.2.1 Se um sistema Su-C é incompleto e não pode ser detectado ou medido, criar um
sistema Su-C simples ou duplo com um campo como saída. Se o campo existente é
inadequado, altere ou melhore o campo sem interferir no sistema original.
O campo novo ou melhorado deve ter um parâmetro mais facilmente detectável que
seja proporcional ao parâmetro que se deseja conhecer. Uso de estetoscópio para tornar o som
do tórax diagnosticável.
4.2.2 Medir um aditivo introduzido. Introduzir um aditivo que reage para modificar o
sistema original, e então medir a alteração no aditivo.
Uso de fumaça em túnel de vento para medir a penetração aerodinâmica de um
corpo.
4.2.3 Se não se pode adicionar nada ao sistema, então detecte ou meça o efeito que o
sistema causa em um campo criado por aditivos colocados no meio ambiente.
O uso de GPS para localização global ou o uso de radar para determinar a posição e
velocidade de um móvel (avião ou veículo)
4.2.4 Se não se pode acrescentar aditivos ao meio-ambiente de um sistema como no
item 4.2.3, então os crie pela decomposição ou mudança de estado de algo que está no meio-
ambiente, e meça o efeito do sistema neste aditivo criado.
4.3 Aprimorar o sistema de medição
4.3.1 Aplicação de fenômeno natural. Use efeitos científicos conhecidos que
acontecem dentro do sistema, e determine o estado do sistema pela observação das mudanças
107
neste efeito. O efeito Hall é usado para medir e controlar a velocidade de motores elétricos de
precisão e de velocidade variável.
4.3.2 Se as alterações em um sistema não podem ser determinadas diretamente ou
através da passagem de um campo, meça a alteração na freqüência de ressonância do
sistema ou de um elemento a fim de medir as mudanças.
A afinação de um piano através do uso de diapasão.
4.3.3 Se não é possível atuar como em 4.3.2, meça a freqüência de ressonância de
um objeto unido a outro com propriedades conhecidas.
Medição de capacitância através da freqüência de ressonância de circuito RLC
(consistindo de um resistor [R], um indutor [L], e um capacitor [C] que qualquer tensão ou
corrente nele pode ser descrita por uma equação diferencial de segunda ordem), onde R e L
são conhecidos.
4.4 Medir um Campo eletromagnético:
A introdução de materiais ferromagnéticos para auxiliar na medição foi popular antes
do desenvolvimento de sensores remotos, mini-dispositivos, fibras ópticas,
microprocessadores, etc.
4.4.1 Adição ou uso de substância ferromagnética e campo magnético em um
sistema para facilitar a medição.
Determinação da velocidade de veículos pela colocação de bobinas sob o pavimento.
4.4.2 Adição de partículas magnéticas em um sistema ou alteração de uma
substância em partículas ferromagnéticas para facilitar a medição por detecção do campo
magnético resultante.
Introdução de partículas ferromagnéticas em tinta para facilitar a leitura de código de
barras.
4.4.3 Se não é permitida a adição de partículas ferromagnéticas diretamente ao
sistema ou uma substância não pode ser substituída por partículas ferromagnéticas, construa
um sistema mais complexo, acrescentando aditivos ferromagnéticos à substância.
4.4.4 Adição de partículas ferromagnéticas ao meio-ambiente, se elas não podem ser
adicionadas ao sistema.
108
4.4.5 Meça o efeito de um fenômeno natural associado com o magnetismo, assim
como o ponto de Curie, histerese, efeito Hall, etc.
4.5 Direção da evolução dos sistemas de medição.
4.5.1 Transição para Bi- e Poli-sistema. Se um sistema de medição simples não
fornece precisão suficiente, use dois ou mais sistemas de medição, ou faça múltiplas
medições.
4.5.2 Ao invés de medir diretamente um fenômeno, meça a primeira e segunda
derivadas no tempo e no espaço.
Por exemplo, meça velocidade e aceleração ao invés de medir posição. Meça a taxa
de variação da freqüência de um som para determinar a velocidade de sua fonte.
Classe 5
A Classe 5 é composta por métodos para simplificar e melhorar as soluções padrão.
5.1 Introduzir substâncias.
5.1.1 Meios Indiretos.
5.1.1.1 Use “nada” – acrescentar ar, vácuo, bolhas, furos, capilares, poros, lacunas,
espuma, etc. Uso de espuma em roupas de mergulho para aumentar a isolação térmica. Uso de
concreto aerado para confecção de telhas finas e leves.
5.1.1.2 Use um campo ao invés de uma substância. Para encontrar pregos na parede
sem furá-la use um campo magnético. Para detectar furos em saches de tempero use vácuo.
5.1.1.3 Use um aditivo externo ao invés de um interno.
5.1.1.4 Use pequenas quantidades de aditivo muito forte.
5.1.1.5 Concentre o aditivo em um local específico.
5.1.1.6 Acrescentar um aditivo temporariamente como num tratamento por
quimioterapia.
109
5.1.1.7 Use um modelo ou cópia de um objeto na qual um aditivo possa ser usado, ao
invés de utilizar o objeto original, se não é possível acrescentar o aditivo ao objeto original.
Uso de vídeo-conferência permite reunião com pessoas que não estão no mesmo local.
5.1.1.8 Introduza um componente químico que reaja, produzindo um elemento ou
componente desejado, onde a introdução do material desejado possa ser prejudicial. Pessoas
necessitam de sódio para o metabolismo, porém o sódio metálico é prejudicial. Existe a
ingestão de sal que é convertido em sódio para uso do corpo.
5.1.1.9 Obtenção do aditivo necessário pela decomposição do meio-ambiente ou do
próprio objeto.
5.1.2 Dividir o elemento em unidades menores, como num cluster de computadores.
5.1.3 O aditivo se auto-elimina após o uso. Uso de gelo-seco para limpeza de
superfícies com forma complexa. As partículas de gelo seco sublimam após o uso.
5.1.4 Uso de “nada” se as circunstâncias não permitem o uso de grande quantidade
de material. Uso de balão de ar para suspender veículos atolados.
5.2 Uso de Campos.
5.2.1 Use um campo para criar outro:
Soldagem de filmes plásticos por rádio-freqüência.
5.2.2 Use campos que estão presentes no meio-ambiente.
Como no uso de fogão solar.
5.2.3 Use substâncias que são fontes de campos:
Água do radiador que resfria o motor, usada para aquecer o ar interno.
5.3 Transição de fase.
5.3.1 Transição de fase 1: Substituição de fase.
Transporte de gás na forma líquida para posterior uso na forma gasosa.
5.3.2 Transição de fase 2: Dupla transição de fase.
110
Como a usada para facilitar o deslizamento de patins no gelo que fazem com que o
gelo sob os patins se tornem líquido e depois voltem a ser sólido recompondo a superfície.
5.3.3 Transição de fase 3: Utilização do fenômeno que acompanha a mudança de
fase.
Como a utilização da mudança de fase do líquido refrigerante no sistema de
refrigeração de uma geladeira.
111
ANEXO F - ARIZ-61
O ARIZ 61 foi apresentado por Altshuller (2000) como sendo:
Parte 1 – Fase Analítica
Passo 1.1: Descreva o problema.
Passo 1.2: Determine o Resultado Final Ideal (RFI)
Passo 1.3: Determine o que interfere em se chegar ao resultado, ou seja, definir a
Contradição Técnica.
Passo 1.4: Determine por que interfere?
Passo 1.5: Determine em quais condições não interfere?
Parte 2 – Fase Operacional
Passo 2.1: Verifique mudanças no objeto em si.
P2.1.1: Altere tamanho.
P2.1.2: Altere forma.
P2.1.3: Altere material.
P2.1.4: Altere temperatura.
P2.1.5: Altere pressão.
P2.1.6: Altere velocidade.
P2.1.7: Altere cor.
P2.1.8: Altere posição relativa das partes.
P2.1.9: Altere condições de trabalho.
Passo 2. 2: Explore a possibilidade de dividir o objeto em partes independentes.
P2.2.1: Isole a parte "fraca".
P2.2.2: Isole a parte "adequada/necessária".
112
P2.2.3: Separe o objeto em partes idênticas.
P2.2.3: É possível dividir em partes idênticas?
Passo 2.3: Explore a possibilidade de modificar o ambiente externo ao objeto
analisado.
P2.3.1: Altere os parâmetros do ambiente
P2.3.2: Troque de ambiente
P2.3.3: Separe o ambiente em diferentes meios
P2.3.4: Utilize características do ambiente para desempenhar ações úteis
Passo 2.4: Verifique a possibilidade de modificar os objetos ao redor ou que
interagem.
P2.4.1: Defina a relação entre os objetos independestes.
P2.4.2: Elimine um objeto transferindo sua função para outro.
P2.4.3: Aumente o número de objetos que operam simultaneamente em uma
área definida utilizando um espaço livre em uma área oposta
Passo 2.5: Como uma CT semelhante é solucionada em outra área da tecnologia?
Passo 2.6: Se os passos acima não levarem a solução do problema, intensifique as
condições do problema original.
Parte 3 – Estágio Sintético
Passo 3.1: Altere a forma do objeto analisado - um equipamento com nova
funcionalidade deve ter formato diferente.
Passo 3.2: Altere outros objetos que interagem com o objeto principal.
Passo 3.3: Modifique o meio da funcionalidade de um objeto.
Passo 3.4: Explore a possibilidade de utilizar o novo princípio na solução de outros
problemas técnicos?
113
ANEXO G - ARIZ-71
O ARIZ 71 foi apresentado por Altshuller (2000) e traduzido por Demarque (2005)
como sendo:
Parte 1 – Escolha do Problema
Passo 1.1: Defina o objetivo final da solução.
P1.1.1: Qual é seu objetivo técnico? Qual característica do objeto deve ser
alterada?
P1.1.2: Qual característica do objeto claramente não pode ser alterada?
P1.1.3: Qual o objetivo econômico da solução?
P1.1.4: Qual o custo aceitável?
P1.1.5: Qual é a principal característica técnica ou econômica que deve ser
melhorada?
Passo 1.2: Investigar atalhos. Imagine que o problema não pode ser resolvido. Qual
outro problema, mais genérico, pode ser solucionado para alcançar o resultado final desejado?
Passo 1.3: Determine qual problema, o original ou o atalho, faz mais sentido
solucionar.
P1.3.1: Compare o problema original com a tendência (o sentido da evolução)
dentro de determinado ramo da indústria.
P1.3.2: Compare o problema original com a tendência (o sentido da evolução)
dentro da liderança do ramo da indústria.
P1.3.3: Compare o problema atalho com a tendência (o sentido da evolução)
dentro de determinado ramo da indústria.
P1.3.4: Compare o problema atalho com a tendência (o sentido da evolução)
dentro da liderança do ramo da indústria.
P1.3.5: Compare o problema original com o problema atalho. Escolha qual
resolver.
114
Passo 1.4: Determine as características quantitativas necessárias.
Passo 1.5: Introduzir correção de tempo nas características quantitativas.
Passo 1.6: Definir as necessidades para as condições específicas na qual a invenção
irá funcionar.
P1.6.1: Considerar as condições específicas para a manufatura do produto: em
particular, o grau de complexidade aceitável.
P1.6.2: Considerar a escala de futuras aplicações.
Parte 2 – Definir o Problema com mais precisão
Passo 2.1: Definir o problema mais precisamente utilizando informações de bases de
patentes.
P2.1.1: Como problemas semelhantes são resolvidos em outras patentes?.
P2.1.2: Como problemas semelhantes são solucionados nas indústrias de
ponta?
P2.1.3: Como problemas opostos (antagônicos) são solucionados?
Passo 2.2: Use o Operador DTC (Dimensão, Tempo, Custo).
P2.2.1: Imagine alterar as dimensões de um objeto para zero (D → 0). O
problema pode ser resolvido agora? Como?
P2.2.2: Imagine alterar as dimensões de um objeto para infinito (D → ∞). O
problema pode ser resolvido agora? Como?
P2.2.3: Imagine alterar o tempo de processo (ou velocidade de um objeto) de
um objeto para zero (T→ 0). O problema pode ser resolvido agora? Como?
P2.2.4: Imagine alterar o tempo de processo (ou velocidade de um objeto) de
um objeto para infinito (T → ∞). O problema pode ser resolvido agora? Como?
P2.2.5: Imagine alterar o custo de um objeto ou processo para zero (C→ 0). O
problema pode ser resolvido agora? Como?
115
P2.2.6: Imagine alterar o custo de um objeto ou processo para infinito (C →
∞). O problema pode ser resolvido agora? Como? Há partes frágeis?
Passo 2.3: Descreva as condições do problema (sem usar terminologia especial ou
própria da área, e sem descrever o que deve ser inventado, encontrado ou desenvolvido) em
duas fases como abaixo:
P2.3.1: Dado um sistema formado por (------)
P2.3.2: O elemento (---), nas condições (---), produz o efeito indesejado (---).
Passo 2.4: Preencha a tabela abaixo com os elementos citados no passo anterior:
Tabela 11: Passo 2.4 da ARIZ 71-C
Tipos de elemento Elementos
Elementos que podem ser modificados, re-
projetados, ou reajustados (nas condições deste problema).
Elementos que são difíceis de serem modificados
(nas condições deste problema)
Passo 2.5: Escolha na tabela anterior o elemento mais fácil de alterar, re-projetar ou
ajustar.
P2.5.1: Inicie pelos elementos da primeira linha. Se todos parecem apontar
para o mesmo grau de dificuldade inicie com um elemento que não se movimente
(geralmente estes são mais fáceis de modificar do que aqueles que se movem).
P2.5.2: Se na primeira linha existe um elemento ligado com um efeito não
desejado (geralmente isto é indicado no passo P2.3.2), tenha-o como último recurso.
P2.5.3: Se o sistema só apresenta elementos na segunda linha, inicie com
elementos do ambiente externo.
Parte 3 – Estágio Analítico
Passo 3.1: Formular o RFI, usando o formato abaixo:
116
P3.1.1: Tome o elemento escolhido no Passo 5.
P3.1.2: Declare sua ação.
P3.1.3: Declare como ele realiza esta ação (use “por si mesmo”).
P3.1.4: Declare quando ele realiza esta ação.
P3.1.5: Declare em que condições ele realiza esta ação (limitações, exigências,
etc.).
Passo 3.2: Esboce duas figuras:
P3.2.1: Situação INICIAL (antes do RFI).
P3.2.2: Situação IDEAL (considerando o RFI).
Passo 3.3: Na figura IDEAL identifique o elemento escolhido na Parte 3, passo
P3.1.1, estaque a parte que não realiza a função esperada sob as condições descritas.
Passo 3.4: Por que este elemento (por si mesmo) não realiza a ação desejada?
P3.4.1: O que se espera da área destacada do objeto?
P3.4.2: O que impede que ela realize a ação por si mesma?
P3.4.3: Qual é o conflito entre P3.4.1 e P3.4.2?
Passo 3.5: Em que condições esta parte do elemento escolhido realiza a ação
desejada?(Quais os parâmetros que esta parte deve possuir?).
Passo 3.6: O que deve ser feito para que este elemento obtenha a característica
descrita no passo anterior?
P3.6.1: Indique, na figura, as forças que devem ser aplicadas na parte
destacada do objeto a fim de se obter as características desejadas.
P3.6.2: Como estas forças podem ser produzidas? Não utilize métodos que
contradigam a Parte 3, passo P3.1.5.
Passo 3.7: Formule um conceito que pode ser realizado na prática. Se existir mais de
um conceito, enumere-os começando pelo mais promissor.
Passo 3.8: Esboce uma maneira de realizar o primeiro conceito.
P3.8a: Qual é o vínculo entre as partes do novo dispositivo?
P3.8b: Como o dispositivo trabalha durante um ciclo?
117
P3.8c: Qual o comportamento deste dispositivo após muitos ciclos?
Recomenda-se voltar a Parte 3, Passo 3.7 e considerar outros conceitos.
Parte 4 – Análise preliminar dos novos conceitos.
Passo 4.1: O que melhorou e o que piorou com o novo conceito? Anote estes pontos.
Passo 4.2: É possível evitar o que piorou alterando-se o novo dispositivo ou método?
Esboce o dispositivo modificado.
Passo 4.3: O que piorou agora?
Passo 4.4: Compare prós e contras. O que é maior? Por quê?Se há mais prós do que
contras, vá a Parte 6. Se os contras são maiores que os prós, retorne a Parte 3, passo 3.1.
Realize, e anote os resultados de uma segunda análise.
Passo 4.5: Se, agora, há mais prós do que contras, vá a Parte 6. Se a segunda análise
não produziu um novo resultado, retorne a Parte 2, Passo2.4 e verifique a tabela. Faça outra
análise com elemento da Parte 2 Passo 2.5. Anote esta análise. Se mesmo assim não surgir um
conceito satisfatório, vá para a Parte 5.
Parte 5 – Estágio Operacional
Passo 5.1: Tome a matriz de contradições (MC) e localize na primeira coluna a
característica que deve ser melhorada.
Passo 5.2: Responda:
P5.2a: Como podemos melhorar esta característica utilizando meios
conhecidos?
P5.2b: Qual a característica que se torna inaceitável se utilizarmos este
método?
Passo 5.3: Na linha horizontal da MC escolha a característica descrita no passo
anterior.
Passo 5.4: Encontre na MC os princípios que solucionam esta contradição.
118
Passo 5.5: Pesquise como estes princípios podem ser utilizados para solucionar o seu
problema. Se foi obtida uma solução, retorne para a parte 4, avalie o conceito criado e então
proceda para a parte 6. Se o problema não está resolvido siga para a Parte 5, passo 6.
Passo 5.6: Pesquise a possibilidade de aplicar efeitos e fenômenos físicos.
Passo 5.7: Estude a possibilidade de alterar a ação no tempo ou duração
P5.7.1: É possível remover a contradição alongando o tempo de sua ação?
P5.7.2: É possível remover a contradição comprimindo o tempo de sua ação?
P5.7.3: É possível remover a contradição executando uma ação antes que o
objeto inicie sua operação?
P5.7.4: É possível remover a contradição executando uma ação depois que o
objeto terminou sua operação?
P5.7.5: Se o processo é contínuo, analise a possibilidade de transformá-lo em
periódico.
P5.7.6: Se o processo é periódico, analise a possibilidade de transformá-lo em
contínuo.
Passo 5.8: Como problemas semelhantes são solucionados na natureza?
P5.8a: Como partes não-vivas da natureza resolvem este problema?
P5.8b: Como animais ou plantas resolviam este problema em tempos
remotos?
P5.8c: Como organismos contemporâneos resolvem este problema?
P5.8d: Que correções devem ser realizadas considerando-se novas
tecnologias ou materiais?
Passo 5.9: Estude a possibilidade de alterar os objetos que operam em
conjunto com o nosso objeto de estudo.
P5.9a: A qual supersistema pertence nosso sistema?
P5.9b: Como o supersistema pode ser modificado para solucionar nosso
problema? Se ainda não foi encontrada solução, retorne para a Parte 1, passo 1.3. Se
uma solução satisfatória foi encontrada, retorne à Parte 4, para avaliação, e em seguida
vá para a Parte 6.
119
Parte 6 – Estágio Sintético
Passo 6.1: Determine como o supersistema ao qual pertence nosso sistema
modificado deve ser alterado.
Passo 6.2: Explore outras utilizações do nosso sistema modificado.
Passo 6.3: Utiliza à nova ideia encontrada para solucionar outros problemas.
Passo 6.4: Utiliza uma ideia oposta à nova ideia encontrada para solucionar
outros problemas.
120
ANEXO H - ARIZ-85C
Tendo como referência [18] Marconi (1999) e [27] Zagorodnova (2004), descreve-se
abaixo o ARIZ-85C.
Fase 1 – Formulação do problema
Parte 1 – Análise do sistema
Passo 1.1 - Descreva o sistema e o problema que deve ser resolvido como é
enxergado neste momento. Pode-se usar o QCI para realizar esta parte.
Passo 1.2 – Selecionar e anotar um par de elementos em conflito, o objeto e a
ferramenta. Objeto é o elemento que de acordo com as condições do problema sofre ação de
uma ou mais ferramentas. Ferramenta é o elemento que interage com o objeto (o fogo e não o
acendedor).
Passo 1.3 - Descreva o mini-problema (MP). O objetivo é descrever o problema de
forma que para solucioná-lo promova-se a mínima alteração ao sistema, ou, tudo no sistema
permanece o mesmo, e a função desejada é realizada com a menor alteração.
Passo1.4 – Exprimir o conflito no sistema de maneiras opostas:
CNF1: Na tentativa de eliminar ou diminuir a ação indesejada, degrada- se a
ação desejada.
CNF2: Na tentativa de melhorar a ação desejada, aumenta-se a ação
indesejada.
Passo1.5 – Intensificar o conflito. Isto traz melhor qualidade para a solução e esta
poderá ser aplicada na solução de uma maior quantidade de problemas.
CNF1: A ação indesejada é completamente eliminada, mas a ação desejada
não é realizada.
CNF2: A ação desejada é realizada por completo, mas a ação indesejada
torna-se a pior possível.
121
Passo1.6 – Escolha entre CNF1 e CNF2 aquele que é melhor para a função básica do
sistema a fim de tornar a solução encontrada mais próxima da idealidade.
Passo1.7 – Esboce o conflito intensificado escolhido, de forma simples.
Parte 2 - Análise dos Recursos
Passo 2.1 – Descreva a Zona de Operação (ZO): A ZO é o espaço de contorno onde
surge o conflito indicado no modelo do problema. Pense em termos de espaço. Crie dois
croquis:
ZO1: Mostre o espaço onde ocorre a ação desejada. Especifique o que está
contido na ZO1.Quais componentes ou subsistemas estão nesta figura?
ZO2: Mostre o espaço onde ocorre a ação indesejada. Especifique o que está
contido na ZO2. Quais componentes ou subsistemas estão nesta figura?
Note que ZO1 e ZO2 podem ser completamente separadas ou se sobreporem. Não
deixe de esboçar esta sobreposição.
Passo 2.2 – Descreva o Tempo de Operação (TO): O TO é o instante em que ocorre
o conflito indicado no modelo do problema. Pense em termos de tempo. Crie dois croquis:
TO1: É o período de tempo em que ocorre uma das condições do conflito.
TO2: É o período de tempo onde ocorre a outra condição do conflito.
Considere o antes, o durante e o depois do conflito. Pode-se esboçar TO1, TO2 e TO3.
Passo 2.3 – Liste todos os recursos internos e externos ao sistema, inclusive os do
meio-ambiente. Anote todas as substâncias (Su) e campos (C). Use a seguinte lista como guia:
Internos:
 A ferramenta
 O objeto da ação desejada
 O objeto da ação indesejada
 Outros objetos do sistema
Externos:
 O meio-ambiente
122
 O supersistema
 Subprodutos e derivados
 Resíduos, perdas ou sobras.
Não esquecer que espaço e tempo também são recursos.
Parte 3 – Definição do RFI e formulação da CF
Passo 3.1 – Formule sua visão inicial de RFI, o RFI-1, em termos de:
“O Recurso eliminará o efeito negativo dentro da ZO durante o TO sem complicar o
sistema, enquanto realiza o efeito positivo."
Neste modelo, os Recursos ainda não são conhecidos, efeito negativo e o efeito
positivo foram identificados anteriormente no Passo 1.5.
Passo 3.2 – Reforce, amplie ou aumente o RFI-1, formulando-o de diferentes
maneiras. No lugar de Recurso use:
 A ferramenta
 Os objetos
 O sistema
 O meio-ambiente
 O Supersistema
Passo 3.3 – Formule a CF no macro-nível.
Ela deve ocorrer durante o TO e dentro da ZO. Existirão duas versões da CF. Uma
para CNF1 e outra para CNF2. Passo 3.4 – Formule a CF no nível micro.
A CF deve ocorrer durante o TO e dentro da ZO, tendo as condições físicas que se
opõem formuladas em termos de partículas.
É possível que não se possa formular a CF no nível micro. Neste caso a solução
estará no macro-nível.
Novamente, existirão duas versões da CF. Uma para CNF1 e outra para CNF2.
123
Passo 3.5 – Refine o RFI. (RFI-2).
Pode-se tomar como base o nível macro ou o nível micro da CF. O RFI-2 pode ser
formulado como:
“Durante o TO, o Recurso deve fornecer por si mesmo o (especifique o estado ou
ação física das partículas) e também (especifique o estado ou ação física oposta das
partículas)."
Formule várias versões do RFI-2.
Passo 3.6 – Aplicar a Análise Su-C e as Soluções Padrões ao RFI-2.
Normalmente, ao final da parte 3 é que se encontram os conceitos para solucionar o
problema, porque o refinamento de RFI-2 faz o problema e sua solução muito mais claros.
Pode-se então continuar para a Parte 7. Contudo recomenda-se, mesmo que se tenha
formulado bons conceitos ao final da parte 3, continuar através da parte 4, pois poderão surgir
ideias melhores.
Se não foi encontrada solução para o problema então se deve continuar para a parte
4.
Fase 2 – Eliminação da CF
Parte 4 – Separar a CF
Passo 4.1 – Aplicar os quatro princípios para remover CF.
• Separação no tempo. Separa os estados físicos opostos no tempo.
• Separação no espaço. Separa os estados físicos opostos no espaço.
• Separação no sistema. Separa os estados físicos opostos entre o sistema e
seus componentes.
• Os dois estados físicos opostos coexistem na mesma substância?
Passo 4.2 – Aplicar a Análise Su-C e as Soluções Padrões.
Passo 4.3 – Aplique a técnica das Pequenas Pessoas Perspicazes (PPP).
124
Tome os CNF definidos no Passo 3.4. Imagine que as partículas definidas ali são
capazes de agir e pensar, como se fossem pequenos seres, ou pequenas pessoas perspicazes.
Não se coloque no meio delas. Imagine um número infinito de PPP, e como elas reagiriam
para criar o RFI.
Passo 4.4 – Volte partindo do RFI-2. Faça a análise de trás para frente.
Se a partir das condições do problema se conhece como deve ser o sistema final, o
problema consiste em determinar o modo de se chegar ao sistema desejado, ou a partir do
sistema desejado voltar para a situação atual, de modo lento e gradual, promovendo pequenas
mudanças.
Relembre a sua solução ideal e partindo daí realize:
 Uma pequena degradação do sistema;
 Uma pequena alteração no sistema;
 Sua desmontagem gradual.
Parte 5 – Aplicar a Base de Conhecimento
Passo 5.1 – Procure por problemas semelhantes ao formulado no RFI-2 no Passo 3, e
aplique as soluções ao seu problema.
Passo 5.2 – Use o Banco de Dados de Efeitos Científicos.
Passo 5.3 – Estude a aplicação dos 40 PI.
Passo 5.4 – Desenvolva uma Análise Su-C. Passo 5.5 – Utilize as Soluções Padrões.
Parte 6 – Modificar o “Mini-problema”
Passo 6.1 – Reveja seu conflito no passo 1. Ele é realmente um problema ou é a
combinação de dois ou mais problemas. Depois de ter estudado o seu problema pelos 5 passos
anteriores do ARIZ, ele torna-se mais claro para você e é conveniente revê-lo agora.
Passo 6.2 – Volte ao passo 1.6 e escolha outra versão do conflito para analisar.
Passo 6.3 – Reformule outro conflito após a definição do mini-problema.
125
Passo 6.4 – Se o seu problema ainda está sem solução, volte ao passo 1.3 e reformule
o mini-problema.
Passo 6.5 – Se ainda não encontrou solução, reformule o seu problema olhando-o
como supersistema.
Fase 3 – Análise da Solução
Parte 7 – Revisão da Solução e da Eliminação da CF
Passo 7.1 – Revise as substâncias e campos introduzidos ao sistema.
O seu problema foi resolvido com a adição de substâncias ou campos que não foram
especificados na Parte 2? Caso a resposta seja sim, há duas possibilidades:
 Tente modificar os recursos combinando-os ou utilizando-os em estado físico
diferente.
 Introduza uma substância autorreguladora, uma substância que se altere com
o meio-ambiente, como uma substância tampão.
Passo 7.2 – Avalie a solução obtida.
 A sua solução satisfaz o RFI?
 A sua solução realmente remove a CF?
 Ela pode ser implementada no mundo real?
 Se a solução não pode ser utilizada para resolver o problema por inteiro, ele
pode solucionar parte ou ciclo do sistema?
 Surgiu algum outro problema como conseqüência da sua solução?
Parte 8 – Maximização da utilização da Solução
Passo 8.1 – Enumere as alterações necessárias no supersistema para implementar a
sua solução.
126
Passo 8.2 – O sistema alterado pela sua solução pode ser utilizado de uma nova
maneira ou de uma maneira diferente?
Passo 8.3 – Podem-se resolver outros problemas com a sua solução?
 Procure generalizar a solução, transformando-a num método.
 Aplique este novo método a outros problemas.
 Defina este método de um modo contrário e aplique-o a outros problemas.
 Como este método mudaria se o tamanho do sistema tendesse a zero ou para
o infinito?
Parte 9 – Comparar conceito com a realidade.
Passo 9.1 – Revise todo o desenvolvimento do conceito pelo ARIZ.
Esta é uma excelente maneira de capturar o aprendizado.
O objetivo é verificar se tudo ocorreu como esperado ou se houve desvio no
desenvolvimento.
Passo 9.2 – Observe como sua solução se diferencia de outros efeitos científicos ou
soluções padrão. Descreva o que a faz diferente.
Documentar esta diferença poderá facilitar sua vida e a de outros no futuro.
Passo 9.3 – Acrescente a solução à sua base de dados de conhecimento.
 Acrescente a sua solução como exemplo de aplicação de um determinado
efeito.
 Acrescente a sua solução como exemplo de aplicação de um determinado
princípio inventivo ou solução padrão.
127
ANEXO I - MATRIZ DE CONTRADIÇÕES
128
129
130
131
132
APÊNDICE A - ARIZ-85C APLICADA NO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO
Parte1: ANALISANDO O
PROBLEMA
1.1. Descreva o sistema e o
problema que deve ser resolvido como é
enxergado neste momento
Sistema de Locomoção de um
Robô de inspeções de instalações
industriais. O sistema deve ser compacto,
pois não há espaço disponível, poder
transpor obstáculos como fios e vãos e
interior de equipamentos e dutos de ar
condicionado.
1.2. Selecionar e anotar um par de
elementos em conflito
Ele deve ser compacto, pois á
pouco espaço e deve ser longo, pois é
preciso transpor obstáculos.
1.3. Descreva o Mini Problema
(MP)
O sistema de locomoção não
ocupa nenhum espaço e pode mover o robô
para qualquer direção.
1.4. Exprimir o conflito no sistema
de maneiras opostas
CNF1: Reduzir as rodas para que
elas ocupem menos espaço; CNF2: rodas
maiores ultrapassam melhor obstáculos;
CNF3: é preciso se deslocar em inclinações
elevadas e não há atrito suficiente com
rodas.
1.5. Intensifique o conflito CNF1: rodas mínimas ou apenas
uma superfície sem atrito - se locomove
bem mais não transpõe obstáculos; - CNF2:
consegue transpor objetos, mais pode
133
reduzir a mobilidade. - CNF3 maior
superfície de contato significa mais espaço
sendo ocupado
1.6. Escolha entre os conflitos
aquele que é melhor para a função básica do
sistema a fim de tornar a solução encontrada
mais próxima da idealidade
Uma esteira pode ser vista como
uma série de rodas pequenas. Esta solução
já bem desenvolvida em outras indústrias
pode ser a solução para nosso problema.
1.7. Esboce o conflito intensificado
escolhido de maneira simples
Um sistema de transporte que
envolva o robô e adere a superfícies sem
perder mobilidade
PARTE 2. ANALIZANDO O
MODELO DO PROBLEMA
2.1. Defina a Zona Operacional
(ZO)
ZO1 - interior de dutos: grandes
vãos devido a bifurcações verticais, intensa
quantidade de sujeira fina e partículas
suspensas, velocidade do fluxo de ar de 10
m/s temperatura: entre 35°C e -5°C;
ZO2 - Entre maquinários:
ambiente impregnado com graxas e óleos,
temperaturas de operação de 40°C e picos
de 100°C. Obstáculos como degraus, fios,
calhas e valas a serem transpostas.
2.2. Defina o Tempo operacional
(To)
Utilizado principalmente para se
chegar ao ponto de interesse, retorno ao
ponto de entrada da inspeção e ajustes
durante a medição.
2.3. Defina os recursos Substância- Substâncias: superfícies, Rodas,
motores; Campos: Campo Gravitacional,
134
Campo (RSu-C) força para locomoção e mudança de
direção.
PART 3. DEFININDO O
RESULTADO IDEAL FINAL (RFI) E A
CONTRADIÇÃO FÏSICA (CF)
3.1. Formule sua visão inicial de
RFI, o RFI-1.
O recurso deve transpor
obstáculos e ter grande aderência, sem
ocupar espaço no robô.
3.2. Reforce, amplie ou aumente o
RFI-1, formulando-o de diferentes maneiras.
O sistema de locomoção deve
transpor obstáculos e ter grande aderência,
sem reduzir sua mobilidade.
PART 4. Mobilizando e usando
Recursos Substancia-Campo (RSu-C)
4.1. Aplicar os quatro princípios
para remover o Conflito
não é possível
4.2. Aplicar a análise Substancia-
campo e as Soluções padrões
Aplicada solução 2,4,1 - Ver
ANEXO E
4.3. Aplique a técnica de pequenas
pessoas perspicazes
Sem novas soluções
4.4. Volte e refaça a análise "de traz
para frente"
PART 5. Aplicando a base de
conhecimento
5.1. Procure por problemas Mobilidade pode ser aumentada
utilizando o conceito de roda
135
semelhantes ao formulado no RFI-2 no
Passo 3, e aplique as soluções ao
seu problema.
omnidirecional
5.2. Use o banco de dados de efeitos
científicos
Ver item 4.2.3 na página 43
5.3. Estude a aplicação dos 40 PI. Ver item 4.2.3 na página 43
5.4. Desenvolva uma análise Su-F Ver item 4.2.3 Figura 16, Figura
17 e Figura 20.
PART 6. MUDANDO OU
SUBSTITUINDO O PROBLEMA
6.1. Reveja seu conflito no Passo 1 O conceito de esteira
omnidirecional utilizando imas aumenta a
área de contato com o solo, aumentando a
capacidade do equipamento de transpor
obstáculos sem aumentar a área de secção
frontal.
PARTE 7. Revisão da Solução
7.1. Revise as substâncias e campos
introduzidos ao sistema
Ver item 4.2.3 Figura 20
7.2. Avalie a solução obtida A solução obtida atende o projeto,
trazendo inovação com um componente
totalmente novo.
PARTE 8. Maximização da
utilização da Solução
136
8.1. Enumere as alterações
necessárias no supersistema para
implementar a sua solução
Deverá aumentar a quantidade de
suportes para motores; Serão necessários
mais 2 canais de comunicação para utilizar
todos os sentidos de movimentação
desenvolvidos para a esteira.
8.2. O sistema alterado pela sua
solução pode ser utilizado de uma maneira
nova ou de maneira diferente?
Esteiras omnidirecionais podem
ser utilizadas dentro da indústria para
transporte interno de materiais e produtos.
8.3. Podem-se resolver outros
problemas com a sua solução?
Esteiras de transporte
omnidirecionais talvez sejam mais rápidas
que cilindros pneumáticos para
movimentações laterais dos produtos em
cima de esteiras de transporte.
PARTE 9. Comparar conceito
com a realidade
9.1. Revise todo o desenvolvimento
do conceito pelo ARIZ
O conceito desenvolvido é sólido e
tem potencial para ser aplicado neste
projeto e desenvolvido em outros.
9.2. Observe como a sua solução se
diferencia de outros efeitos científicos ou
soluções padrão. Descreva o que a faz
diferente
A incorporação de três itens
(esteira, Roda Omnidirecional e Imãs)
deste desenvolvimento se diferencia das
soluções encontradas no mercado.
9.3. Acrescente a solução à sua
base de dados de conhecimento.
137
APÊNDICE B – DESENHOS GERAIS DO ROBÔ
Figura 32: Visão geral do robô de inspeção
138
Figura 33: Detalhamento componentes internos
A
A
139
Figura 34: Dimensões dos componentes internos em milímetros. Sem Protoboard.
140
Figura 35: Esquema da Esteira.

Tcc 2.0

  • 1.
    UNIVERSIDADE CATÓLICA DEPETRÓPOLIS CENTRO DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA MÉTODO DE RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE ENGENHARIA ‘TRIZ’ APLICADO NO DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA INSPEÇÃO DE INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Rafael Mullin von Montfort Petrópolis 2014
  • 2.
    ii UNIVERSIDADE CATÓLICA DEPETRÓPOLIS CENTRO DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA MÉTODO DE RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE ENGENHARIA ‘TRIZ’ APLICADO NO DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA INSPEÇÃO NA MANUTENÇÃO DE INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro de Engenharia e Computação da UCP como requisito parcial para a conclusão do Curso de Engenharia Mecânica. Rafael Mullin von Montfort Professor Orientador: Prof. Anderson Barata Custódio, D.Sc. Petrópolis 2014
  • 3.
    iii Aluno: Rafael Mullinvon Montfort Matrícula: 09100143 Método de Resolução de Problemas de Engenharia ‘TRIZ’ Aplicado no Desenvolvimento de Um Dispositivo para Inspeção na Manutenção de Instalações Industriais Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro de Engenharia e Computação da UCP como requisito parcial para a conclusão do Curso de Engenharia Mecânica. AVALIAÇÃO GRAU FINAL: __________ AVALIADO POR Prof. Anderson Barata Custódio, D.Sc. _______________________________________________ Prof. Raymundo Alves de Rezende, M. Sc. ____________________________________________ Prof. Daniel Gaspar Gonçalves de Souza, M. Sc. _______________________________________ Prof. Luiz Grinsztajn, Bel . _________________________________________________________ Petrópolis, 12 de dezembro de 2014. Prof. Alexandre Sheremetieff Junior M. Sc.
  • 4.
    iv Dedico este trabalhoa todos que me apoiaram nestes anos de faculdade, em especial a minha namorada, por me tornar uma pessoa melhor e servir de exemplo profissional e pessoal todos os dias.
  • 5.
    v AGRADECIMENTO Gostaria de realizareste agradecimento em três partes. Em primeiro lugar, agradeço aos que me ajudaram no desenvolvimento deste trabalho de concussão de curso. Ao Professor D.Sc. Anderson Barata Custódio. Não poderia ter tido um melhor orientador para este trabalho. Muito obrigado a todos os finais de semana de orientação e todos os conselhos e sugestões dadas. Ao INMETRO, em especial ao Pesquisador Nelson Melo do Espírito Santo M.Sc. que me deram espaço para o desenvolvimento desta pesquisa e pelo conhecimento em elétrica e eletrônica que me foi transmitido. Em segundo lugar, agradeço a todos que me incentivaram e apoiaram durante toda graduação. Dentre todos os que me apoiaram, gostaria de ressaltar e agradecer especialmente alguns. Novamente ao Professor D.Sc. Anderson Barata Custódio, que serviu de inspiração profissional, acadêmico e pessoal desde o primeiro contato na aula de mecânica dos fluidos em seu primeiro período na faculdade e meu quinto período de graduação. Aos meus pais que sempre me acreditaram na minha graduação e por tudo que me ensinaram. A minha Avó e minha Madrinha por manterem sempre suas portas abertas. Ao seleto grupo professores que ensinam por paixão e não por obrigação. Seus exemplos formam profissionais capazes de pensar e não somente produzir. Ao Projeto UCP BAJA SAE. Pelo conhecimento prático e confiança depositada. A todos do 35° Grupo Escoteiro. Pelos fortes laços de amizade, pelo companheirismo e pelos ensinamentos ao longo destes 10 anos. A todos os amigos e colegas que me apoiaram e incentivaram. A pesar de muitas vezes ter me afastado devido aos estudos e a responsabilidades pessoais, sempre que precisei estiveram presentes. E por último e mais importante, a minha namorada, Juliana da Silva Bernstorff, por me aturar todos os dias e ser a melhor companheira que eu poderia pedir.
  • 6.
    vi "Não há nadaimpossível; há só vontades mais ou menos enérgicas..." Júlio Verne
  • 7.
    vii RESUMO Desenvolvida a partirda análise de milhares de patentes pelo seu criador Genrich Saulovich Altshuller (1926 – 1998) na extinta União Soviética a teoria de resolução inventiva de problemas, TRIZ, é pouco conhecida no Brasil. Com sua vasta gama de ferramentas, supera com larga vantagem os métodos tradicionais de resolução de problemas de engenharia de produto. Os setores industriais mais globalizados e, portanto, expostos à competição já implementam processos de inovação, análise, benchmarking e aumento do desempenho da linha de produção como o Lean Manufacturing e Six Sigma Analysis, porém estes métodos apenas apontam onde estão às deficiências os e qual a situação ideal, ambos de maneira muitas vezes demasiadamente genérica. Este trabalho introduz e aplica a metodologia TRIZ e algumas de suas diversas ferramentas no desenvolvimento de uma solução de engenharia inovadora para a inspeção de instalações industriais de difícil acesso ou insalubre. O trabalho é iniciado com um refinamento do problema levantando as características que delimitam-lhe o escopo. Isto é feito através da cognição de possíveis cenários de aplicação e das possíveis dificuldades que o dispositivo terá que transpor. Ele prossegue então para uma descrição do Método TRIZ e uma pequena descrição das ferramentas que serão utilizadas neste trabalho. Como terceira e última parte aplicamos a metodologia a fim de chegar a uma solução ótima para o macro problema deste tipo de manutenção. A metodologia também é aplicada a fundo para aperfeiçoar dois subsistemas críticos do dispositivo de inspeção desenvolvido.
  • 8.
    viii LISTA DE FIGURAS Figura1: Diagrama do método de Tentativa-e-Erro ...........................................................2 Figura 2 Seção de Brainstorming com três participantes....................................................3 Figura 3: Amortecedores Pneumáticos sob a câmara anecoica do INMETRO. .................5 Figura 4: Exterior de um terminal de ar condicionado........................................................6 Figura 5: Interior de um duto de ar condicionado...............................................................6 Figura 6: Simbologia para análise Su-F ............................................................................19 Figura 7: Interação Su-f de uma pessoa sentada em uma cadeira.....................................20 Figura 8: Esboço do conceito inicial.................................................................................30 Figura 9: MindMap da solução proposta - primeira metade .............................................31 Figura 10: MindMap da solução proposta – segunda metade...........................................32 Figura 11: Arduino adquirido para o projeto.....................................................................33 Figura 12: Exemplo de Shield para arduino, .....................................................................34 Figura 13: Interface no programa do arduino....................................................................35 Figura 14: Impressora 3D da UCP ....................................................................................40 Figura 15: Cabeça extrusora da impressora 3D da UCP...................................................40 Figura 16: Conflito esboçado através de RSu-C. ..............................................................44 Figura 17: RSu-C da esteira com imãs..............................................................................45 Figura 18: Roda Omnidirecional – modelo em CAD (Computer Aided Design) por Salim Benyoucef........................................................................................................................................46 Figura 19: RSu-C com a roda Omnidirecional..................................................................46 Figura 20: Esteira Magnética Omnidirecional representada em RSu-C. ..........................48 Figura 21: Modelo proposto para o sistema de locomoção...............................................48 Figura 22: Dimensões da esteira .......................................................................................49 Figura 23: Diagrama do Robô subindo uma parede vertical.............................................49 Figura 24: Arranjo do experimento da força do imã.........................................................50 Figura 25: Propriedades de massa do Robô gerado pelo SolidWorks ..............................52 Figura 26: Vista lateral inclinada da blindagem eletrostática ...........................................56 Figura 27: Vista superior inclinada da blindagem eletrostática ........................................56 Figura 28: Detalhe do cabo para transmissão de dados.....................................................58 Figura 29: Vista traseira do robô.......................................................................................59 Figura 30: Vista frontal do robô........................................................................................60
  • 9.
    ix Figura 31: Robôcom Braço ..............................................................................................62 Figura 32: Visão geral do robô de inspeção....................................................................137 Figura 33: Detalhamento componentes internos.............................................................138 Figura 34: Dimensões dos componentes internos em milímetros. Sem Protoboard.......139 Figura 35: Esquema da Esteira........................................................................................140
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    x LISTA DE TABELAS Tabela1: 40 Princípios Inventivos....................................................................................13 Tabela 2: Os 39 Parâmetros de engenharia .......................................................................14 Tabela 3: Trecho Matriz de Contradições com foco em 1 X 3 retirada do site triz- journal.com e traduzida pelo autor ..................................................................................................16 Tabela 4: Trecho da matriz de contradição 33 X 35 .........................................................18 Tabela 5: Padrões de evolução tecnológica Formulados por Altshuller ...........................21 Tabela 6: QCI do Problema de Manutenção de Instalações Industriais............................24 Tabela 7: Trecho de descrição do conflito na ARIZ-85C. ................................................41 Tabela 8: Trecho da parte 2 da ARIZ-85C........................................................................42 Tabela 9: Comparação do RFI levantado com a solução proposta. ..................................64 Tabela 10: Sugestão para Análise Funcional ....................................................................98 Tabela 11: Passo 2.4 da ARIZ 71-C................................................................................115
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    xi SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................1 2ANÁLISE DO PROBLEMA EM ESTUDO ...........................................................5 3 MÉTODO TRIZ ........................................................................................................8 3.1 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS DA TRIZ .........................................9 3.1.1 Problema inventivo..........................................................................................9 3.1.2 Contradição....................................................................................................10 3.1.3 Idealidade ou Resultado Final Ideal (RFI).....................................................11 3.2 FERRAMENTAS DA TRIZ ...............................................................................11 3.2.1 O Algoritmo Para Solução De Problemas (ARIZ) ........................................11 3.2.2 Os 40 Princípios Inventivos E Os 39 Parâmetros De Engenharia.................13 3.2.3 Matriz De Contradições.................................................................................15 3.2.4 Recurso Substância-Campo (Su-C)...............................................................18 3.2.5 As 70 Soluções Padrões.................................................................................20 3.2.6 Padrões de Evolução Tecnológica.................................................................21 4 PROPOSTA PARA SOLUCIONAR O SISTEMA DE INSPEÇÃO DE INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS .................................................................................................24 4.1 CONSTRUÇÃO MECÂNICA E ELETRÔNICA ..............................................32 4.1.1 Arduino..........................................................................................................33 4.1.2 Impressora 3D................................................................................................38 4.2 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO............................41 4.2.1 ARIZ-C parte 1..............................................................................................41 4.2.2 ARIZ-85C Parte 2 & Parte 3 .........................................................................42 4.2.3 ARIZ-85C Parte 4..........................................................................................43 4.2.4 Dimensionamento..........................................................................................49 4.3 DESENVOLVIMENTO DA AUTONOMIA .....................................................53 4.3.1 Aplicando a TRIZ Reversa. ...........................................................................54
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    xii 4.3.2 Solucionando osProblemas Levantados. ......................................................55 5 RESULTADOS........................................................................................................59 6 CONCLUSÃO..........................................................................................................63 6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...............................................65 7 BIBLIOGRAFIA .....................................................................................................66 ANEXO A - LISTA E DESCRIÇÂO DOS 39 PARÂMETROS DE ENGENHARIA..70 ANEXO B - LISTA E DESCRIÇÃO DOS 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS................76 ANEXO C- 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS ORDENADOS POR FREQUÊNCIA DE USO...............................................................................................................................................93 ANEXO D- QUESTIONÁRIO DE CIRCUNSTÂNCIA INOVADORA (QCI) ...........95 ANEXO EAS 76 SOLUÇÕES PADRÃO.......................................................................99 ANEXO F- ARIZ-61.....................................................................................................111 ANEXO G- ARIZ-71....................................................................................................113 ANEXO H- ARIZ-85C..................................................................................................120 ANEXO I - MATRIZ DE CONTRADIÇÕES..............................................................127 APÊNDICE A- ARIZ-85C APLICADA NO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO.............132 APÊNDICE B– DESENHOS GERAIS DO ROBÔ......................................................137
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    1 1 INTRODUÇÃO Uma parcelacrescente das empresas procura melhorar seus processos, como forma de aumentar sua eficiência e manter sua competitividade. Em termos de desenvolvimento de produtos, a necessidade de competitividade pode ser desdobrada nas necessidades de redução do tempo de desenvolvimento, aumento da qualidade e redução do custo dos produtos no ciclo de vida dos mesmos. Como resultado das tentativas de atender a tais demandas, tanto a prática empresarial como as pesquisas na área de desenvolvimento de produto recebem atenção crescente. Os setores industriais mais globalizados e, portanto, expostos à competição já implementam processos de inovação, análise, benchmarking e aumento do desempenho da linha de produção como o Lean Manufacturing e Six Sigma Analysis, porém estes métodos apenas apontam onde estão às deficiências os e qual a situação ideal, ambos de maneira muitas vezes demasiadamente genérica. Depois que o problema a ser resolvido é detalhado se inicia-se a “caça” à solução. Essa, normalmente, é feita de duas maneiras. Na primeira maneira, a busca de uma solução transcorre de maneira quase aleatória, por “Tentativa-e-Erro”. Eventualmente, surge uma ideia, sobre a qual executa-se algum tipo de avaliação teórica e prática, ainda que rápida. Cada ideia malsucedida é substituída por outra, e assim por diante. Um diagrama deste método é mostrado na Figura 1. O Pesquisador precisa sair do ponto que é chamado de Problema e ir ao ponto Solução, cuja posição final é desconhecida. O pesquisador desenvolve um caminho ou conceito de pesquisa (CP na Figura 1). A possível solução ao problema (Setas na Figura 1) se inicia na direção do conceito de pesquisa escolhido. Eventualmente é percebido que todo o conceito de pesquisa está errado, logo um novo caminho precisa ser desenvolvido. O pesquisador também possui um vetor de inércia criativa (v’ na Fig. Figura 1) dado por sua experiência, treinamentos e instruções prévias. Em geral, é na direção deste vetor que os conceitos de pesquisa começam a surgir e predominam. Um perigo perene é que outras alternativas criativas, opostas à direção da inércia criativa, não se desenvolvam por causa da sensação de conforto de disciplinas e soluções menos desafiadoras, que favorecem as inovações incrementais em relação às inovações disruptivas.
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    2 Segundo [1] Altshuller(2007), Nicola Tesla, que trabalhou com Thomas Edison, descreve o processo criativo do inventor da primeira lâmpada elétrica, na forma que o autor deste trabalho toma a liberdade de traduzir: “Se Edison tivesse a tarefa de encontrar uma agulha no palheiro, ele não perderia tempo determinando a mais provável localização dela. Ele imediatamente, com a diligência de uma abelha, começaria pegando graveto após graveto até ter encontrado seu objeto de procura. (...)”. Figura 1: Diagrama do método de Tentativa-e-Erro Fonte: Elaborada pelo autor “No início foi muito triste o ver trabalhar, sabendo que apenas um pouco de conhecimento teórico e alguns cálculos penderiam tê-lo economizado pelo menos 30% de seu tempo”. O segundo método é uma versão melhorada pelo psicologista A. Osborn em 1953 do método de Tentativa-e-erro, conhecido como Brainstorming ([1] Altshuller, 2007). Algumas
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    3 pessoas conseguem gerarideias muito bem pela sua própria natureza, mas não conseguem analisá-las e vice-versa. Osborn decidiu separar estes dois processos. Um grupo recebe o problema e somente geram ideias, não importando o quão absurdas, enquanto outros apenas as analisam. Brainstorming não elimina a procura caótica. Neste método, a tendência é que as ideias sigam o vetor de inércia por longos períodos de tempo. Elas não são simplesmente caóticas, mas elas também predominante apontam na direção errada. Figura 2 mostra uma seção de Brainstorming composta de três participantes com diferentes especialistas em diferentes áreas (descrito pelos diferentes círculos pontilhados). As regras de Brainstorming os estimulam a ter ideias fora das suas áreas de especialidades para o lugar exato aonde soluções inventivas residem. Figura 2 Seção de Brainstorming com três participantes Fonte: Elaborada pelo autor
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    4 Uma grande vantagemdo Brainstorming é a interação entre ideias. Como pode ser visto na Figura 2 pela sucessão das setas 1-2-3-4 que está levando os pesquisadores mais próximos a Solução 2. Porém, também é verdade que esta cadeia de ideias pode os afastar ainda mais das possíveis soluções para o problema (setas 5-6). Como nenhuma das metodologias existentes conseguia descrever um passo a passo detalhado para resolver um problema de maneira inventiva, em 1946, na extinta União Soviética, Genrich S. Altshuller (1926 – 1998) começou a estudar uma maneira de sistematizar o que ele chamou de problemas do inventor. A metodologia criada por Altshuller, conhecida por TRIZ, foi desenvolvida com base em análise de patentes, onde soluções para problemas distintos podem ser encontrados na análise soluções análogas em outros campos do conhecimento e considerando que todos os processos caminham para um sistema ideal.
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    5 2 ANÁLISE DOPROBLEMA EM ESTUDO Manutenção industrial, de maneira geral, é um dos setores com menos recursos dentro das empresas. [20] Marco Palleta descreve em um artigo para o site Pragma Brasil que: "É interessante constatar que muitos gestores ainda consideram como perfumaria a atividade de manutenção industrial, e somente quando as máquinas, equipamentos e instalações falham ou ocorrem paradas causadas por defeitos, é que acordam, correm, cobram...”. Com isso, a inspeção das instalações que se situam em espaços confinados e áreas de difícil acesso são feitas somente de maneira visual, quando são realizadas. Partindo de uma análise macroscópica dos transtornos da manutenção, aqui será apresentada uma proposta de solução de um problema crônico deda gestão de integridade das instalações industriais. Instalações industriais são frequentemente objetos de constante negligência do setor de manutenção. Um agravador é recorrência de situações de acessibilidade conturbada. Toma- se como exemplo o prédio de Eletroacústica do INMETRO. Ele possui uma câmara reverberante suspensa por molas mecânicas e uma cama anecoica suspensa por amortecedores pneumáticos (Figura 3). Estes recursos têm o objetivo de evitar transmissão de vibrações provenientes do solo para dentro da câmara. Como o dreno da linha de ar comprimido deve ser instalado em seu ponto de menor potencial gravitacional, inspeções no subsolo da câmara anecoica devem ser realizadas frequentemente. Figura 3: Amortecedores Pneumáticos sob a câmara anecoica do INMETRO. Fonte: Elaborada pelo autor Outro exemplo é o interior de dutos de ar condicionado que a [4] Lei Estadual 4.192 de 01/10/2003 obriga a limpeza do sistema de ar condicionado anualmente. Pela Figura 4 e Figura 5, podemos ver que isto não é uma tarefa fácil para o operário do setor de manutenção.
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    6 Tanto as dimensõesreduzidas quanto o ambiente de alta concentração de partículas suspensas aumentam a insalubridade da operação. Figura 4: Exterior de um terminal de ar condicionado. Fonte: Elaborada pelo autor Figura 5: Interior de um duto de ar condicionado Fonte: Elaborada pelo autor O interior de maquinários também é um caso a considerar. Normalmente são necessários procedimentos de parada completa do maquinário, isolamento da área, limpeza e desmontagem da área de acesso, a fim de possibilitar o acesso ao operário de manutenção, e apenas depois é feita à inspeção. Este processo é muito custoso, tanto do aspecto econômico quando do aspecto pessoal, já que acidentes, infelizmente, ocorrem.
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    7 Bons engenheiros sãocapazes de solucionar estes entraves isoladamente, lidando com as especificidades e as ferramentas que a cultura técnica disponibiliza. Porém a proposta de ter uma receita que resolva a maioria dos problemas é bem interessante. Porém, como dito na introdução, chegar a uma solução para este problema complexo através de métodos tradicionais não seria uma ideia viável. Sendo assim, será adotada a metodologia de resolução de problemas de forma inventiva desenvolvida pelo inventor russo Genrich Altshuller. Este trabalho é focado na aplicação da metodologia TRIZ no desenvolvimento de uma solução para o problema descrito detalhando a utilização de algumas de suas ferramentas. Este trabalho também se preocupa em descrever o passo-a-passo que ocorre durante o processo de desenvolvimento de uma solução inventiva.
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    8 3 MÉTODO TRIZ Otеория решения изобретательских задач ou em nosso alfabeto teoriya resheniya izobretatelskikh zadatch, que pode ser traduzido para teoria de resolução inventiva de problemas, é mais conhecido pelo acrônimo TRIZ. Ela trabalha através de ferramentas, que se baseiam em características e contradições das peculiaridades do produto, para implementar melhorias que podem gera um produto ou processo inteiramente novo. [19] Mazur (1995) declara que Altshuller propôs que um método inventivo deveria satisfazer as seguintes condições: 1. Ser sistemática, um procedimento passo-a-passo; 2. Ser um guia através do vasto campo de soluções, conduzindo para uma solução ideal; 3. Capaz de ser reproduzida de modo confiável e independente de ferramentas psicológicas; 4. Capaz de acessar ao corpo do conhecimento inventivo; 5. Capar de acrescentar ao corpo do conhecimento inventivo; 6. Ser suficiente familiar aos inventores, seguindo uma abordagem genérica para a solução dose problemas. O método TRIZ é um método de “alto nível” em hierarquia. Se você deseja aumentar a eficiência de um motor, ele não dará soluções como “Mude o óleo lubrificante de SAE 40 para SAE 50”. O método coordena o raciocínio e guia a uma resposta. Otimizando o conhecimento do dado sistema, para focar em uma solução viável. Uma das soluções que ele pode sugerir para o problema supracitado é o Princípio Inventivo 35: “Mudança de parâmetros e propriedades”. Porém, é necessário um engenheiro traduza esta solução genérica para um resultado prático. Essa aplicação se fundamenta na lógica de resolução de problemas proposta pela TRIZ. Altshuller percebeu que inventores russos desenvolviam suas invenções de maneira caótica e sem nenhuma metodologia. A fim de organizar este processo criativo, ele partiu da pesquisa de duzentas mil patentes dentre as quais destacou quarenta mil que considerou inventiva. Essas patentes foram à base da TRIZ. Com esta análise, Altshuller concluiu que:  Os sistemas técnicos evoluem, seguindo determinados padrões;  As soluções encontradas podem ser generalizadas;
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    9  As invençõesmais criativas são aquelas que resolveram algum tipo de contradição. As ferramentas do método TRIZ apresentadas por [1] Altshuller em seu livro The Innovation Algorithm de 1973 são:  O Algoritmo de Solução de Problemas (ARIZ)  Os 40 Princípios Inventivos e os 39 Parâmetros de Engenharia  A Matriz de Contradições Porém ao longo dos anos, Altshuller, em conjunto com a comunidade que se formou com a utilização da TRIZ, desenvolveu algumas ferramentas de extrema utilidade como:  As 76 Soluções Padrão e análise Substância-Campo  Padrões da Evolução Tecnológica  Questionário de Circunstância Inovadora 3.1 CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS DA TRIZ Empregando metalinguagem, Altshuller particulariza o sentido de alguns conceitos para serem utilizados dentro da TRIZ. Toda a utilização do método se baseia no conhecimento e entendimento pleno destes conceitos. Serão apresentadas neste trabalho apenas as três características mais básicas da metodologia. 3.1.1 Problema inventivo Segundo [1] Altshuller, a todo o momento fabricantes levantam novos problemas a serem solucionados. Todos os dias engenheiros, projetistas, técnicos e mecânicos resolvem várias tarefas técnicas. Na maioria do tempo, essas tarefas podem ser resolvidas de maneira convencional. Regularmente problemas que necessitam de algum elemento de criatividade surgem e muito da criatividade reside em encontrar algo já conhecido dentro da indústria e adaptá-la para uma circunstância específica. Em outras palavras, achar a chave que melhor se encaixa na fechadura e ajustá-la para abrir a tranca. Um problema inventivo é aquele onde tal chave “que melhor se encaixa na fechadura” não existe.
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    10 Portando, segundo [10]Demarque (2005), o problema inventivo é aquele aparenta não haver meio conhecido para solucioná-lo, que está predisposto a Inércia Psicológica e que envolve uma ou mais contradições. 3.1.2 Contradição Como mencionado acima, um princípio básico da TRIZ é que um problema inventivo é constituído de contradições. Portanto, se não há contradições, não há problema. Esta afirmação aparentemente extrema de [12] Domb (1997) forma a base para os métodos de resolução de problemas da TRIZ. TRIZ define dois tipos de contradições: Físicas e Técnicas. Estes rótulos são relíquias das primeiras traduções do russo de artigos sobre a Teoria e devem ser tidos como referência, nenhuma contradição é mais “Física” que outra. São chamadas de contradições técnicas são quando o estado desejado não pode ser atingido, pois algo no sistema o impede. Em outras palavras, quando algo melhora outra coisa piora. Exemplos clássicos deste tipo de contradição incluem:  A relação entre o aumento resistência física de um equipamento (bom) com o aumento de seu peso (ruim);  A maior potência de um produto (bom) com o aumento do consumo de energia (ruim). Contradições físicas são situações em que um objeto possui requerimentos contraditórios ou opostos como:  Programas de computador devem ser fáceis de usar, mas devem desempenhar funções complexas e possuir opções avançadas;  A frenagem de carros deve ser instantânea para evitar colisões e gradual para não ferir o motorista;  Estradas devem ser largas para comportar maior fluxo de veículos e estreitas para causar menos impacto em construções adjacentes.
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    11 3.1.3 Idealidade ouResultado Final Ideal (RFI) [1] Altshuller compara mitologia grega ao desenvolvimento de um dispositivo. Quando um poderoso golpe de machado racha o crânio do Deus Zeus, surge a Deusa Atena com sua lança e escudo diante dos outros Deuses do Olimpo, ilesa e em completa vestimenta ornada. Novos dispositivos, porém, não surgem da cabeça de um inventor completas com suas “vestimentas ornadas”. Justamente o oposto, elas surgem “fracas” e vagarosamente ganham robustez incorporando diversas outras ideias, conceitos e invenções. A Idealidade é atingida quando não há mais contradições a serem resolvidas no dispositivo: ele é infinitamente simples e eficiente. Seguindo esta linha de raciocínio, [15] Hipple (1997) define o resultado final ideal como “Algo que performa sua função e não existe”, ou seja, não há custos ou efeitos negativos. Para que tal estado seja alcançado, deve-se mesmo questionar se o dispositivo realmente é o objetivo final do desenvolvimento, porque possivelmente ele é apenas um dos meios para atingir um resultado desejado[1]. 3.2 FERRAMENTAS DA TRIZ 3.2.1 O Algoritmo Para Solução De Problemas (ARIZ) Conhecido pelo acrônimo do russo para Algoritmo para resolução inventiva de problemas, o ARIZ é o centro do método TRIZ. Desde sua primeira publicação em 1956 com o nome de ARIZ- 56, ele foi atualizado diversas vezes gerando as versões ARIZ-59, ARIZ-61, ARIZ-64, ARIZ-65, ARIZ-68, ARIZ- 71, ARIZ-75, ARIZ-77, ARIZ-82(A, B e C) e ARIZ-85(A, B e C). A versão ARIZ-85C foi a última publicada sobre a supervisão de Altshuller. O ARIZ traz uma série de passos bem definidos que levam o pesquisador em direção à solução do problema. A ARIZ-71 pode ser encontrada no ANEXO G e a ARIZ-85C no ANEXO H. Por ser de fácil aplicação e contar pouco com outras ferramentas, a ARIZ-71 tem muita utilidade da resolução de problemas corriqueiros. Não só de temas ligados à engenharia, mas também de assuntos como gerência de pessoal e administração. Por outro lado, a ARIZ-85C, sendo a versão mais amplamente adotada do algoritmo e com passos mais bem definidos e
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    12 articulando-se com outrasferramentas, tem grande potencial para resolver os mais complexos impasses e problemas da engenharia. O primeiro passo da ARIZ é trabalhar na definição e delimitação correta do seu problema. Este passo ajuda a reduzir a influência da Inércia Criativa. Por exemplo: Uma fábrica de rodas de recebe os aros e os raios em dois carregamentos separados. Estes são montados no setor montagem e devem ser transportados para o setor de estoque aonde serão embalados e estocados. Seu superior lhe solicita que melhore o sistema de carga das empilhadeiras que levam as rodas de um setor ao outro a fim de se reduzir o tempo que as rodas ficam paradas no setor de montagem. Antes de este problema ser solucionado, é observado o segundo passo do ARIZ. Este trabalha o conceito de Resultado Final Ideal (RFI ou IFR do inglês). O objetivo é que a operação aconteça “por conta própria”. De forma geral, o resultado final ideal busca uma resposta simples para afirmações como:  O recurso/parâmetro/efeito/fenômeno <A>, por conta própria, deve prover a(s) ação(-ões) positiva(s) <B> e, ao mesmo tempo, eliminar a(s) ação(-ões) negativa(s) <C> sem tornar o sistema mais complexo e sem trazer novos problemas.  O recurso/parâmetro/efeito/fenômeno <A> deve ser <B> para prover ações exageradamente positivas e, ao mesmo tempo, deve ser <C> para eliminar toda e qualquer ação (ações) negativa(s). Voltando ao cenário proposto, a situação é reanalisada. O problema não está no carregamento das empilhadeiras, ele se encontra no transporte das rodas. Utilizando o conceito de RFI, o ideal é as rodas irem “por conta própria” de um prédio para o outro. Olhando desta maneira, é mais fácil solucionar o problema: é projetado um trilho com uma leve inclinação ligando as secções aonde, após os raios serem montados ao aro, o operador coloca as rodas completas, que então rolam até o setor de estoque. Caso não seja possível obter uma solução a partir dessa análise fundamental, no passo seguinte o ARIZ chama as outras ferramentas do método TRIZ. Como última fase do ARIZ, o pesquisador deve analisar como sua invenção interage com outros sistemas, avaliando o que um pode influenciar no outro. Além disso, deve-se analisar o conceito desenvolvido e verificar sua aplicabilidade para outras possíveis demandas inventivas.
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    13 3.2.2 Os 40Princípios Inventivos E Os 39 Parâmetros De Engenharia Segundo [6] Carvalho e Black (2001), os princípios inventivos são heurísticos, isto é: mais baseados em regras simples e gerais que em processos sofisticados e especializados, de possíveis soluções para um determinado problema. Estes princípios surgiram a partir da identificação de padrões, da ordenação e da generalização de soluções usadas em diferentes áreas. Os princípios inventivos, tal como foram apresentados, não representavam um sistema. A numeração que lhes foi dada por Altshuller apenas indica a ordem em que eles foram acrescentados à TRIZ ([23] Savranski, 2000). É necessário enfatizar que cada princípio recomendado na tabela é formulado de maneira genérica. Eles são como roupas de fabricação em massa que devem ser ajustadas para vestir corretamente cada problema de maneira específica. Por exemplo, se a tabela recomenda o Princípio 01 (segmentação), apenas significa que a solução é de alguma forma conectada com a divisão do objeto, do sistema, do efeito ou do problema em partes espaçadas no tempo ou no espaço ou distribuídas entre mecanismos de ação, entre apoios, etc., remediando contradições que decorrem da concomitância ou da unicidade. A tabela de nenhuma maneira dispensa o inventor da necessidade de pensar. ([1] Altshuller, 2007). Na Tabela 1 são listados os 40 princípios inventivos. Tabela 1: 40 Princípios Inventivos 1 Segmentação ou fragmentação 21 Aceleração 2 Extração 22 Transformação de prejuízo em lucro 3 Qualidade Local 23 Retroalimentação 4 Assimetria 24 Mediação 5 Consolidação 25 Autosserviço 6 Universalidade 26 Cópia 7 Alinhamento 27 Uso e descarte 8 Contrapeso 28 Substituição de meios mecânicos 9 Compensação prévia 29 Construção pneumática ou hidráulica 10 Ação prévia 30 Uso de filmes finos e membranas flexíveis 11 Amortecimento prévio 31 Uso de materiais porosos
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    14 12 Equipotencialidade 32Mudança de cor 13 Inversão 33 Homogeneização 14 Esfericidade 34 Descarte e regeneração 15 Dinamização propriedades 35 Mudança de parâmetros e propriedades 16 Ação parcial ou excessiva 36 Mudança de fase 17 Mudança para uma nova dimensão 37 Expansão térmica 18 Vibração mecânica 38 Uso de oxidantes fortes 19 Ação periódica 39 Uso de atmosferas inertes 20 Continuidade da ação útil 40 Uso de materiais compostos Fonte: Elaborada pelo autor. Como descrito por [10] Demarque (2005), se problemas inventivos são aqueles que contêm conflitos, descrever esses conflitos torna-se muito importante. Dois engenheiros estudando o mesmo problema podem descrevê-lo usando palavras diferentes, e ambos estão corretos. Portanto, universalizar a linguagem técnica que descreve os parâmetros e características de um sistema torna-se também importante, porque conflitos podem acontecem entre parâmetros e características. Altshuller cria com bastante perspicácia os 39 parâmetros de engenharia (descritos na Tabela 2) que descrevem de maneira geral os entraves encontrados por pesquisadores. Os 40 Princípios inventivos podem ser utilizados de maneira independente como uma variação do método de Tentativa-e-Erro. Porém normalmente se é utilizado em conjunto com os 39 Parâmetros de Engenharia através da Matriz de Contradição. Exemplos desta aplicação serão encontrados na próxima subseção Tabela 2: Os 39 Parâmetros de engenharia 01 Peso do objeto em movimento 21 Potência (poder). 02 Peso do objeto estático 22 Perda de energia. 03 Comprimento do objeto em movimento 23 Perda de substância. 04 Comprimento do objeto estático 24 Perda de informação.
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    15 05 Área doobjeto em movimento 25 Perda de tempo. 06 Área do objeto estático 26 Qualidade da substância ou matéria. 07 Volume do objeto em movimento 27 Confiabilidade. 08 Volume do objeto estático 28 Precisão da medida. 09 Velocidade 29 Precisão da manufatura. 10 Força. 30 Dano externo ao objeto. 11 Tensão ou pressão. 31 Fatores nocivos gerados pelo objeto. 12 Forma. 32 Facilidade de manufatura. 13 Estabilidade dos componentes de um objeto. 33 Facilidade de operação: simplicidade. 14 Resistência. 34 Facilidade de manutenção. 15 Duração da ação por um objeto em movimento. 35 Adaptabilidade ou versatilidade. 16 Duração da ação por um objeto estático. 36 Complexidade do dispositivo. 17 Temperatura. 37 Dificuldade de detecção e medição. 18 Intensidade de iluminação. 38 Amplitude da automação. 19 Uso da energia por objeto em movimento. 39 Produtividade. 20 Uso da energia por objeto estático. Fonte: Elaborada pelo autor. 3.2.3 Matriz De Contradições O método TRIZ utiliza bastante o conceito de contradição. Como exemplo, suponha um trator de regar colheitas: quanto maior a área que os braços do trator puderem alcançar, mais rápido se cobre a plantação, porém o peso de cada braço é proporcional ao seu comprimento elevado à terceira potência. A matriz de contradição relaciona um parâmetro de engenharia benéfico na vertical com um maléfico na horizontal. Isto nos dá como resultado Princípios inventivos com maior probabilidade de resolver nosso problema. Ao retornar ao exemplo do trator, é possível caracterizar o fator “que não pode piorar” como o “peso de um objeto em movimento” e o “fator a melhorar” como o
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    16 “comprimento do objetoem movimento”. A Matriz de Contradições completa encontra-se no ANEXO I, porém, pelo trecho da Matriz de contradições na Tabela 3, os princípios inventivos passíveis de proposição são1 : 8-Contrapeso – é possível compensar o peso da estrutura dos braços usando balões de gás; 29-Construção Pneumática ou hidráulica – possibilidade de eliminar os braços e deixar que os balões carreguem apenas as mangueiras com a água; 34-Descarte e reutilização – se fosse possível deixar a água menos densa que o ar os balões poderiam ser reutilizados como reservatório 15-Dinamização de Propriedades – água não é mais leve que o ar, mas o hidrogênio sim. Colocando-se um taque de oxigênio, obtém-se como subproduto água. Além disso, como esta é uma reação explosiva, pode ser usado para mover o próprio trator. Tabela 3: Trecho Matriz de Contradições com foco em 1 X 3 retirada do site triz-journal.com e traduzida pelo autor Fonte: Elaborada pelo autor 1 Elaborado pelo autor com a proposta de demonstrar a capacidade criativa da ferramenta. 1 2 3 4 5 6 Não pode Piorar Fator a melhorar Pesodeumobjetoem movimento Pesodeumobjeto estacionário Comprimentodeum objetoemmovimento Comprimentodeum objetoestacionário Áreadeumobjetoem movimento Áreadeumobjeto estacionário 1 Peso de um objeto em movimento + - 15, 8, 29,34 - 29, 17, 38, 34 - 2 Peso de um objeto estacionário - + - 10, 1, 29, 35 - 35, 30, 13, 2 3 Comprimento de um objeto em movimento 8, 15, 29, 34 - + - 15, 17, 4 - 4 Comprimento de um objeto estacionário 35, 28, 40, 29 - + - 17, 7, 10, 40 5 Área de um objeto em movimento 2, 17, 29, 4 - 14, 15, 18, 4 - + - 6 Área de um objeto estacionário - 30, 2, 14, 18 - 26, 7, 9, 39 - + 7 Volume de um objeto em movimento 2, 26, 29, 40 - 1, 7, 4, 35 - 1, 7, 4, 17 - 8 Volume de um objeto estacionário - 35, 10, 19, 14 19, 14 35, 8, 2, 14 -
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    17 Como outro exemplopara demonstrar a versatilidade da ferramenta2 , imagine uma companhia especializada em grandes eventos. Boa parte de seu tempo a empresa passa no planejamento e preparação e todo trabalho é feito em escritório. Porém, ao aproximar-se de um evento, a demanda por mão de obra bruta cresce. É útil interpretar as demandas deste problema como “fator que não pode piorar” sendo “facilidade de operação” e o “fator a melhorar” sendo a “adaptabilidade ou versatilidade”. Analisando-o através da matriz de contradições, chega-se à intersecção 33 x 35 (Tabela 4). Os Princípios inventivos sugeridos neste caso são: 1- Segmentação ou Fragmentação – pode-se separar as áreas que não realizam trabalho constante do restante da empresa deixando-as livres para assumir trabalhos de terceiros. 16-Ação parcial ou excessiva – deixar na empresa principal somente uma pequena porção dos funcionários mais habilidosos para coordenarem seções de projetos e assumirem as empresas secundárias 15-Dinamização de propriedades – criar autonomia para os gerentes das empresas secundárias para realizar trabalhos sem aumentar a carga dos empregados da empresa principal. 34-Descarte e Regeneração – a contratação de mão de obra temporária deve ser uma política constante. 2 Exemplo desenvolvido pelo autor com a finalidade de demonstrar a multidisciplinaridade da ferramenta e do método.
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    18 Tabela 4: Trechoda matriz de contradição 33 X 35 Fonte: Elaborada pelo autor 3.2.4 Recurso Substância-Campo (Su-C) Segundo [23] Savransky (2000), recursos têm papel importante na solução de problemas que estão próximos a um Resultado Final Ideal. Qualquer sistema que ainda não atingiu idealidade deve ter algum recurso de substância ou campo disponível. São citados como recursos:  Substâncias - qualquer material compondo ou produzindo uma função e seu ambiente  Campos ou energias - qualquer fluxo de energia ou campo que existem ou são produzidos no sistema ou ambiente ou que possam substituir subsistemas.  Recursos do ambiente ou naturais - qualquer substância ou Campo que existe no ambiente ao redor do sistema;  Recursos temporais - intervalo de tempo antes do início, após o final e entre ciclos do sistema; 30 31 32 33 34 35 36 Não pode Piorar Fator a melhorar Fatoresnocivosafetanto oobjeto Fatoresnocivosauto- geradospeloobjeto Facilidadedefabricação Facilidadedeoperação Facilidadedereparo Adaptabilidadeou versatilidade Complexidadedo dispositivo 31 Fatores nocivos auto- gerados pelo objeto + 19, 1, 31 32 Facilidade de fabricação 24, 2 + 2, 5, 13, 16 35, 1, 11, 9 2, 13, 15 27, 26, 1 33 Facilidade de operação 2, 25, 28, 39 2, 5, 12 + 12, 26, 1, 32 15, 34, 1, 16 32, 26, 12, 17 34 Facilidade de reparo 35, 10, 2, 16 1, 35, 11, 10 1, 12, 26, 15 + 7, 1, 4, 16 35, 1, 13, 11 35 Adaptabilidade ou versatilidade 35, 11, 32, 31 1, 13, 31 15, 34, 1, 16 1, 16, 7, 4 + 15, 29, 37, 28 36 Complexidade do dispositivo 22, 19, 29, 40 19, 1 27, 26, 1, 13 27, 9, 26, 24 1, 13 29, 15, 28, 37 + 37 Dificuldade de detectar ou medir 22, 19, 29, 28 2, 21 5, 28, 11, 29 2, 5 12, 26 1, 15 15, 10, 37, 28 38 Extensão da automação 2, 33 2 1, 26, 13 1, 12, 34, 3 1, 35, 13 27, 4, 1, 35 15, 24, 10
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    19  Recursos espaciais- posições, localizações e ordem dos subsistemas, do sistema em si e super-sistemas.  Recursos do sistema - novas técnicas e propriedades do sistema ou em conjunto com sistemas independentes em um novo super-sistema  Recursos de informação - qualquer sinal que existe ou pode ser produzido no sistema;  Recursos funcionais - a capacidade do sistema ou de seu ambiente de produzir funções auxiliárias ou secundárias. Segundo [21] Petrov (2010), a análise estatística das soluções técnicas demonstra que, para aumentar a eficiência dos sistemas de técnicas, a estrutura funcional deve ser determinada. O modelo de tal estrutura é chamado de Vepol. Vepol é o sistema mínimo de engenharia, constituído por dois recursos de substância e o campo de energia que descreve sua interação. Campos em um modelo de Recursos Substância-Campo (RSu-C) utilizam a simbologia descrita na Figura 6. Figura 6: Simbologia para análise Su-F Fonte: Elaborada pelo autor E um exemplo de Vepol se encontra na Figura 7 que descreve o sistema de uma pessoa sentada em uma cadeira.
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    20 Figura 7: InteraçãoSu-f de uma pessoa sentada em uma cadeira Fonte: Elaborada pelo autor 3.2.5 As 70 Soluções Padrões. Altshuller, em seu livro “Pequenos mundos enormes: Normas para a solução de problemas criativos” [2] diz que “desde o início, o desenvolvimento da TRIZ foi clara - você deve ter um forte banco de informação, incluindo os primeiros métodos padrão de eliminar contradições técnicas. O trabalho sobre a sua criação foi realizada por muitos anos, e a revisão de mais de 40 mil invenções identificou 40 técnicas padrão.” [25] Terninko, Domb, e Miller (2000) dizem que as "76 soluções padrão" da TRIZ foram compilados por G. S. Altshuller e seus associados entre 1975 e 1985. Elas estão agrupadas em cinco grandes classes de acordo com seus objetivos:  Classe 1: Melhorar o sistema com pouca ou nenhuma alteração (13 soluções padrão);  Classe 2: Melhorar o sistema, admitindo alterações no sistema (23 soluções padrão);  Classe 3: Transições do sistema (6 soluções padrão);  Classe 4: Detecção e medição (17 soluções padrão);  Classe 5: Estratégias de simplificação e melhoria (17 soluções padrão). Todas as soluções padrões, com exemplos, podem ser encontradas no ANEXO E. Estas soluções padrões oferecem soluções padrões a problemas frequentemente encontrados e
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    21 são uma excelenteferramenta para ser utilizada como primeiro passo na solução de um problema inventivo. 3.2.6 Padrões de Evolução Tecnológica Logo no período inicial do desenvolvimento da TRIZ, Altshuller concluiu que sistemas não se desenvolvem de maneira aleatória. Sistemas possuem características de evolução compartilhadas, mesmo em áreas não correlacionadas. Ele enumerou oito dessas características (Tabela 5) e as deu o nome de Padrões de Evolução tecnológica. O [16] Prof. Dr. Noel Leon (2006) conclui em seu artigo que “os padrões de evolução de sistemas descritos por Altshuller são a melhor base para o desenvolvimento de novos métodos e ferramentas que auxiliam na previsão e alcançar o próximo estágio na evolução dos sistemas tecnológicos.”. Tabela 5: Padrões de evolução tecnológica Formulados por Altshuller #1 A Tecnologia segue o ciclo biológico de evolução, com Gestação, Nascimento, Infância, Adolescência, Maturidade e Decadência. #2 Aumento da Razão de Idealidade #3 Desenvolvimento desigual dos subsistemas resulta em contradições. #4 Aumento do dinamismo e do controle. #5 Aumento da complexidade, seguido pela integração das partes. #6 Agregação e desagregação das partes. #7 Transição do macro sistema para o micro sistema com o uso de campos. #8 Diminuição do envolvimento humano com automação. Fonte: Elaborada pelo autor [10] Demarque (2005) descreve os padrões de evolução tecnológica da seguinte maneira: 1. A Tecnologia segue o ciclo biológico de evolução, com Gestação, Nascimento, Infância, Adolescência, Maturidade e Decadência.
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    22 1.1. Gestação: Osistema não existe ainda, mas as condições para sua criação estão sendo desenvolvidas. 1.2. Nascimento: Um novo sistema tecnológico surge quando existe a necessidade de uma função e existem meios tecnológicos para obtê-la. 1.3. Infância. Surge um novo sistema por causa de invenções de alto nível, mas o desenvolvimento é lento. 1.4. Adolescência: Começa quando a Sociedade reconhece o valor do novo sistema. Obtém-se bom desempenho e eficiência do sistema. 1.5. Maturidade: Começa quando os recursos nos quais se baseou o sistema original estão exauridos. 1.6. Decadência. Foi atingido o limite tecnológico. Começa o surgimento da próxima geração de sistema para substituir a atual. 2. Aumento da Razão de Idealidade: Todo sistema tecnológico evolui no sentido de aumentar seu valor, ou seja, aumentar os seus benefícios e diminuir seus custos. A evolução dos computadores desde o ENIAC até os PC's atuais serve como exemplo. 3. Desenvolvimento desigual dos subsistemas resulta em contradições: Os subsistemas têm diferentes curvas de vida; alguns deles podem não ser maduros tecnologicamente enquanto outros podem eventualmente já ter atingido as fases de maturidade e decadência. Um exemplo é a infraestrutura viária e de mobilidade urbana em qualquer cidade de médio ou grande porte. Subsistemas primitivos ou decadentes frequentemente seguram o desenvolvimento do sistema total. Um erro comum é focar o desenvolvimento no subsistema errado, por exemplo: tratar do desenvolvimento do motor dos aviões ao invés da aerodinâmica da sua carenagem. 4. Aumento do dinamismo e do controle: Os sistemas ganham mobilidade e controle. Por exemplo: a velocidade dos primeiros automóveis era controlada pela rotação do motor, depois veio a transmissão manual, a automática e mais recentemente a CVT; os dados antes eram armazenados em papel e organizados em estantes sequenciadas, depois progrediram para fitas magnéticas de leitura sequencial, depois para armazenamento em servidores corporativos e finalmente armazenamento em nuvem, ao mesmo tempo em que sua articulação permitiu o conceito de “Big Data”.
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    23 5. Aumento dacomplexidade, seguido pela integração das partes: Primeiro unem-se várias partes, mesmo que redundantes e depois se elimina a redundância. Por exemplo: a evolução dos sistemas de som até os sistemas portáteis atuais; a evolução dos telefones (solução para telefonia) até os smartphones (soluções para gerenciamento pessoal). Esse processo também parece natural à dinâmica do modelo econômico capitalista, onde empresas diferentes progridem sofisticando-se até que percebem a necessidade de compartilharem padrões ou plataformas comuns, quando não mesmo fundem-se. 6. Agregação e desagregação das partes: Os conjuntos são montados com partes desordenadas, seguidas pela ordenação destas partes e terminando por fazer com que as características mudem de acordo com a demanda. Por exemplo: a evolução da suspensão de veículos automotores. 7. Transição do macro sistema para o micro sistema com o uso de campos: Neste estágio faz- se uso de energia ou informação para melhorar o desempenho e o controle. Por exemplo: evolução do fogão a lenha até o microondas; a substituição dos comandos de relés e contactores eletromecânicos primeiramente por válvulas, depois por transístores e finalmente por circuitos integrados. 8. Diminuição do envolvimento humano com automação: O aumento da idealidade leva a sistemas completamente automáticos. Por exemplo: a evolução dos sistemas de lavagem de pratos passou do manual para o mecânico chegando aos atuais que dosam o abrilhantador. Os padrões de evolução de sistemas descritos por Altshuller são a melhor base para o desenvolvimento de novos métodos e ferramentas que auxiliam na previsão e alcançar o próximo estágio na evolução dos sistemas tecnológicos.
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    24 4 PROPOSTA PARASOLUCIONAR O SISTEMA DE INSPEÇÃO DE INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS Segundo [1] Altshuller (2000), pesquisas e a observação direta de processo criativo mostram que na maioria dos casos o pesquisador tenta resolver o problema sem uma cuidadosa análise de suas condições. Após cada tentativa má sucedida, o pesquisador retorna ao problema, esclarece um detalhe e faz outra tentativa de solução. A ARIZ leva em consideração esse erro generalizado em sua primeira parte de formulação do problema. Porém esta parte é aplicável quando já existe um problema específico para resolução. Para facilitar a coleta de dados e a definição de um problema [26] Terninko, Zusman e Zlotin (1998) desenvolveram o Questionário de Circunstância Inovadora (QCI) que pode se encontra completo no Anexo D. Apesar de não ser uma ferramenta da TRIZ Clássica, ela foi adotada como uma pré- análise do problema de inspeção de instalações industriais e se encontra abaixo na Tabela 6. Tabela 6: QCI do Problema de Manutenção de Instalações Industriais 1. Informação sobre o sistema que se deseja melhorar/criar e o seu ambiente. 1.1 Nome do sistema: Inspeção de instalações industriais com foco na avaliação de integridade e manutenção. 1.2 Função principal do sistema: Inspecionar instalações industriais, particularmente em áreas de mais difícil acessibilidade. 1.3 Estrutura atual ou desejada do sistema: A instalação e sua operacionalidade não devem sofrer interferência (evitar desmontagens e tempo parado). Todos os defeitos ou perigos devem ser detectados pela inspeção. Os inspetores não devem estar sujeitos a riscos físicos, psicológicos ou ergonômicos. 1.4 Funcionamento do sistema: Periodicamente os operadores devem inspecionar a instalação que idealmente se encontra em operação e, por meio da solução ideal, verificar a condição de
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    25 suas partes oupeças. Algumas intervenções para manutenção também deve ser possíveis, o que pode incluir a limpeza de componentes, ajustes e lubrificação. 1.5 Ambiente do sistema: Os ambientes passíveis de inspeção geralmente têm pouco espaço, pois cada equipamento se encontra muito próximo a outros e a paredes. Com o difícil acesso, podem existir partículas em suspensão e sujeira impregnada até o acesso ao lugar desejado. O calor, apesar de tolerável, torna estes ambientes desagradáveis por períodos prolongados. Normalmente a inspeção é feita através de espelhos e varas improvisadas. 2. Avaliação dos recursos existentes: Há grande variedade de recursos de inspeção disponíveis no mercado, tanto para montagens e desmontagens, quanto para inspeção visual e outros ensaios não-destrutivos. 3. Informação sobre a situação do problema. 3.1 Melhoria desejada no sistema ou obstáculo a ser eliminado: A. Qual o objetivo técnico? Cumprir tarefas de inspeção e algumas tarefas de intervenção com tempo, custos e riscos mínimos, sem perda de qualidade, dispensando paradas de produção e desmontagens para conseguir acesso. Nesse contexto, espera-se acessar áreas de 300x300mm e suportar temperaturas até 50°C constantes ou picos de 100°C, com alguma tolerância a campos elétricos e eletromagnéticos. B. Quais características do objeto claramente não podem ser modificadas no processo de Idealmente as instalações não devem ser alteradas para viabilizar as soluções de inspeção, logo as soluções devem ser compatibilizadas às instalações
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    26 solução? existentes. Dados brutosde inspeção devem ser disponibilizados ao inspetor, que é o responsável final pela sua interpretação. A inspeção deve ocorrer; devem ser acessadas áreas menores que 300X300 mm como dutos de ar condicionado, não pode danificar os equipamentos ao seu redor, ter um alcance de pelo menos 10 metros. Embora algum planejamento seja indispensável, o operador deve decidir e poder alterar a trajetória de inspeção. A inspeção industrial não deve danificar o sistema inspecionado. C. Qual é o objetivo econômico da solução? Economizar o tempo de operação e o lucro cessante decorrente da parada de produção. Também, mediante a melhoria da estratégia de manutenção preventiva e preditiva, espera-se reduzir custos de substituições de peças e a troca de maquinários e as perdas de produção por paradas não-programadas. D. O que é aceito como custo, mesmo que grosseiramente? Inicial: R$10.000,00 e R$100,00/ mês 3.2 O mecanismo que causa o aparecimento do obstáculo (se ele estiver claro): Limitações ergonômicas do inspetor; Impossibilidade do inspetor de acessar e/ou realizar operações no local necessário devido a restrições físicas; Falta de iluminação ou ponto de visualização; Incapacidade do operador de realizar inspeções visuais no ambiente; necessidade de parada e/ou desmontagem do maquinário para realizar a inspeção ou a manutenção; Acúmulo de sujeira ou contaminantes. 3.3 Consequências indesejadas do problema não resolvido: Programa de inspeção não-cumprido ou alto índice de defeitos não-detectados. Incapacidade de cognição e quantificação de riscos em ambiente industrial. Maquinário fora das condições ideais de
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    27 operação, resultando emmaior desgaste e produto com baixa qualidade. Inspetor lesionado devido a condições insalubres. Longo tempo de intervenção no maquinário para manutenção acarretando altos custos de produção devido ao tempo ocioso do maquinário. 3.4 Histórico do desenvolvimento do problema: Equipamentos cada vez maiores e cada vez menos espaço fez com que o espaço de acesso para manutenção fosse ficando cada vez mais comprometido. 3.5 Outros problemas a serem resolvidos: Não, a tendência de desenvolvimento faz com que esse problema se torne cada vez mais crítica. 3.6 Existem outros sistemas com problemas semelhantes? Com a Lei Estadual 4.192 de 01/10/2003 obriga a limpeza de ar condicionados anualmente, pode-se encontrar no mercado um robô que foi desenvolvido especificamente para esta tarefa. Porém este equipamento é caro e só se aplica a limpeza de sistemas de ar-condicionado. 4. Mudando o sistema. 4.1 Mudanças permitidas no sistema: 4.1.1 É possível uma mudança radical no sistema, incluindo a criação de um novo produto e/ou tecnologia? Sim, é possível remover o inspetor do processo de inspeção inicial do maquinário com o uso de um robô. Porém as alternativas disponíveis no mercado São muito caras e não atendem completamente todas as demandas da manutenção. É possível que se crie um modelo adaptável a cada uso mantendo o baixo custo de projeto com a utilização de uma impressora 3D que imprima novas partes caso seja necessário desenvolver uma nova tarefa e um kit de Arduino para fazer o controle eletrônico do robô. 5. Descreva o RFI (Resultado Final  O robô deve ter as menores dimensões possíveis;
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    28 Ideal)  Deveser capaz de carregar qualquer tipo de instrumentação para aquisição de informação;  Deve ser de fácil operação, não precisando de conhecimentos avançados;  Sistema deve ser livre de manutenção.  Ser capaz de atravessar qualquer tipo de obstáculo.  Subir por tubulações e laterais de máquinas;  Não danificar a instalação:  Ser funcionalmente flexível para atender várias situações;  Pronto para operar, sem a necessidade de longas pré-operações.  Autonomia infinita 6. Critério para seleção de conceitos de solução. 6.1 Características tecnológicas desejadas. Manutenção de maior qualidade e com menos paradas de maquinários 6.2 Características econômicas desejadas. Economia aumentando o tempo em atividade do maquinário. Menores custos devido à falha de equipamentos. 6.4 Grau de novidade esperado. Produto completamente novo 7. Construir o modelo funcional do sistema 7.1 Análise Funcional O robô deve ser capaz de se deslocar por terrenos acidentado e com obstáculos podendo subir em superfícies metálicas. Caso falhe, não pode ficar preso em lugar que pode danificar o equipamento, ser extensível podendo incorporar novos módulos no chassi quando necessário. Enxergar em lugares escuros, fazer medições básicas no maquinário e medir o ambiente a fim de manter sua autopreservação.
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    29 7.2 Análise dosrecursos do ponto de vista econômico Qualquer indústria que possua um setor de manutenção, ou seja, especializada em manutenção pode se aproveitar deste projeto. Fonte: Elaborada pelo autor Esta QCI foi feita levando em considerando os seguintes padrões de evolução de sistemas do macro sistema, que é a manutenção de instalações industriais:  Diminuição do envolvimento humano com automação: não mais o inspetor precisará adentrar lugares de risco ou insalubres, embora ainda seja responsável pela controle e tomadas de decisão na inspeção e intervenção;  Aumento do dinamismo e controle: através da redução dos empecilhos;  Agregação das partes: uma única ferramenta possuindo vários sensores, o que reduz a quantidade de equipamentos a serem adquiridos;  Aumento da razão de idealidade: na manutenção de instalações, busca-se aproximar da utopia de encontrar e sanar todas as situações que possam gerar falhas antes delas ocorrerem e sem o reparo influenciar no fluxo de produção. A Figura 8 é um esboço do conceito desenhado para a visualização da ideia inicial.
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    30 Figura 8: Esboçodo conceito inicial. Fonte: Elaborada pelo autor É sugerido um conceito de pesquisa adequadamente caracterizado e o esboço de uma ideia a ser colocado em prática. Porém para chegar mais próximo à idealidade, é necessária uma delimitação melhor de alguns subsistemas. [7] Care e Mann (2001) mencionam que, apesar da TRIZ oferecer bons métodos para a solução de problemas e desenvolvimento de produtos, ela não sugere maneiras de demonstrar e visualizar esta procura. Para a melhor visualização de todos os subsistemas envolvidos e sua hierarquia, é empregada a técnica criada por Tony Buzan chamada de MindMaps, através da ferramenta MindMeister. MindMaps são uma forma coesa de demonstrar ideias, informações e suas associações. MindMaps tem ajudado na organização de listas agendas e “Brainstorming” desde a década de 1980. Esta aplicação pode ser vista na Figura 9 e na Figura 10 onde o centro da página é o conceito central. Ao encaminhar-se para as bordas, crescem, como ramificações de uma árvore, todos os conceitos que suportam e fundamentam a ideia central. No caso da inspeção
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    31 industrial, o sistemaprincipal é suportado pelos seus subsistemas e cada subsistema possui suas ferramentas e conceitos. Interações entre as partes são demonstrados como setas na Figura 9 e na Figura 10. . Figura 9: MindMap da solução proposta - primeira metade Fonte: Elaborada pelo autor
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    32 Figura 10: MindMapda solução proposta – segunda metade. Fonte: Elaborada pelo autor 4.1 CONSTRUÇÃO MECÂNICA E ELETRÔNICA O primeiro passo é a avaliação das formas construtivas selecionadas. Para tal, é feita a análise das duas principais plataformas utilizadas neste projeto, o Arduino, que serve como base do sistema eletrônico, e a Impressora 3D, que constitui a base de construção mecânica.
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    33 4.1.1 Arduino O Arduinopossui várias versões que se diferenciam entre principalmente entre suas portas, memória interna e processador. O modelo adotado é o Arduino Uno R3 (Figura 11) por ser um modelo mediano de alta aceitação que oferece portas de comunicação suficientes para o projeto além de possuir dimensões compatíveis às necessidades. Figura 11: Arduino adquirido para o projeto. Fonte: Elaborada pelo autor. Com base em [8] Coulouris (2014) e [3] Arduino SA (2014) pode-se descrever o Arduino como sendo uma placa microcontroladora baseada no microcontrolador ATMega328 e possuindo as seguintes características:  14 pinos de comunicação digital que podem ser utilizados tanto para entrada de dados como saída, o Dos quais seis podem ser utilizados como saída para modulação por largura de pulso (PWM);  seis pinos de entrada de dados analógica;  Um ressonador de cerâmica de 16 MHz;  Uma porta de comunicação e alimentação USB-B;  Um conector de alimentação 12 v;
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    34  Barramento depinos para Programação Serial em Circuito.  Botão de Reinício (Reset) O projeto da placa é aberto. Logo, que qualquer interessado pode desenvolver placas e dispositivos compatíveis com o Arduino. As placas básicas de Arduino são complementadas por placas acessórias ou placas “Escudo” (popularmente chamadas de Shields) que podem ser encaixadas em cima da placa do Arduino com o intuito de estender suas funcionalidades como o Escudo para conexão à rede ethernet e internet (Figura 12), comunicação com cartões de memória, telas de diodo emissor de luz com sensibilidade a toque, entre outros. Figura 12: Exemplo de Shield para arduino, Fonte: Arduino.CC3 A programação do Arduino normalmente é feita na linguagem Processing através do programa da própria desenvolvedora em linguagem baseada em C/C++ ou, por ser um equipamento de construção aberta, através de qualquer outro programa diretamente em C ou C++ configurado para comunicação com o Arduino. A interface do programa de programação do Arduino pode ser vista na Figura 13. 3 Disponível em: <http://store.arduino.cc/product/A000075>.
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    35 Figura 13: Interfaceno programa do arduino Fonte: Elaborada pelo autor. Esta plataforma atente os requisitos do projeto nos fatores:  Custo - entre R$30,00 e R$62,00 pelo Arduino Uno R3 sensores variam de R$10,00 a R$90,00;  Facilidade de uso – já que a linguagem C++, além de ser parte integrante do currículo das engenharias, é uma linguagem consagrada que possui ampla gama de materiais didáticos disponíveis, bibliotecas de extensão e interfaceamento;  Fácil substituição de componentes – Componentes são facilmente encontrados no mercado e a substituição não necessita de reconfiguração.  Versatilidade – novos sensores podem ser facilmente incorporados ao Robô apenas com a inclusão das instruções específicas a este nas linhas do programa. Até a modificação da própria placa do arduino pode ser feita para
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    36 outra versão apenasatentando a declaração inicial das portas no cabeçalho do programa. 4.1.1.1 Sensores padrões Apesar da proposta do projeto é de que, o utilizador final personalize o equipamento de acordo com suas necessidades na seleção dos sensores e ferramentas que compõe o robô, a definição de alguns destes como padrão se torna necessária. Isto tanto pela necessidade de autopreservação do equipamento, quanto sensores úteis à maioria das necessidades. São listadas abaixo as necessidades levantadas Auto preservação.  Temperatura e umidade, interno e externo.  Sensores de gás Necessidades básicas  Câmera IR  Distância  Microfone Os sensores acompanham suas respectivas bibliotecas. Bibliotecas são os programas específicos do sensor que traduzem as definições das funções de programação a serem usadas para o sensor. Essas bibliotecas são disponibilizadas pelo vendedor do sensor ou encontradas facilmente na internet, já que a maioria destes componentes possui arquitetura livre. O Interfaceamento e as características destes sensores são descrito abaixo:  Sensor de temperatura e umidade (DHT-11): o Sensor de simples implementação e baixo custo o Realiza leituras de 20% a 80% de umidade e de 0°C a 50°C o Possui três ou quatro pinos sendo um de ligado ao aterramento, um ligado a fonte de 5 Volts (V), um não utilizado e o ultimo ligado a um pino de comunicação digital.  Sensor de gás (MQ-2): o Utiliza um aquecedor com um pequeno sensor eletroquímico para a detecção de metano, butano, LGP e fumaça.
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    37 o Sua sensibilidadepode ser regulada facilmente o Possui quatro pinos de comunicação, um para aterramento, um em fonte 5V, um para comunicação digital e outro para comunicação analógica.  Sensor de distância por ultrassom (HC-SR04): o Mede distâncias entre 2 e 400 cm, com precisão que pode chegar a 3 mm. o Envia por um alto-falante oito pulsos de 40kHz e detecta seu eco em um microfone medido a diferença de tempo entre a emissão e a resposta. o Possui quatro pinos: um aterramento, um de 5V, um de entrada digital que ativa o envio do sinal sonoro e outro de saída digital que acusa o retorno do eco.  Câmera IR (LS-Y201) o Resolução de 160*120 com seis leds infravermelhos ativando sem a necessidade de programação e captura imagens no formato JPEG. o Possui quatro pinos: um aterramento, um de 5V, um de comunicação serial a ser ligado no pino TX e outro de comunicação serial para o pino RX.  Microfone (MAX4466) o Pré-amplificado, possui microfone com resposta de 20 Hz a 20kHz. o Em seus três pinos, um é ligado ao aterramento, outro pode ser ligado tanto na saída de 3V quando de 5V e o terceiro envia a saída da curva de onda sonora que pode ser enviada diretamente a um fone de ouvido ou tratado no próprio arduino. Além dos sensores o Arduino faz o controle dos quatro motores do sistema de locomoção. Este controle é feito através de joysticks similares ao de controntroladores de videogames. É analisado o modelo VUPN5940. Cada joystick é constituído de dois potenciômetros de 5 mil Ohms (kΩ) perpendiculares responsáveis por indicar a variação em seu respectivo eixo. Este modelo também possui um botão normalmente aberto, que é acionado caso o centro do manche seja pressionado.
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    38 Este modelo dejoystick possui cinco pinos. Um para o terra, um para entrada de 5V, dois de resposta analógica que são a resposta do posicionamento do manche em seus dois eixos e um para saída digital que indica o pressionamento do botão. Como todo o circuito trabalha com corrente contínua, há duas maneiras de realizar o controle de velocidade dos motores. O primeiro é a ligação direta na saída do potenciômetro que fará o controle de corrente elétrica para o motor. A desvantagem desta opção é que o torque do motor reduz com a redução da corrente elétrica devido à resistência do potenciômetro. O segundo método requer mais trabalho, porém mantem o torque praticamente constante independente da velocidade do motor. A leitura da corrente modificada pelo potenciômetro é feita pelo Arduino. Esta informação é transformada em porcentagem que será relacionada à velocidade do motor através de um algoritmo de modulação por largura de pulso (PWM). O princípio do PWM é emitir pulsos que duram microssegundos regulando o tempo em que o motor fica ligado. Como este chaveamento ligado-desligado ocorre à altas frequências, não há vibração mecânica resultante e o torque do motor se mantem o mesmo apesar da variação em sua velocidade. 4.1.2 Impressora 3D Também conhecida como Prototipagem Rápida, a impressão em 3D é feita a partir de um sistema de posicionamento em três eixos e, normalmente, uma cabeça extrusora que realiza a construção fatia-a-fatia de peças. Segundo [17] Maia (2013) as etapas que culminam na impressão de um modelo físico começam com um desenho digital (modelo em desenho assistido por computador [CAD], imagem tomográfica, imagem obtida com scanner de superfície 3D) e é transformado em um arquivo STL (estereolitografia, sigla do inglês stereolithography) que aproxima a superfície do CAD através de uma malha triangular. A seguir, esse arquivo é transferido para o programa da impressora, onde é posicionado dentro do volume virtual que simula o volume físico de construção. Após a orientação neste volume, a peça é fatiada para posterior reprodução física destas fatias uma a uma. Terminada a impressão as peças são retiradas da impressora para remoção do material de suporte de construção. A Impressão 3D é um dos mais recentes processos de fabricação e há diversas empresas o desenvolvendo. Assim, apesar do processo poder ser descrito genericamente como
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    39 no parágrafo acima,algumas características e etapas do processo variam drasticamente entre os fornecedores deste equipamento. Podemos classificar as impressoras segundo sua construção e seu método de extrusão. Segundo sua construção, impressoras 3D podem ser classificadas como:  Factory ready ou pronta de fábrica: A impressora chega para o usuário pronta para ser instalada e sem acesso aos componentes construtivos (hardware). Normalmente são modelos mais precisos, porém com custo mais elevado.  DIY (sigla para Do It Yourself) ou faça você mesmo: O fabricante envia os componentes necessários para realizar a construção de uma impressora, porém toda a montagem e configuração são feitas pelo usuário final. A vantagem deste modelo é a possibilidade de alterar o os componentes para atender a necessidade específica e seu baixo custo. A óbvia desvantagem é necessitar de tempo e conhecimentos específicos para realização da montagem. Segundo o método de extrusão, as impressoras 3D podem ser classificadas como:  Por resina ou por banho: uma resina liquida ou em pequenas partículas de plástico são mantidas em um tanque. As peças são impressas em suspensão em meio à resina através de um feixe de energia, normalmente um laser, focalizado em um ponto específico do tanque. Este processo pode ter resoluções menores que 25 micra, contudo, é um equipamento que possui uma menor razão entre o volume útil de impressão e o volume ocupado pela impressora.  Por filamento: um filamento, normalmente composto de plástico poliácido láctico (PLA) ou acrilonitrila butadieno estireno (ABS), fica armazenado em um rolo externo e é forçado através de uma ponta que aonde é aquecida somente o suficiente para que seja derretida. Ao sair desta ponta, conhecida como cabeça extrusora (Figura 15), o material é colocado adicionado a um ponto da peça a ser impressa. A Universidade Católica de Petrópolis (UCP) recentemente adquiriu um modelo de impressora factory ready com extrusão por filamento que pode ser visto na Figura 13.
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    40 Figura 14: Impressora3D da UCP Fonte: Elaborada pelo autor. Figura 15: Cabeça extrusora da impressora 3D da UCP Fonte: Elaborada pelo autor.
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    41 O filamento propostoe que atende as especificações do projeto é o ABS de 1.75mm. [9] O ABS começa a se deformar na temperatura de 80° Celsius, mas derrete somente a 105°C, suporta uma força de tensão de 28.27 Mega Pascal e possui um módulo de Flexão de 1,862 Giga Pascal. A Resistência moderada do ABS trabalha a nosso favor neste projeto, pois, caso alguma parte se solte ou fique preza no interior de algum equipamento, por ser de um material mais macio que o aço, dificilmente causará algum dano. 4.2 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO Como recomendado por diversos autores e o próprio Altshuller, para começar o desenvolvimento e aprimoramento do sistema de locomoção foi utilizado o ARIZ-85C. Está descrito abaixo os pontos principais deste desenvolvimento. A aplicação completa da ARIZ- 85C pode ser encontrada no APÊNDICE A. Para explicações sobre o preenchimento da ARIZ-85C, recorra ao ANEXO H que possui a descrição desta ferramenta. 4.2.1 ARIZ-C parte 1 Na primeira parte da ARIZ-85C analisa-se o problema no sistema de locomoção. Nela são arroladas algumas características básicas do sistema que podem parecer elementares, porém, com o avanço do desenvolvimento e da busca de uma solução, detalhes bem definidos ajudam a encontrar uma solução ótima mais rapidamente. Com as definições básicas descritas, identificam-se os conflitos e os intensificamos. Como dito anteriormente, um problema não existe sem uma contradição e intensificando-as, torna-se mais aparente a causa raiz do problema. Tabela 7: Trecho de descrição do conflito na ARIZ-85C. 1.4. Exprimir o conflito no sistema de maneiras opostas. CNF1: Reduzir as rodas para que elas ocupem menos espaço; CNF2: rodas maiores ultrapassam melhor obstáculos; CNF3: é preciso se
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    42 deslocar em inclinaçõeselevadas e não há atrito suficiente com rodas. 1.5. Intensifique o conflito. CNF1: rodas mínimas ou apenas uma superfície sem atrito - se locomove bem mais não transpõe obstáculos; - CNF2: consegue transpor objetos, mais pode reduzir a mobilidade. - CNF3 maior superfície de contato significa mais espaço sendo ocupado Fonte: Elaborada pelo autor. Nos passos seguintes da parte 1 escolhemos o conflito com maior potencial de solução o descrevemos da maneira mais simples e genérica possível delimitando conceito de pesquisa que será mais bem elaborado nos passos seguintes do desenvolvimento. 4.2.2 ARIZ-85C Parte 2 & Parte 3 A parte 2 é focada na delineação do problema e levantamento de recursos disponíveis através de três fatores:  Definição da Zona Operacional (OZ) - aonde o sistema será utilizado;  Definição do Tempo Operacional (TO) - Quando o sistema será utilizado, e;  Definição dos Recursos Substância-Campo (RSu-C): Quais os recursos atualmente disponíveis para utilização A Tabela 8 traz o levantamento destes recursos. Tabela 8: Trecho da parte 2 da ARIZ-85C. 2.1. Defina a Zona Operacional (ZO) ZO1 - interior de dutos: grandes vãos devido a bifurcações verticais, intensa quantidade de sujeira fina e partículas suspensas, velocidade do fluxo de ar de 10 m/s temperatura: entre 35°C e -5°C; ZO2 - Entre maquinários: ambiente impregnado
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    43 com graxas eóleos, temperaturas de operação de 40°C e picos de 100°C. Obstáculos como degraus, fios, calhas e valas a serem transpostas. 2.2. Defina o Tempo operacional (TO) Utilizado principalmente para se chegar ao ponto de interesse, retorno ao ponto de entrada da inspeção e ajustes durante a medição. 2.3. Defina os recursos Substância-Campo (RSu-C) Substâncias: superfícies, rodas, motores; Campos: campo gravitacional, força para locomoção e mudança de direção. Fonte: Elaborada pelo autor. Na parte 3, são concatenadas as conclusões da parte 1 com a parte 2 para se chegar ao Resultado Final Ideal O RFI do nosso sistema, foi definido como “O sistema de locomoção deve transpor obstáculos e ter grande aderência, sem reduzir sua mobilidade.”. 4.2.3 ARIZ-85C Parte 4. Para solucionar as contradições obtidas na Parte 1 do ARIZ-85C o próprio algoritmo sugere no passo 6.1 a utilização de Recursos Substância-Campo. A Figura 16 mostra a visão do conflito utilizando RSu-C.
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    44 Figura 16: Conflitoesboçado através de RSu-C. Fonte: Elaborada pelo autor. Esboçado o sistema em Recursos Su-C, a visualização do problema é intensificada e é iniciada a busca de soluções seguindo os princípios da ferramenta. A pesquisa foi iniciada pelas Soluções Padrões. Como existem grandes restrições em como alterar o sistema, pode-se utilizar soluções da Classe 2, mais especificamente, a solução 2.4.1 “Adicionar material ferromagnético e/ou campo magnético a um sistema” apresenta potencial. Como um dos requisitos é a locomoção na vertical e Ambiente de Operação é todo revestido de metal, a utilização de imãs em volta da roda resolve este quesito. Imãs oferecem uma excelente solução para que seja atingida a mobilidade vertical, porém possuem uma contradição física. Como imãs são constituídos por ligas de ferro, seu alto peso pode ser um problema no projeto. É possível generalizar o problema de tamanho da roda para o problema genérico de melhorar o parâmetro de engenharia “Forma” sem piorar o parâmetro de engenharia “Produtividade”, no sentido de não reduzir a eficiência de locomoção. Ao utilizar esses parâmetros na Matriz, é encontrado na interseção 39 X 12 o Princípio inventivo 17 “Mudança para Outra Dimensão” como potencial de solução para nosso problema. Analisando a roda como um sistema de coordenadas polar, a variação dela
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    45 seria somente oaumento de tamanho, porém se for sobreposto este sistema em um plano cartesiano, com a variação de uma dimensão linearmente, é encontrado um oblongo, parecido com um rasgo de chaveta. O que existe parecido com esta forma sendo utilizada como sistema de locomoção é a esteira em tratores (“continuous track”). Como listado pelo blog de robótica [5] buildbot.com.br, esteiras possuem as seguintes vantagens e desvantagens:  Vantagens o O contato constante com o solo, evita perda de tração; o Distribui o peso uniformemente, possibilitando enfrentar uma grande variedade de superfícies;  Desvantagens o Quando acionado somente um motor para direcionamento, existe uma força lateral que causa desgaste da superfície da esteira; o Para uma maior variedade de terreno e dependendo do tamanho da banda da esteira, opta-se pelo uso de diversas trilhas, o que aumenta a complexidade mecânica; A unificação destas duas soluções pode ser representada em recursos Su-C como na Figura 17 Figura 17: RSu-C da esteira com imãs Fonte: Elaborada pelo autor. Apesar de a esteira aumentar a mobilidade do sistema foi considerado que este ainda não atingiu o nível de idealidade esperado.
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    46 Portanto, outro pontoque é possível abstrair deste princípio inventivo é a mudança da direção de movimento. A esteira produz um movimento linear “Frente e traz”, e ao movimentar apenas uma das esteiras, ela varia angularmente de direção. O robô de inspeção se beneficiaria se fosse possível ter uma movimentação linear lateral. O dispositivo que realiza este tipo de movimentação é uma roda omnidirecional como a da Figura 18. Figura 18: Roda Omnidirecional – modelo em CAD (Computer Aided Design) por Salim Benyoucef Fonte: Elaborada pelo autor. Estes dois conceitos juntos podem ser representados por Recursos Su-F como descrito na Figura 19. Figura 19: RSu-C com a roda Omnidirecional Fonte: Elaborada pelo autor.
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    47 Todas as substânciasincluídas supriram a insuficiência dos campos, porém eles ainda não funcionam em conjunto, é preciso se dar mais um passo para termos um sistema completamente funcional. Como é possível que a roda omnidirecional, esteiras e imãs trabalhem juntos? A TRIZ em seus padrões de evolução tecnológica nos dá a tendência de evolução que soluciona estes tipos de problema. O Padrão de evolução de sistemas #5 descrito por Altshuller diz que sistemas têm a tendência de aumento da complexidade, seguido pela integração das partes. Na aplicação no problema específico do sistema de locomoção, o objetivo é unir a esteira com a roda omnidirecional e os imãs. A maneira de resolver isto é agregar todos estes micro-sistemas juntos e remover as características redundantes. Usa-se como base a esteira e incorpora-se roda omnidirecional. A característica particular deste modelo de roda que resolve nossos problemas são as pequenas rodas em ângulo à sua volta. Portanto, incluindo pequenas rodas ao redor da esteira, cumpre-se a incorporação destes dois micro-sistemas. Segue-se para a incorporação dos imãs. Como para forças provenientes de campo de origem pontual sua intensidade decai pelo inverso do quadrado da distância, o ideal é manter o imã o mais próximo possível da superfície de contato. Na esteira omnidirecional que temos, a parte mais próxima da superfície de contato são as pequenas rodas em ângulo. Portanto, a fabricação destas rodas com material ferromagnético é o passo final para a incorporação destes três micro-sistemas e pode ser visto em RSu-F na Figura 20, projeto em 3D na figura 14 e esquema técnico na Figura 22.
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    48 Figura 20: EsteiraMagnética Omnidirecional representada em RSu-C. Fonte: Elaborada pelo autor. Figura 21: Modelo proposto para o sistema de locomoção Fonte: Elaborada pelo autor.
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    49 Figura 22: Dimensõesda esteira Fonte: Elaborada pelo autor. 4.2.4 Dimensionamento Como um dos requisitos funcionais, é necessário que o robô consiga subir paredes verticais. A representação das forças nesta situação pode ser vista no diagrama de corpo livre da Figura 23. Figura 23: Diagrama do Robô subindo uma parede vertical. Fonte: Elaborada pelo autor.
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    50 De acordo coma representação acima, este problema é dependente de três forças. A força peso (Fpeso), a força de atrito (Fat) e a atração dos ímãs na superfície metálica (Fimãs). A primeira força analisada, a força de atração dos imãs, é calculada de maneira experimental. Um dos imãs que compõe a esteira foi preso a uma garrafa plástica por meio de um arame de estanho. O imã, por sua vez foi colado a uma chapa metálica. Este arranjo pode ser visto na Figura 24. Após tal montagem, foi-se adicionando água lentamente na garrafa até que o imã se desgrudasse da chapa e então a garrafa com a água adicionada, arame e ima foram pesados. Este experimento foi realizado com três conjuntos de arranjos diferentes com o intuito de aumentar a precisão. Os resultados foram os seguintes:  Conjunto 1: 114 gramas (g)  Conjunto 2: 102 g  Conjunto 3 114 g Figura 24: Arranjo do experimento da força do imã. Fonte: Elaborada pelo autor.
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    51 Adotando uma médiadas medições, é possível afirmar que cada imã é capaz de oferecer uma força de atração em uma chapa metálica de 110 grama-força (gf) ou 1,0769 Newtons (N). Sabendo que cada seguimento da esteira possui 16 imãs e considerando somente a força dos cinco seguimentos da esteira que mantêm pleno contato com o chão, é possível estimar a força total realizada pelos imãs das duas esteiras como: 1.0769[𝑁] ∗ 16 ∗ 5 ∗ 2 = 172.304[𝑁] (4.1) O coeficiente de atrito dependerá da superfície em que o robô irá atuar. Porém, pela tese de doutorado de [22] Parucker (2008), é possível se basear no pior caso para o níquel, que é o metal que reveste os imãs. Segundo [22] Parucker (2008), o coeficiente de atrito entre ligas de níquel varia de 0,29 a 1,0. É adotado, portanto, o pior caso de 0,29 para a subida vertical. A força de atrito é dada pela equação (4.2). 𝐹𝑎𝑡 = 𝐹𝑛 ∗ 𝜇 𝑠𝑡 (4.2) Onde Fn é a força normal à superfície, neste caso Fn é igual à Fimã encontrada anteriormente e μst é o coeficiente de atrito. A força de atrito é calculada como sendo: 𝐹𝑎𝑡 = 172.304 [𝑁] ∗ 0.29 = 49.968 [𝑁] (4.3) No programa utilizado para fazer o desenho do modelo (SolidWorks 2014) foi adicionado as características de materiais de cada uma das partes do robô. Com essas informações o programa retorna as propriedades de massa do objeto desenhado. A resposta do programa pode ser visto na figura
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    52 Figura 25: Propriedadesde massa do Robô gerado pelo SolidWorks Fonte: Elaborada pelo autor. O peso do robô, portanto é de 18,5N sendo a força de atrito aproximadamente 2,7 vezes maior. Isto significa que o robô pode subir em uma superfície vertical rebocando uma massa de mais de 3 kg. Para realizar este trabalho, os motores devem ser capazes de gerar torque suficiente para realizar este trabalho. A Figura 22 mostra que a distância do centro do eixo do motor a superfície de contato é de 88,8mm. Sendo a força (F) gerada pelo motor na superfície a razão do torque pela distância mencionada, o torque (T) de cada um dos quatro motores deve ser: 𝐹 = 49.968[𝑁] = 4 ∗ 𝑇 8.88[𝑐𝑚] ∴ 𝑇 = 110,929[𝑁 ∗ 𝑐𝑚] (1.1)
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    53 Apesar de serum torque relativamente alto, soluções com as dimensões necessárias podem ser encontradas em diversos fabricantes. 4.3 DESENVOLVIMENTO DA AUTONOMIA Altshuller sugere a utilização de um ARIZ para a resolução de problemas, em especial problemas complexos. Porém ele, e todos os autores sobre o método, concordam que a utilização das ferramentas é de total arbitrariedade do pesquisador e que as ferramentas retêm sua capacidade de solução de problemas mesmo sendo afinidade ou preferência o único método de seleção. Aqui foi englobado em autonomia, todo e qualquer fator que influencie na amplitude da área de atuação do robô, tais como a quantidade de tempo que o robô pode permanecer em operação, assim como influências externas e internas que causem o término (abrupto ou não) de sua operação. Como uma das características fundamentais levantadas no início do desenvolvimento, o Robô de inspeção não pode, de maneira nenhuma, ficar preso dentro do equipamento sendo inspecionado. Com isso, desenvolvimento do sistema da autonomia é focado na robustez e confiabilidade do sistema. [14] Hipple (2006) em seu artigo para Triz Journal, sugere a utilização de método TRIZ em “reverso” como um método de predição de falhas. Em síntese, em vez de o pesquisador pesquisar maneiras de melhorar o sistema, o TRIZ Reverso propõe se tornar o sabotador do sistema e analisar o que deve ser feito para inutiliza-lo. O ARIZ pode ser simplificado para: 1. Identifique o estado ideal; 2. Identifique os recursos necessários para se chegar a este estado; 3. Identifique as contradições que devem ser resolvidas; 4. Identifique como utilizar estes recursos e resolver tais contradições; 5. Implementar e checar qualidade da solução. [14] Hipple (2006) sugere como método “reverso”, no sentido de linha de raciocínio, de Análise de predição de falhas simplificado as seguintes etapas: 1. Identifique o estado ideal; 2. Inverta o estado ideal;
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    54 3. Exagere oestado ideal invertido; 4. Como conseguimos atingir este estado ideal invertido. Com esta linha de pensamento e análise pode-se utilizar das ferramentas do método TRIZ, não para solucionar problemas, mas para analisar quais efeitos causarão uma falha em nosso sistema e, uma vez identificada, implementar o método original de solução de problemas e contradições. 4.3.1 Aplicando a TRIZ Reversa. Seguindo a linha proposta por [14] Hipple (2006) e a definição de autonomia dada anteriormente, o estado ideal do sistema pode ser descrito pelas características: 1. O sistema nunca para de funcionar, mantendo boa intensidade de sinal durante toda sua atividade; 2. O sistema não perde ou corrompe nenhum bit durante a transmissão de dados; 3. O sistema possui baixo consumo de energia resultando em poucas baterias e menor peso 4. Não sofre interferência de fontes externas que possam causar perda de sinal ou mau-funcionamento. Depois de descritas as características ideais, este estado é invertido e amplificado: 1. Nenhuma comunicação deve ser realizada, toda transmissão de informação deve ser bloqueada; 2. Qualquer informação que consiga ser transmitida deve sofrer interferência suficiente para torná-la ilegível. 3. Sistema de alto consumo de energia com todos os sensores e dispositivos em plena atividade simultânea resultando na necessidade de grandes baterias. 4. Altamente susceptível a campos magnéticos, mudanças de temperatura e umidade. Com isso, têm-se descrito de maneira genérica as possíveis falhas e problemas que há na autonomia de nosso sistema. O passo seguinte é descrever como pode-se realizar esta “sabotagem” no sistema. Enumera-se então como é possível atingir cada um destes estados ideais invertidos.
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    55 1. Uma blindagemeletrostática impede a transmissão de qualquer comunicação entre o robô e seu operador. Este efeito pode aparecer naturalmente no caso de inspeções dentro equipamentos com carcaça de metal. 2. Interferência pode ser causada por grandes campos magnéticos, que por sua vez podem ser gerados por equipamentos e cabos de energia de potência elétrica. Fazer o robô se locomover por corredores de serviço, calhas para fiação e equipamentos em atividade pode gerar este efeito. 3. Utilizar tecnologias ultrapassadas de bateria. Realizar todo o processamento de dados no próprio robô utilizando um sistema de transmissão de grande potência para vencer as barreiras dentro de instalações industriais terá um consumo elevado. Caso o robô seja programado para funcionar sem a interação com o operador ele necessitará destes requisitos. 4. Componentes expostos são susceptíveis a qualquer intempérie do ambiente. Agora que os problemas estão bem identificados, pode a solução se tornar evidente em alguns pontos. 4.3.2 Solucionando os Problemas Levantados. As soluções de problemas complexos do sistema naturalmente se tornam mais fáceis, uma vez que os subproblemas que culminam neste são resolvidos. Por isso, começa-se pela solução dos problemas mais simples e prossegue-se para os mais complexos. Uma vez descrito o problema de maneira correta, a resposta do problema por muitas vezes se torna óbvia. Por exemplo, observando o 4° problema levantado pode ser resolvido facilmente utilizando uma caixa protetora para separar os componentes do meio. Em relação ao 2° problema, os pré-requisitos do problema exigem modificar o meio de operação do robô o mínimo possível. Portanto, é necessário lidar com os campos nocivos atingindo o robô de inspeção, cuja solução pode ser encontrada na Classe 1 de Soluções Padrões (ver Anexo E). O item 1.2 desta classe trata da eliminação ou neutralização de um efeito prejudicial ou danoso. Mais especificamente, o item 1.2.1 sugere a adição de uma nova substância para a remoção do efeito prejudicial. Na Eletrônica a blindagem eletrostática é um efeito muito utilizado, que é conseguido com uma tela de material condutor envolvendo o objeto a ser blindado. Este efeito também é conhecido pela experiência famosa da Gaiola de Faraday. Portanto, uma malha fina de cobre
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    56 isolaria nossos componentesde campos magnéticos externos. Esta solução está demonstrada na Figura 26 e na Figura 27. Figura 26: Vista lateral inclinada da blindagem eletrostática Fonte: Elaborada pelo autor. Figura 27: Vista superior inclinada da blindagem eletrostática Fonte: Elaborada pelo autor.
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    57 O 1° e3° problemas levantados possuem uma maior complexidade. Neste caso a utilização de uma ferramenta mais robusta se torna necessário. Recorrendo a matriz de contradições, a definição genérica do problema de proteção do sistema pode ser dada pela melhoria do princípio de engenharia “Perda de Informação” sem prejuízo ao fator “Desperdício de energia”. Na matriz, este se dá pela intercessão 22 X 24. Infelizmente esta não fornece um resultado útil, o que não é de todo estranho. Esta matriz desenvolvida por Altshuller em torno da década de 1980, como descrito em capítulos anteriores, é o fruto da análise de patentes russas da época. E durante este seu período de desenvolvimento, a quantidade de patentes para resolução de problemas eletrônicos era muito limitada. Tenha em mente que o primeiro computador pessoal, o Kenbak-1, foi lançado apenas 10 anos antes em 1971. Porém, como a TRIZ foi desenvolvida com o intuito de ser uma ferramenta de constante atualização e como ferramenta para estimular a criatividade, não substituí-la, Altshuller também publicou uma lista com os Princípios Inventivos em ordem de utilização. Esta lista é encontrada integralmente no ANEXO C. Para a Solução deste problema o quinto item da lista, o Princípio Inventivo 02, foi selecionado. O Princípio Inventivo “Extração” propõe separar de um objeto a propriedade ou parte que interfere, ou escolher a única parte ou propriedade necessária para um objeto (ver ANEXO B). Neste sentido, a única parte que realmente é útil ao robô, é o sensoriamento. É extraído então o microssistema de transmissão de dados. Se não for feita a transmissão de dados utilizando antenas e transmissores, os problemas levantados deixam de existir. Porém, como mencionado no item 3.1.2 deste trabalho, se não houver contradições não existe problema. Neste caso, o sistema de transmissão de dados deve existir. O operador do robô deve estar consciente de tudo o que ocorre para que possa tomar decisões relacionadas à manutenção e segurança do equipamento em tempo real. Como solução para esta contradição, surge à possibilidade de se adotar um micro sistema de transmissão de dados por fios como demonstrado na Figura 28.
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    58 Figura 28: Detalhedo cabo para transmissão de dados Fonte: Elaborada pelo autor. Esta solução, por sua vez, traz um novo problema que é a redução da mobilidade. Como resposta a esta nova situação, dois novos princípios inventivos se destacam. O Princípio Inventivo 22: Tirar Benefício da Desgraça; e o Princípio Inventivo 03: Qualidade Local. O PI22 sugere o uso de fatores nocivos, como a falta de mobilidade, para obter um efeito positivo. Assim sendo o cabo que reduz a mobilidade do sistema se torna um elemento primordial para a segurança caso o robô tenha alguma pane e pare de funcionar dentro do equipamento. No caso de ocorrer esta situação, o cabo de comunicação pode ser utilizado com a mesma função das linhas de vida para mergulhadores. Em pane, o robô é resgatado simplesmente puxando o cabo e o arrastando para saída. O PI03 reforça esta ideia sugerindo que cada parte do objeto realize uma função diferente e desejada. O núcleo do cabo realiza a transmissão de dados e o exterior pode ser revestido com malha de aço reforça sua resistência para resistir à tração necessária ao procedimento de resgate.
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    59 5 RESULTADOS O resultadodo projeto é o modelo conceitual de um sistema completo de inspeção como pode ser visto na Figura 29 e na Figura 30 abaixo. Figura 29: Vista traseira do robô Fonte: Elaborada pelo autor. Esta solução está orçada da seguinte maneira:  Placa Arduino Uno R3........................R$ 60,00  Protoboard, e miscelâneas..................R$ 35,00  Imãs.....................................................R$ 400,00  Câmeras...............................................R$ 180,00  Sensores de temperatura e pressão......R$ 20.00  Sensores de distância.........................R$ 30,00
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    60  Sensor desom.....................................R$ 10,00  Impressora 3D....................................R$ 4.000,00  Filamento para impressão...................R$ 240,00  Sensores extras avulsos......................R$ 40,00 média/cada  Shield + Tela de LCD .......................R$ 100,00  Manches de controle..........................R$ 30,00  Fiação.................................................R$ 100,00  Conectores........................................ R$ 100,00  Outros................................................R$ 100,00 Com esta configuração básica definida no projeto, o custo de implementação deste equipamento é um pouco acima de R$ 5.500,00, se mantendo dentro da proposta de orçamento inicial. Figura 30: Vista frontal do robô Fonte: Elaborada pelo autor.
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    61 Entretanto faz-se necessárioressaltar que, como o desenvolvimento partiu do ponto de vista de uma empresa resolvendo seus próprios problemas de manutenção, este custo estimado inclui a aquisição de uma impressora 3D, tendo em vista que poucas empresas possuem este recursso. Após aquisição da impressora 3D, a mesma pode e deve ser explorada por outras áreas. Também deve ser levado em conta que, caso não se faça necessário a locomoção na vertical os imãs podem ser substituídos por roletes de borracha ou outro material. Portanto, sem os imãs caso já haja uma impressora disponível, o custo de implementação desta solução pode ser de somente R$ 1.100,00. Novos acessórios podem ser facilmente implementados ao robô dependendo das características de operação utilizando os pinos não utilizados do arduino. Caso acabem as portas, é possível a utilização de outro modelo como o Arduino Mega 2560. Este modelo possui 15 pinos de entrega analógicos, 13 saídas PWM, 32 pinos digitais e 8 pinos de comunicação, que é aproximadamente 3,5 vezes a quantidade de pinos disponíveis para o modelo Uno R3. O Robô ainda possui uma área superior que pode ser desenvolvidas outras ferramentas com o braço robótico proposto na Figura 31.
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    62 Figura 31: Robôcom Braço Fonte: Elaborada pelo autor.
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    63 6 CONCLUSÃO A metodologiaTRIZ leva tempo para ganhar domínio. Boa parte do desenvolvimento deste trabalho foi gasto no estudo da escassa literatura sobre esta metodologia pelo autor. Porém uma vez aprendida, sua aplicação é extremamente fácil e intuitiva. Sugere-se, independente da linha e da quantidade instrução do leito, que este se familiarize com a TRIZ. Por ser utilizada como catalizador do conhecimento do utilizador, a TRIZ torna a resolução de problemas um processo muito mais eficiente. Há artigos mostrando sua utilização em todas as áreas de engenharia, no desenvolvimento de software, em gerenciamento de pessoas, em administração, entre outros. O método, apesar de ter sido formulado a mais de 40 anos, não aparenta se tornar obsoleto no futuro próximo. Porém algumas ferramentas possuem uma defasagem na resolução de problemas ligados a novas tecnologias. Em especial a Matriz de Contradições desenvolvida por Altshuller encontrada no ANEXO I não oferece muito auxílio a problemas relacionados à eletrônica. Por outro lado, esta ferramenta foi desenvolvida com o intuito de permanecer em constante atualização é há relatos de utilizadores da TRIZ que possuem suas próprias versões da Matriz com conhecimentos de patentes modernas incluídas pelos próprios. E isto é simples de se realizar por um utilizador regular da TRIZ A solução foi, pessoalmente, muito satisfatória. Em especial o desenvolvimento do sistema de locomoção. Neste foi possível o desenvolvimento de algo completamente novo no mercado. O conceito de omnidirecionalidade ainda é novo no mercado e poucos pesquisadores enxergam seu potencial. Assim alinhar este conceito em uma esteira ainda usando conceitos de magnetismo para aderência demostra o verdadeiro potencial da metodologia de desenvolvimento adotada. Ainda assim este projeto está apenas em seu início e ainda há muito potencial para desenvolvimento da ideia. Por se tratar de uma construção modular, ferramentas e alterações no projeto para atender peculiaridades da área que o robô irá atuar podem ser facilmente desenvolvidas. A Figura 31 é um exemplo desta versatilidade. Como a construção é à base de plástico rugoso e macio, é sugerido também à utilização de parafusos e colas para incorporar ferramentas tradicionais tanto na parte inferior quanto na superior do robô. Este trabalho se iniciou se buscando apresentar, primeiramente algo desconhecido destro da UCP. Esta parte foi cumprida, tanto com o desenvolvimento do conceito de robô de
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    64 inspeções de instalaçõesindustriais construído com base de impressão 3D e módulo de Arduino, quanto na apresentação da TRIZ que era desconhecida dentro da UCP e muito pouco conhecida no restante do país. A fim de avaliar o desenvolvimento desta ferramenta de inspeção, montou-se a tabela abaixo comparando o Resultado Final Ideal desenvolvido no capítulo 4 com a solução alcançada. Tabela 9: Comparação do RFI levantado com a solução proposta. 1. O robô deve ter as menores dimensões possíveis; Possui área frontal de 200mm X 169mm se mantendo menor que o requisito de 200mm X 200mm 2. Deve ser capaz de carregar qualquer tipo de instrumentação para aquisição de informação; As funções sugeridas neste trabalho utilizam 13 pinos dos 20 disponíveis no arduino. A capacidade de expansão existe somente com a necessidade de aquisição de novos sensores 3. Deve ser de fácil operação, não precisando de conhecimentos avançados; A maior parte dos códigos de comunicação entre o Arduino e seus periféricos é de livre utilização, sendo disponibilizado tanto por fabricantes como entusiastas, tornando a ferramenta, que já não possui alto grau de complexidade ainda mais fácil. 4. Sistema deve ser livre de manutenção. Apesar de ainda ser necessária a realização de manutenção, como a estrutura é impressa, caso o equipamento sofra dano, basta a impressão de um componente novo. 5. Ser capaz de atravessar qualquer tipo de obstáculo. A esteira o torna capaz de atravessar qualquer obstáculo comum do ambiente industrial. 6. Subir por tubulações e laterais de máquinas; Os imãs da esteira cumprem facilmente este tópico. 7. Não danificar a instalação: O plástico que compõe a maior parte do robô dificilmente causará danos mecânicos em um maquinário de metal, e os imãs de neodímio são extremamente frágeis, sendo eles o componente a quebrar no caso de choque com um aço. Além disso, em caso de pane, o robô pode ser resgatado pelo seu cabo de alimentação que funciona como linha de vida. 8. Ser funcionalmente flexível para atender várias situações; Todas as peças, tanto elétricas quanto mecânicas podem ser substituídas ou modificadas facilmente. A incorporação de novos módulos, como o braço mecânico da Figura 31 que pode ser incorporado facilmente tanto do ponto de vista elétrico quanto mecânico. 9. Pronto para operar, sem a necessidade de longas pré- operações. Única pré-operação necessária é ligar o componente. Não há nenhuma pré-calibração ou warm-up necessário.
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    65 10. Autonomia infinita Comoo dispositivo é alimentado e controlado por um cabo, e possui bateria de emergência, ele pode se manter ligado por tanto tempo quanto se fizer necessário. Fonte: Elaborada pelo autor. O segundo objetivo era um pouco mais ousado e visava apresentar um modelo funcional da solução apresentada. Infelizmente a atipicidade deste ano de eleições e copa do mundo de futebol gerou atrasos de até quatro meses nos materiais de pesquisa importados para este projeto. Mesmo assim, o estudo permitiu o entendimento de uma metodologia de trabalho em linhas de pesquisa criava tornando o pesquisador mais eficiente ao chegar a uma solução mais rapidamente, e menos angustiado por não ser mais necessário enfrentar todas os erros até se chegar a uma solução. Este estudo também mostrou o vasto campo de possibilidades inexploradas tanto em tecnologias recentes que possuem pouco tempo de mercado, quanto em tecnologias consagradas. Em todas as áreas há chances de melhora e inovação. Basta olhar para conseguir ver. Como dito por Altshuller: Uma ideia ousada tem uma maior probabilidade de realização que uma ideia conservadora. 6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS. Como sugestão para trabalhos futuros sugere-se:  Um trabalho mais detalhado sobre a descrição de todos os princípios do método TRIZ descrevendo as ferramentas não utilizadas neste trabalho como a modelagem pelas pequenas pessoas perspicazes, o operador DTC (Dimensão, Tempo, Custo), os princípio da separação, entre outros;  A construção e programação do robô desenvolvido neste trabalho;  O desenvolvimento, construção e programação de um braço a ser ancorado na carcaça para realização de operações;  O desenvolvimento de um módulo de transmissão que utilize a superfície de metal do maquinário como antena para a transmissão de sinais de comunicação entre o robô e o operador.
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    66 7 BIBLIOGRAFIA [1] ALTSHULLER,G. S., The Innovation Algorithm – TRIZ, systematic innovation and technical creativity. Tradução para o inglês de Lev Shulyak e Steven Rodman. 2 ed. Worcester, Massachusetts, USA: Technical Innovation Center, Inc., 2000. [2] ALTSHULLER G.S. Small Huge Worlds: Standards for Inventive Problem Solving - A Thread in the Labyrinth, Compiled by Selyutsky, A.B. - Petrozavodsk: Karelia, 1988. [3] ARDUINO SA Arduino Uno board description Disponível em: <http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno> Acesso em: 27 out. 2014 [4] BRASIL, Lei Estadual 4.192 de 01 de outubro de 2003. [5] BUILDBOT, Como seu robô vai se mover ?, Disponível em: <http://buildbot.com.br/ blog/como-seu-robo-vai-se-mover/> Acesso em 04 nov. 14. [6] CARVALHO, M. A. e BLACK, N., Uso de conceitos fundamentais da TRIZ e do método dos princípios inventivos no desenvolvimento de produtos., 2001, 3o. Congresso Brasileiro de gestão de Desenvolvimento de produto. Florianópolis, SC. [7] CARE, I., MANN D., Using MindMaps™ with TRIZ, Triz Journal, Disponível em: <http://www.triz-journal.com/using-mindmaps-triz/> Acesso em: 24 out. 2014. [8] COULOURIS, George et al. Projetos com Arduino e Android: Use seu Smartphone ou Tablet para Controlar o Arduino - Série Tekne. Bookman Editora, 2014.
  • 79.
    67 [9] CURBELL PLASTICS,ABS Data Sheet (Engineering), 2008 Disponível em: <http://www.curbellplastics.com/technical-resources/pdf/abs-eng-datasheet- curbell.pdf> Acesso em 27 out. 2014 [10]DEMARQUE, E. TRIZ: Teoria para a resolução de problemas inventivos aplicada ao planejamento de processos na indústria automotiva. 2005. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil. [11]DOMB, E. The Ideal Final Result: Tutorial. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz-journal.com/archives/1997/02/a/index.html>. Acesso em: 25 set. 2014. [12]DOMB, E., Contradictions: Air Bag Applications, Junho de 1997, Disponível em: <http://www.xtriz.com/publications/40Principles.pdf>, Acesso em: 27 out. 2014 [13]DOMB, E., et all. The 39 Features of Altshuller’s Contradiction Matrix. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz-journal.com/archives/1998/11/d/ index.htm>. Acesso em: 25 set. 2014. [14]HIPPLE, J., Predictive Failure Analysis™: How to Use TRIZ in “reverse”. Disponível em: <http://www.triz-journal.com/predictive-failure-analysis-use-triz- reverse/> Acesso em: 27 out. 14 [15]HIPPLE, J., The Ideal Result - What It Is and How to Achive It, Springer Science+ Business Media, Tampa, Florida, Estados Unidos, 2012 [16]LEON, N., Trends and Patterns of Evolution for Product Innovation. Disponível em: <http://www.triz-journal.com/trends-patterns-evolution-product-innovation/> Acesso em: 22 out. 14.
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    68 [17]MAIA, Izaque Alveset al. Exploração Dos Recursos De Impressão 3d Para Peças Especiais. Artigo do 7º Congresso Brasileiro De Engenharia De Fabricação 2013. [18]MARCONI, J. ARIZ: The Algorithm for inventive problem Solving – An Americanized Learning Framework. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz- journal.com/archives/1999/03/e/index.htm>. Acesso em: 25 set. 2014. [19]MAZUR, G., Theory of Inventive Problem Solving., 26 de fevereiro de 1996, disponível em: <http://www.mazur.net/triz/>. Acesso em : 20 jul. 2014. [20]PALLETA, M., A. Manutenção Industrial – Convivendo com problemas ou soluções. Pragma Brasil. Disponível em: <http://www.pragmabrasil.com.br/wpb/ index.php/midia/artigos/art-manindustrial> Acesso em: 01 out. 2014. [21]PETROV, V., Структурный вещественно-полевой анализ, Triz Land, Disponível em: <http://www.trizland.ru/trizba/books/1756/> Acesso em: 20 out. 2014. [22]PARUCKER, M. L., Desenvolvimento De Materiais Compósitos De Baixo Coeficiente De Atrito Com Partículas De Lubrificante Sólido Dispersas Em Matriz Metálica A Base De Níquel. 2008. Tese (Doutorado Em Ciência E Engenharia De Materiais), Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina. [23]SAVRANSKY, S. D., Engineering of creativity: Introduction to TRIZ methodology of inventive problem solving. CRC Press, 2002. [24]TATE, K., DOMB, E. 40 Inventive Principles With Examples. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz-journal.com/archives/1997/07/b/index.html>. Acesso em: 21 set. 2014.
  • 81.
    69 [25]TERNINKO, J., DOMB,E., MILLER, J. The Seventy-six Standard Solutions, with Examples. Section One. Triz Journal. Disponível em: <http://www.triz- journal.com/archives/2000/02/g/index.htm>. Acesso em: 25 set. 2014. [26]TERNINKO, J., ZUZMAN, A., ZLOTIN, B., Systematic Innovation - An Introduction to TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving). 1ed, USA, St. Lucie Press, 1998. [27]ZAGORODNOVA, T. Algoritmo de Resolución de Problemas Inventivos (ARIZ 85). Official G. S. Altshuller Foundation. Disponível em <http://www.altshuller.ru/world/spa/ariz85v.asp>. Acesso em: 25 set. 2014.
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    70 ANEXO A -LISTA E DESCRIÇÂO DOS 39 PARÂMETROS DE ENGENHARIA. Domb (1998) explica que dois conceitos são de grande importância para o entendimento dos PE, são eles: • Objeto em movimento: Objeto que facilmente pode trocar de posição no espaço, tanto por sua ação como por resultado de força externa. Veículos e objetos projetados para serem portáteis são membros deste grupo, e; • Objeto estático: São objetos que não mudam sua posição no espaço, nem por sua ação, nem por ação de força externa. Considerar a condição sob a qual o objeto está sendo utilizado. Os 39 Parâmetros de Engenharia são: 01. Peso do objeto em movimento: A massa do objeto, em um campo gravitacional. A força que o corpo exerce em seu suporte ou suspensão. 02. Peso do objeto estático: A massa do objeto, em um campo gravitacional. A força que o corpo exerce em seu suporte ou suspensão, ou na superfície em que ele repousa. 03. Comprimento do objeto em movimento: Qualquer dimensão linear, não necessariamente a mais longa, é considerada aqui como comprimento. 04. Comprimento do objeto estático: Qualquer dimensão linear, não necessariamente a mais longa, é considerada aqui como comprimento. 05. Área do objeto em movimento: A característica geométrica descrita pela parte de um plano cercado por uma linha fechada. A parte de uma superfície ocupada por um objeto. A medida quadrada da superfície, interna ou externa, de um objeto. 06. Área do objeto estático:
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    71 A característica geométricadescrita pela parte de um plano cercado por uma linha fechada. A parte de uma superfície ocupada por um objeto. A medida quadrada da superfície, interna ou externa, de um objeto. 07. Volume do objeto em movimento: A medida cúbica do espaço ocupado por um objeto. Comprimento x largura x altura para um paralelogramo, área da base x altura para um cilindro. Volume do Objeto, tanto interno como externo. 08. Volume do objeto estático: A medida cúbica do espaço ocupado por um objeto. Comprimento x largura x altura para um paralelogramo, área da base x altura para um cilindro. Volume do Objeto, tanto interno como externo. 09. Velocidade: A velocidade de um objeto; a marcha de um processo ou ação por tempo. 10. Força: Medida de interação entre sistemas. Na física Newtoniana, força é o produto da massa pela aceleração. Na TRIZ, força é qualquer interação que tem como objetivo mudar a condição de um objeto. 11. Tensão ou pressão: Força por unidade de comprimento ou área. 12. Forma: O contorno externo, aparência de um sistema. 13. Estabilidade dos componentes de um objeto: A totalidade ou integridade de um sistema; a relação entre os elementos que constituem o sistema. Uso, decomposição química e separação ou desmontagem são todos decréscimos na estabilidade. O aumento da entropia é diminuição da estabilidade. 14. Resistência: O tanto que um objeto é capaz de resistir a alterar suas características em resposta a uma força. Resistência à quebra. 15. Duração da ação por um objeto em movimento:
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    72 O tempo queo objeto pode realizar a ação. Vida útil. Tempo médio entre falhas é uma medida de duração da ação. Também durabilidade. 16. Duração da ação por um objeto estático: O tempo que o objeto pode realizar a ação. Vida útil. Tempo médio entre falhas é uma medida de duração da ação. Também durabilidade. 17. Temperatura: A condição térmica de um objeto ou sistema. Livremente inclui outros parâmetros térmicos, tais como capacidade térmica, que afeta a taxa de alteração da temperatura. 18. Intensidade de iluminação: Fluxo luminoso por unidade de área, assim como qualquer outra característica luminosa de um sistema como brilho, qualidade luminosa, etc. 19. Uso da energia por objeto em movimento: A medida da capacidade do objeto de realizar trabalho. Na mecânica clássica, Energia é o produto da força pela distância. Isto inclui o uso de energia fornecida por um supersistema (como energia elétrica ou calor). Energia necessária para realizar uma tarefa determinada. 20. Uso da energia por objeto estático: A medida da capacidade do objeto de realizar trabalho. Na mecânica clássica, Energia é o produto da força pela distância. Isto inclui o uso de energia fornecida por um supersistema (como energia elétrica ou calor). Energia necessária para realizar uma tarefa determinada. 21. Potência (poder): A taxa de tempo em que um trabalho é realizado. Taxa de uso de energia. 22. Perda de energia: Uso de energia que não contribui para a realização de uma tarefa. Reduzir a perda de energia muitas vezes exige diferentes técnicas como melhorar o uso da energia, que é a razão de ser deste parâmetro. 23. Perda de substância:
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    73 Completa ou parcial,permanente ou temporária, perda de certa quantidade do material, substância, parte ou subsistema de um sistema. 24. Perda de informação: Completa ou parcial, permanente ou temporária, perda de dados ou acesso a dados em ou por um sistema. Frequentemente inclui dados sensitivos como aroma, textura, etc. 25. Perda de tempo: Tempo é a duração de uma atividade. Melhorar a perda de tempo significa reduzir o tempo gasto para uma atividade. Redução de ciclo é um termo comum. 26. Qualidade da substância ou matéria: O número ou quantidade de material, substâncias, partes ou subsistemas de um sistema que pode ser alterado total ou parcialmente, permanente ou temporariamente. 27. Confiabilidade: A habilidade de um sistema de realizar suas funções objetivo de modo e condições previsíveis. 28. Precisão da medida: A proximidade do valor medido com o valor real de uma propriedade de um sistema. Reduzir o erro em uma medida aumenta a precisão desta. 29. Precisão da manufatura: A amplitude na qual a característica real de um sistema ou objeto iguala a característica necessária ou especificada. 30. Dano externo ao objeto: Susceptibilidade de um sistema a efeitos (nocivos) gerados externamente. 31. Fatores nocivos gerados pelo objeto: Um efeito nocivo é aquele que reduz a eficiência ou qualidade de funcionamento de um objeto ou sistema. Estes efeitos nocivos são gerados pelo objeto ou sistema, como parte de sua operação. 32. Facilidade de manufatura:
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    74 O grau defacilidade, conforto ou esforço na manufatura ou fabricação de um objeto ou sistema. 33. Facilidade de operação, simplicidade: O processo não é fácil se necessita de um grande número de pessoas, grande número de passos em uma operação, necessita ferramentas especiais, etc. “Processo Duro” tem baixo rendimento e “Processo Fácil” tem alto rendimento. 34. Facilidade de manutenção: Características de qualidade como conveniência, conforto, simplicidade e tempo para reparar faltas, falhas ou defeitos em um sistema. 35. Adaptabilidade ou versatilidade: O tanto que um objeto ou sistema responde positivamente a alterações externas. Também, um sistema que pode ser usado de várias maneiras sob uma grande variedade de circunstâncias. 36. Complexidade do dispositivo: O número e diversidade de elementos e inter-relação entre elemento e sistema. O usuário pode ser um elemento de um sistema que aumenta a sua complexidade. A dificuldade em dominar o sistema é uma medida de sua complexidade. 37. Dificuldade de detecção e medição: Medir e monitorar sistemas que são complexos necessitam de muito tempo e trabalho para a preparação e uso, ou que possuem relações complexas entre componentes ou componentes cuja interface com cada um dos outros demonstra dificuldade de detecção e medição. Aumentar o custo de medição para atingir um erro satisfatório também é um sinal de aumento da dificuldade de medição. 38. Amplitude da automação: O quanto um sistema ou objeto realiza sua função sem intervenção humana. O menor nível de automação é o uso de uma ferramenta manual. Para níveis intermediários, humanos programam a ferramenta, observam sua operação e a interrompem ou reprogramam quando necessário. Para o nível mais alto, a máquina sente a operação necessária, programa-se e monitora sua própria operação. 39. Produtividade:
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    75 O número defunções ou operações realizadas por um sistema por unidade de tempo. O tempo por unidade de função ou operação. A saída por unidade de tempo, ou o custo por unidade de saída.
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    76 ANEXO B -LISTA E DESCRIÇÃO DOS 40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS (PI) Com base em Tate e Domb (1997), Demarque (2005) montou o seguinte quadro para explicar os 40PI: 01. Segmentação:  Dividir um objeto em partes independentes: o Substituir um computador central por vários computadores pessoais; o Trocar um caminhão grande por um caminhão e reboque; o Dividir um trabalho grande em várias tarefas, como é feito na montagem de um veículo automotor onde se é capaz de produzir um veículo por segundo.  Facilitar a desmontagem de um objeto: o Mobília Modular; o Juntas rápidas usadas em mangueiras de ar comprimido.  Aumentar o grau de fragmentação ou segmentação: o Substituir coberturas sólidas por coberturas segmentadas como persianas. 02. Extração:  Separar de um objeto a propriedade ou parte que interfere, ou escolher a única parte (ou propriedade) necessária para um objeto. o Posicionar um compressor barulhento fora do ambiente onde será utilizado o ar comprimido, como em um consultório dentário; o Usar o som de cachorros latindo, sem o cachorro, para afastar pessoas indesejadas; o Usar fibra óptica ou lâmpadas fluorescentes para separa a fonte de calor do local onde se necessita luz. 03. Qualidade Local:  Alterar a estrutura de um objeto de uniforme para não-uniforme alterar o ambiente externo (ou influência externa) de uniforme para não-uniforme. o Use o gradiente de temperatura, densidade ou pressão ao invés de temperatura, densidade ou pressão constante.
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    77  Faça cadaparte de um objeto funcionar em condições mais agradáveis para a sua operação. o Lancheira com compartimentos especiais para comida sólida quente e fria e para líquidos.  Faça cada parte de um objeto realizar uma função diferente e desejada. o Lapiseira com borracha; o Martelo com orelhas para retirar pregos; o Canivete suíço. 04. Assimetria:  Alterar a forma de um objeto de simétrico para assimétrico. o O lado externo do pneu é reforçado para suportar o esforço sofrido pelo meio- fio; o Chanfro em haste cilíndrica para receber com firmeza um botão.  Se um objeto é assimétrico, aumentar o seu grau de assimetria. o Trocar a secção circular de um O-ring para uma secção oval para melhorar a vedação; 05. Integração:  Trazer para junto, ou misturar, objetos idênticos ou semelhantes, reunir partes semelhantes ou idênticas para realizarem operações em paralelo. o Computadores pessoais em uma rede; o Usar vários microprocessadores em um microcomputador para processamento paralelo; o Placas de circuito impresso de várias camadas, com componentes eletrônicos montados de ambos os lados.  Fazer operações próximas ou paralelas; trazê-las juntas no tempo. o Usar algumas centenas de microcomputadores, em um cluster, para processamento em paralelo;
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    78 o Unir váriastiras para formar uma veneziana ou persiana; o Equipamento médico de diagnose que analisa vários parâmetros do sangue, simultaneamente. o Cortador de grama que recolhe a grama cortada e a espalha como cobertura verde (adubo). o Troca dos pneus de um carro de corrida enquanto é feito o reabastecimento, limpeza das entradas de ar e ajustes. 06. Universalização:  Faça uma parte ou objeto realizar múltiplas funções; eliminar a necessidade de outras partes. o A haste de uma escova de dente contém o dentifrício; o Acento de segurança infantil para veículos converte-se em carrinho para crianças; o Cortador de grama que recolhe a grama cortada e a espalha como cobertura verde (adubo). (Este exemplo serve para os dois PI, 5 e 6); o Auxiliar técnico no futebol funciona como apontador e cronometrista; o CCD (charge-coupled device) com micro-lentes formadas em sua superfície. 07. Alinhamento (Matreska):  Colocar um objeto dentro do outro; e este conjunto dentro de outro e assim por diante. o Conjunto de panelas planejadas para quando guardadas ocupar só o espaço da maior, pois as outras estão dentro dela; o Matreska, bonecas russas. o Tocador MP3, que tem como funções além de tocar MP3, gravar voz, sintonizar rádio AM/FM e transportar dados entre computadores com interface USB.  Fazer uma parte passar através de uma cavidade na outra. o Antena telescópica para rádio; o Lentes de aproximação (Zoom);
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    79 o Mecanismo deretração do cinto-de-segurança de veículos automotores; o Rodas de um avião que se recolhem para dentro da fuselagem quando em voo. (Também é exemplo do princípio 15 Dinamização). 08. Contrapeso:  Para compensar o peso de um objeto, junte-o com outro objeto que compense seu peso. o Aerofólios em veículos velozes para aumentar a pressão aerodinâmica nas curvas; o Efeito gangorra na Falkirk Wheel; o Contrapeso na Gateshead Millenium Bridge.  Para compensar o peso de um objeto, faça-o interagir com o ambiente (como exemplo o uso de forças aerodinâmicas, hidrodinâmicas, empuxo, etc.). o A forma das asas de um avião reduz a densidade do ar sobre elas e aumenta embaixo delas, criando sustentação. (Este também é um exemplo do PI4 assimetria); o Hidrofólios em embarcações para reduzir o atrito com a água. 09. Compensação Prévia:  Se é necessário realizar uma ação com efeitos bons e ruins, esta ação deve ser trocada com anti-ações para controlar os efeitos indesejados. o Fazer uso de tampão em uma solução para prevenir contra o efeito indesejado de aumento exagerado do pH;  Produzir uma tensão contrária, de antemão, em um objeto que sofrerá uma tensão indesejada e sabida. o Pilar ou laje de concreto armado que tem suas barras de ferro tencionadas antes de se despejar o concreto; o Usar máscara em partes de objeto que não devem ser pintadas; o Usar avental de chumbo em partes do corpo que não necessitam sofrer exposição a Raios-X.
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    80 10. Ação Prévia: Realizar, antes que seja necessária, a alteração necessária em um objeto (total ou parcialmente). o Papel de parede já adesivado; o Papel de recados já adesivado (post-it); o Esterilizar todo o instrumental necessário para o atendimento dentário, em sacos selados, antes de o paciente entrar no consultório.  Pré-arrumar objetos de forma que eles estejam disponíveis no local e tempo corretos quando necessário. o Sequenciamento de peças em uma linha de montagem automotiva; o Operação Kanban em fábricas que operam no Just-in-time; o Células flexíveis de manufatura. 11. Amortecimento Prévio:  Preparar meios emergenciais de antemão para compensar a baixa confiabilidade de um objeto ou sistema. o Faixa magnética em filme fotográfico que direciona o revelador para compensar baixa exposição luminosa; o Paraquedas secundário (de segurança); o Redundância em equipamentos, como o segundo computador de bordo em aviões. 12. Equipotencialidade:  Limite alterações de posição (mudar condições de operação para eliminar a necessidade de subir ou descer objetos ou abaixar e levantar o trabalhador). o Bandejas (skillets) em uma planta automotiva que trazem as ferramentas para a posição correta (também demonstra o PI10); o Eclusas em um canal entre dois tanques de água.
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    81 13. Inversão (doModo Contrário):  Inverter a ação usada para solucionar um problema. Ao invés de resfriar um objeto, aqueça-o, ou vice-versa. o Para desemperrar peças, esfrie a parte interna ao invés de aquecer a externa; o Para fazer garrafinhas de chocolate recheadas com xarope doce, congele o xarope na forma desejada e cubra-o com o chocolate.  Faça partes fixas (ou o ambiente externo) móveis, e faça móveis partes fixas. o Gire a peça ao invés da ferramenta; o Calçadas móveis com pessoas paradas; o Esteira para exercícios físicos.  Vire o objeto (ou processo) de ponta-cabeça. o Esvaziar container ou caminhão de grãos girando-o; 14. Curvatura:  Ao invés de usar peças, superfícies ou formas retas, use-as curvas; mude de superfícies planas para superfícies curvas; de peças em forma de cubo para formas esféricas. o Uso de arcos e domos para ganhar resistência em arquitetura;  Use roletes, esferas, espirais, domos. o Engrenagem espiral (Nautilus) produz resistência contínua para elevação de pesos; o Canetas com pontas esféricas (roller ball) para uma distribuição mais homogênea da tinta;  Vá de um movimento linear para um rotativo, use a força centrifuga. o Produzem-se movimentos lineares do apontador na tela de um microcomputador usando-se esferas no mouse ou trackball; o Centrifugar a roupa em uma máquina de lavar substitui a ação de torcê-la; o Usam-se rodízios esféricos ao invés de cilíndricos para movimentar móveis.
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    82 15. Dinamização  Permitirou projetar que a característica de um objeto, ambiente externo ou alteração de processo seja ótima ou encontrar a condição ótima de operação. o Acento ajustável de veículo; o Retrovisor ajustável.  Dividir um objeto em partes capazes de se movimentar relativamente a outras.  Se um objeto ou processo é rígido ou inflexível, faça-o móvel ou adaptável. o Boroscópio flexível para exame de motores; o Sigmoidoscópio flexível para exames médicos, 16. Ação Parcial ou excessiva  Se for difícil obter 100% de uma função com uma dada solução, usando-se “um pouco mais” ou “um pouco menos” do mesmo método, o problema pode ser consideravelmente mais fácil de resolver. o Processo de enchimento de radiador e óleo do motor em indústria automotiva, onde primeiro coloca-se uma quantidade maior do líquido, para então retirar o excesso e ajustar o nível desejado. Este processo é chamado de “top off”; o Técnica de pintura com máscara, onde pinta-se em excesso, sobre a máscara que depois é retirada, levando o excesso de tinta. Usada para aumentar a produtividade em pinturas de faixas em estacionamentos. 17. Mudança para Outra Dimensão  Mover um objeto no espaço em duas ou três dimensões. o Ferramentas de corte de cinco eixos podem ser fixadas onde é necessário; o Apontadores por infravermelho (mouse) usados em computadores pessoais para apresentações movem-se no espaço ou invés de numa superfície.
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    83  Uso dearmazenamento múltiplo ao invés de armazenamento simples. o Sistema de som com seis Compact Discs para aumentar o tempo e variedade de músicas; o Circuitos eletrônicos nos dois lados de uma placa de circuito impresso;  Inclinar ou reorientar o objeto, despejá-lo ao lado. o Caminhão Basculante.  Usar o outro lado de uma determinada área. o Empilhar circuitos eletrônicos híbridos para aumentar a densidade. 18. Vibração Mecânica  Faça um objeto oscilar ou vibrar. o Faca elétrica, com lâmina que vibra.  Aumente a frequência de oscilação de um objeto, usando até mesmo a faixa ultrassônica. o Distribuir farinha com vibração.  Use a frequência de ressonância do objeto. o Destruir cálculo biliar usando ultrassom; o Destruir cálculo renal usando ultrassom.  Ao invés de vibradores mecânicos use vibradores piezelétricos. o Osciladores a cristais de quartzo usados em relógios de alta precisão.  Combine vibrações ultrassônicas com campo magnético. o Preparar ligas metálicas em um forno por indução. 19. Ação Periódica  Ao invés de ação contínua, use ação periódica ou pulsante. o Bater repetidamente sobre algo com um martelo;
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    84 o Trocar umasirene contínua por um som pulsante.  Se uma função já é periódica, altere a frequência ou amplitude da oscilação. o Use Modulação em Frequência para transportar informação ao invés do código MORSE; o Troque o som contínuo de uma sirene por um som que varie sua amplitude e frequência.  Faça uso das pausas entre pulsos para realizar outras ações.  Processo de ressuscitação cardiopulmonar, onde se assopra pela boca do paciente duas vezes após trinta compressões na caixa torácica. 20. Continuidade de ação útil  Realize um trabalho do começo ao fim, sem interrupção; faça todas as partes de um objeto trabalhar a plena carga, o tempo todo. o Rodar as operações de uma fábrica, no gargalo, continuamente, para encontrar o ritmo ótimo (da teoria das restrições ou operação “takt time”);  Elimine todo trabalho ou ação intermitente ou inútil (desperdício). o Imprimir durante o retorno do carro de uma impressora. 21. Ação Rápida  Realize processos destrutivos, prejudiciais ou perigosos em alta velocidade. o Uso de brocas de alta velocidade, por dentistas, para evitar a queima do tecido; o Cortar plástico mais rápido do que o calor pode se propagar pelo material, evitando danificá-lo. 22. Tirar benefício da desgraça
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    85  Use fatoresnocivos, particularmente efeitos nocivos do ambiente ou vizinhança para obter um efeito positivo. o Usar lixo como combustível para usina termoelétrica; o Usar refugo de um processo como matéria prima para outro, como no caso de reciclagem de papel ou plástico.  Eliminar a principal ação indesejada unindo-a a outra ação indesejada para solucionar o problema. o Adicionar uma solução tampão a uma solução corrosiva; o Usar mistura de hélio e oxigênio para mergulhar, para eliminar a narcose do nitrogênio e o envenenamento do oxigênio do ar e outras misturas nitrosas.  Amplificar um efeito indesejado para tal grau que ele deixe de ser indesejado. o Queimar ao redor de um incêndio florestal para evitar que este se espalhe, pois não terá mais combustível. 23. Realimentação  Introduza realimentação para melhorar o processo. o Controle automático de volume em circuitos de áudio; o Controle Estatístico de Processos – medições são usadas para decidir quando modificar um processo;  Se já existe realimentação, altere sua amplitude ou campo de ação. o Modificar a sensibilidade de um piloto automático quando estiver próximo de um aeroporto; o Mude a medida gerencial de variação do orçamento para satisfação do cliente. 24. Intermediação  Use um processo ou objeto intermediário. o Use um dispositivo para firmar o prego entre este e o martelo;
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    86  Una umobjeto temporariamente com outro que pode ser facilmente removido. o Uso de bandeja para transportar pratos quentes para a mesa. 25. Autosserviço  Faça um objeto servir a si mesmo, realizando funções auxiliares. o Bomba de soda que funciona com a pressão do dióxido de carbono que é usado para gaseificar o refrigerante. Isto garante que a bebida não sairá sem gás e elimina a necessidade de sensores; o Lâmpadas alógenas regeneram o filamento durante o uso – o material evaporado é redepositado;  Faça uso de recursos, energia ou substâncias desperdiçadas. o Use o calor de um processo para gerar eletricidade: “cogeração”; o Use estrume de animal como adubo; o Use restos de comida e folhagens para fazer adubo composto; o Use os gases liberados na pintura de um veículo (VOC) para gerar energia elétrica. 26. Cópia  Ao invés de utilizar um objeto frágil, caro ou indisponível, use várias cópias simples e baratas. o Medir a altura de edificações através da sua sombra.  Substitua um objeto ou processo por fotocópias. o Faça inspeção ou vistoria através de fotografia aérea ao invés de visitar o local; o Maça um objeto utilizando sua fotografia; o Faça exame com ultrassom para avaliar a saúde de um feto, ao invés de usar exame invasivo.  Faça uso de cópias em infravermelho ou ultravioleta.
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    87 o Use imageminfravermelha para localizar fonte de calor, tais como doenças em plantações ou invasores em um sistema de segurança. 27. Objetos baratos e de vida curta (Uso e descarte)  Substitua um objeto caro por um conjunto de objetos mais baratos, mesmo comprometendo certas qualidades como durabilidade, por exemplo. o Uso de objetos de papel descartável para evitar o custo de limpeza e armazenamento de objetos duráveis. Copos plásticos, toalhas de papel, seringas descartáveis ou sugadores de saliva em consultório dentário. o Utilizar estrutura autoportante em prédio industrial, ao invés de estruturá-lo para suportar uma carga maior. 28. Substituição Mecânica  Substitua um sistema mecânico por um sensor óptico, acústico ou eletrônico. o Adição de um composto com odor forte em gás natural para alertar sobre vazamento, ao invés de sensores mecânicos ou elétricos.  Use campos elétrico, magnético ou eletromagnético para interagir com o objeto. o Para misturar dois tipos de pó ou dois líquidos dispersos em gotículas, carregue um positivamente e outro negativamente.  Mude de campo estático para campo variável, ou de campo desestruturado para campo com forma definida. o No início as comunicações eram feitas por antenas omnidirecionais (irradia em todas as direções) e hoje se usa antenas muito direcionais, com formas de irradiação bem definidas;  Use campos em conjunto com partículas sensíveis a este campo. o Aqueça uma substância contendo material ferromagnético com o uso de variação do campo magnético. (Aquecimento por indução). Quando a temperatura atingir o ponto de Curie o material torna-se paramagnético e deixa de aquecer.
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    88 29. Pneumática eHidráulica  Faça uso de partes gasosas e líquidas em um objeto ao invés de partes sólidas. o Solas de sapatos preenchidas com gel; o Mobília inflável. 30. Estruturas flexíveis e membranas finas  Faça uso de partes externas flexíveis e filmes finos ao invés de estruturas tridimensionais. o Armazéns infláveis;  Isole o objeto do ambiente externo usando estruturas flexíveis ou filme fino. o Uso de filmes de poliéster para embrulhar alimentos que serão congelados. 31. Materiais Porosos  Faça um objeto poroso ou acrescente a ele elementos porosos. o Faça furos em uma estrutura para diminuir seu peso. Como no caso de telhas de concreto aerado.  Se um objeto já é poroso, preencha os poros com uma substância ou função útil. o Armazenagem de hidrogênio nos poros de uma espuma de paládio. (tanque de hidrogênio para veículos, muito mais seguro do que armazenar o hidrogênio na forma gasosa). 32. Alterar a cor  Altere a cor de um objeto ou seu ambiente externo. o Uso de lâmpadas infravermelhas em salas escuras.  Altere a transparência de um objeto ou de seu ambiente externo.
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    89 o Uso defotolitografia para alterar a transparência de material na fabricação de semicondutores; o Máscara “silk screen” para impressão em camisetas. 33. Homogeneidade  Faça objetos interagirem com um dado objeto do mesmo material, ou material com propriedades idênticas. o Uso de diamante em ferramenta para cortar diamante. 34. Descarte e recuperação  Se um objeto já desempenhou sua função descarte-o ou modifique-o durante a operação. o Uso de cápsulas medicinais que se dissolvem ao contato com o suco gástrico. Ela já transportou o medicamento para o estômago;  De modo contrário, restaure partes de um objeto que se consome diretamente durante o uso. o Lâminas de cortador de grama que se auto-afiam; o Faca que se auto-afia durante o uso. 35. Transformação de Parâmetros e Propriedades  Altere as propriedades físicas de um objeto (Por exemplo, para gás, líquido ou sólido). o Congele o conteúdo líquido de bombons de chocolate, depois o mergulhe no chocolate líquido ao invés de injetar o líquido quente na forma de chocolate oca; o Transporte oxigênio, hidrogênio ou gás de petróleo na forma líquida para reduzir o volume.  Altere a concentração ou consistência.
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    90 o O sabãolíquido para lavar as mãos é mais concentrado e viscoso do que o sabão em barra, tornando-o mais fácil de dispensá-lo na quantidade correta e muito mais higiênico quando dividido por inúmeras pessoas.  Mude o grau de flexibilidade. o Uso de abafador ajustável para reduzir o ruído de peças caindo dentro de um container; o Borracha vulcanizada para alterar sua flexibilidade e durabilidade.  Mude a temperatura. o Suba a temperatura além do ponto de Curie para alterar mudar uma substância ferromagnética para paramagnética; o Aumente a temperatura da comida para cozinhá-la (aterá aroma, sabor, textura, propriedades químicas, etc.); o Abaixe a temperatura de espécimes medicinais para preservá-los para futura análise. 36. Mudança de fase  Use fenômenos que ocorrem durante a transição de fase, como alteração do volume, dissipação ou absorção de calor, etc. o A água aumenta de volume quando congelada, assim como outros fluídos. Reputa-se a Aníbal Barca ter usado este princípio quando atravessando os Alpes para marchar sobre Roma há algumas centenas de anos. Grandes blocos de rocha bloqueavam a sua passagem, ele derramou água sobre eles durante a noite e o frio da madrugada as congelou, fazendo-as expandir e partindo os blocos de pedra em pequenos pedaços manuseáveis; o Bombas de calor usam o ciclo termodinâmico fechado para produzir trabalho útil. 37. Expansão Térmica  Use a expansão ou contração térmica dos materiais.
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    91 o Encaixe umajunta justa aquecendo a parte externa e congelando a parte interna, montando-as e esperando que atinjam o equilíbrio;  Se a expansão térmica está sendo usada, use também diferentes materiais com coeficientes de expansão térmica diferentes. o Interruptor térmico, onde duas folhas de metal com coeficientes térmicos diferentes são unidas e fletem para um lado quando aquecidas e para outro quando esfriadas. 38. Oxidantes Fortes ou Acelerar a Oxidação  Substitua o ar comum por ar enriquecido com oxigênio. o Cilindro de mergulho com Nitrox ou outra mistura para aumentar a resistência do mergulhador.  Substitua o ar enriquecido por oxigênio puro. o Corte a alta temperatura usando tocha de oxiacetileno; o Tratar feridas em ambiente de alta pressão de oxigênio para matar bactérias anaeróbicas e apressar a recuperação.  Exposição de ar ou oxigênio a radiação ionizante.  Uso de oxigênio ionizado. o Ionizar o ar para atrair poluentes em um filtro para purificar o ar;  Substitua oxigênio ionizado por ozônio. o Aumentar a velocidade de reações químicas pela ionização do gás antes do uso. 39. Atmosfera Inerte  Substitua um ambiente normal por um ambiente inerte. o Prevenção da degradação de um filamento metálico de lâmpada pelo uso de argônio;
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    92  Adicione partesneutras, ou aditivos inertes a um objeto. o Aumento de volume de detergentes em pó pela adição de ingredientes inertes. o Ar dentro do pacote de salgadinhos prontos para evitar serem quebrados. o Arejadores em torneiras para reduzir o consumo de água. 40. Materiais Compostos  Mude o material de uniforme para composto (múltiplos). o Tacos de golfe feitos com resina epóxi/fibra de carbono são mais leves, fortes e flexíveis do que os de metal. O mesmo raciocínio serve para partes e peças de aviões; o Pranchas de surf de fibra de vidro são mais leves, mais fáceis de manobrar e mais fáceis de dar formas diversas do que as de madeira.
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    93 ANEXO C -40 PRINCÍPIOS INVENTIVOS ORDENADOS POR FREQUÊNCIA DE USO Altshuller (2002) ordenou os PI conforme a frequência com que eles foram identificados em sua pesquisa, como mostra a lista abaixo: 35. Alterar parâmetros e Propriedades. 10. Ação Prévia. 01. Segmentação. 28. Substituição Mecânica. 02. Extração. 15. Dinamização. 19. Ação Periódica. 18. Vibração Mecânica. 32. Alterar a Cor. 13. Inversão (do modo Contrário). 26. Cópia. 03. Qualidade Local. 27. Objetos Baratos e de Vida Curta (Uso e Descarte). 29. Pneumática e Hidráulica. 34. Descarte e Recuperação. 16. Ação Parcial ou Excessiva. 40. Materiais Compostos. 24. Intermediação. 17. Mudança para Outra Dimensão. 06. Universalização. 14. Curvatura. 22. Tirar Benefício da Desgraça.
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    94 39. Atmosfera Inerte. 04.Assimetria. 30. Estruturas Flexíveis e Membranas Finas. 37. Expansão Térmica. 36. Mudança de Fase. 25. Autosserviço. 11. Amortecimento Prévio. 31. Materiais Porosos. 38. Oxidantes Fortes. 08. Contrapeso. 05. Integração. 07. Alinhamento (Matreska). 21. Ação Rápida. 23. Realimentação. 12. Equipotencialidade. 33. Homogeneidade. 09. Compensação Prévia. 20. Continuidade de Ação Útil.
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    95 ANEXO D -QUESTIONÁRIO DE CIRCUNSTÂNCIA INOVADORA (QCI) Com base em Terninko, Zusman e Zlotin (1998) descreve-se abaixo o QCI. 1. Informação sobre o sistema que se deseja melhorar/criar e o seu ambiente. (Fazer breve descrição de como o problema se apresenta a você, indicando o problema que deve ser resolvido, neste primeiro contato). 1.1 Nome do sistema: 1.2 Função principal do sistema: (Use um verbo de ação mais um substantivo) 1.3 Estrutura atual ou desejada do sistema: (Descrever a estrutura estática, quando está for a de operação, se possível com desenho indicando os subsistemas, detalhes e interconexões. Caso exista um supersistema com o qual o sistema se relacione, descreva-o também). 1.4 Funcionamento do sistema: (Descreva como o sistema funciona para a execução da função primária, como é a movimentação e inter-relação dos subsistemas). 1.5 Ambiente do sistema: (Descreva como o sistema se relaciona com o supersistema, ou supersistemas. Descreva o ambiente em que o sistema opera ou existe). 2. Avaliação dos recursos existentes: Liste os recursos disponíveis e considere o seu uso potencial para eliminar um obstáculo específico. Os recursos podem ser: Substâncias; Desperdícios; Resíduos; Matéria-prima e produtos; Elementos do sistema; Substâncias de baixo custo; Fluxo de substância; Propriedades de substância; Campos; Energias dentro do sistema; Energia disponível no ambiente; Desperdícios e lixos do sistema tornam-se energia; Espaços: Espaço vazio; Outra dimensão; Arranjos verticais; Alinhamento (um dentro do outro); Tempo; Pré-trabalho; Grade de programação; Operações paralelas; Pós-trabalho; Informação; Enviada por substância; Propriedades inerentes; Movimento de Informações; Transiente de informações; Mudança de estado da informação; Funcional; Recurso de espaço dentro da função primária; Uso de efeitos indesejáveis e/ou nocivos; Uso de funções secundárias geradas pela primária.
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    96 3. Informação sobrea situação do problema. 3.1 Melhoria desejada no sistema ou obstáculo a ser eliminado: (descrever o problema que deve ser resolvido) Indicar as causas que levam ao problema ou descrever como este obstáculo se relaciona com a função primária e outras funções úteis do sistema. Algumas perguntas que podem ajudar nesta tarefa são: A. Qual o objetivo técnico? B. Quais características do objeto claramente não podem ser modificadas no processo de solução? C. Qual é o objetivo econômico da solução? D. O que é aceito como custo, mesmo que grosseiramente? E. Qual a característica técnico-econômica que deve ser melhorada? 3.2 O mecanismo que causa o aparecimento do obstáculo (se ele estiver claro): se possível, descrever as causas, condições e circunstâncias sobre as quais os obstáculos aparecem. Identificar a raiz do problema. 3.3 Conseqüências indesejadas do problema não resolvido: Deixe claro o que pode acontecer se este problema não for resolvido. 3.4 Histórico do desenvolvimento do problema: depois de que eventos ou passos do desenvolvimento do sistema o problema apareceu? Descreva os eventos históricos que levaram ao obstáculo e as razões para isto. Se fosse seguido outro caminho no desenvolvimento poder-se-ia evitar o problema? 3.5 Outros problemas a serem resolvidos: é possível modificar a direção do desenvolvimento para eliminar o obstáculo? Isto causaria outras dificuldades? Quais? Elas seriam mais fáceis de serem resolvidas? 3.6 Existem outros sistemas com problemas semelhantes? Tente encontrar soluções aplicadas na solução de problemas semelhantes em outras áreas da indústria. 4. Mudando o sistema.
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    97 Indicar o quepode e o que não pode mudar no sistema. Quais características técnica, econômica ou outra deve permanecer constante, não aumentar ou não diminuir? Explique as razões das restrições impostas. Existem condições sobre as quais as restrições podem ser removidas? Quais? A remoção das restrições provoca novos problemas? Quais? Eles são mais fáceis de resolver que o precedente? 4.1 Mudanças permitidas no sistema: Avaliar e descrever o grau de mudanças possíveis de serem executadas no sistema que são executáveis como resultado do processo de solução dos problemas. Quais das seguintes afirmações melhor descreve o problema? 4.1.1 É possível uma mudança radical no sistema, incluindo a criação de um novo produto e/ou tecnologia? 4.1.2 São possíveis grandes alterações dentro de limites definidos por custo, desenvolvimento, equipamento e compatibilidade com estratégias predefinidas? 4.1.3 São permitidas somente pequenas mudanças, as opções estão restritas pela necessidade de se manter a atual tecnologia, compromissos existentes, necessidades do cliente, etc. Seja o mais específico ao definir as restrições? 4.1.4 São permitidas somente mínimas alterações. Indique exatamente o motivo? 5. Descreva o RFI (Resultado Final Ideal) 6. Critério para seleção de conceitos de solução. Descrever as restrições às características do problema. (Máximos e mínimos que devem ser obtidos, limitações de custo, tempo de projeto e tempo para implementação, etc.). 6.1 Características tecnológicas desejadas. 6.2 Características econômicas desejadas. 6.3 Cronograma esperado. 6.4 Grau de novidade esperado. 6.5 Outros critérios. 7. Construir o modelo funcional do sistema
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    98 7.1 Análise Funcional Pode-seusar a tabela abaixo como ferramenta para esta análise ou outra ferramenta que se desejar. Tabela 10: Sugestão para Análise Funcional 7.2 Análise dos recursos do ponto de vista econômico. Observe as possibilidades do custo e as oportunidades de mercado.
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    99 ANEXO E -AS 76 SOLUÇÕES PADRÃO Tendo como base o trabalho executado por Terninko, Domb e Miller (2000) é que se descrevem abaixo as 76 Soluções Padrão (Tradução de Demarque (2005)). Classe 1 A Classe 1 é composta por soluções para modificar um sistema com o objetivo de obter uma saída desejada ou eliminar uma saída indesejada, sem alterar o sistema ou com pequenas alterações. Este grupo também inclui soluções para completar modelos incompletos. Lembre que modelos incompletos são aqueles onde não existe a tríade formada pela substância- artefato (S1), substância-ferramenta (S2) e campo (F). 1.1 Melhorar o desempenho de um sistema impróprio. 1.1.1 Completar um modelo incompleto. Se existe somente o objeto S1, acrescente um segundo objeto S2 e um campo F para fazer os objetos interagirem entre si. Se o sistema é somente um martelo, nada acontece. Se for acrescentado um prego, nada acontece ainda. O sistema deve ser completo, martelo, prego e uma força mecânica que faça o martelo interagir com o prego. 1.1.2 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou permanente. Incorporar um aditivo interno a S1 ou S2. É o caso de um analgésico administrado a um paciente, por via oral, para lhe suprimir a dor através de um campo químico. 1.1.3 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou permanente. Incorporar um aditivo externo S3 para alterar S1 ou S2. Como exemplo pode-se citar o uso de Salicilato de Metila aplicado na pele de um paciente, para lhe suprimir a dor muscular causada por uma contusão através de um campo químico. 1.1.4 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou permanente.
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    100 Faça uso derecursos do meio-ambiente como aditivo, tanto interno como externo. Chá de camomila agindo como calmante pode ser citado como exemplo. 1.1.5 O sistema não pode ser alterado, mas é permitido um aditivo temporário ou permanente. Modifique o meio-ambiente do sistema. Uma pessoa com resfriado respira pela boca ao invés de utilizar o nariz. Isto causa o ressecamento da garganta. Altere o meio-ambiente umidificando o ar da sala. 1.1.6 É difícil obter controle preciso de pequenas quantias. Controle pequenas quantias pela aplicação e remoção de excesso. Mergulhe uma peça na tinta e deixe a gravidade retirar o excesso. A pintura pelo método “silk screen”. 1.1.7 Se a aplicação de um campo moderado é insuficiente para obter o efeito desejado e um campo de maior intensidade danifica o sistema, utilize um elemento intermediário que recebe a ação do campo mais intenso e a repassa para o sistema. Como no aquecimento por banho-maria onde o fogo não pode ser aplicado diretamente ao alimento senão ele queima, mas através da água ele é cozido lentamente a uma temperatura não maior que a temperatura de ebulição da água. 1.1.8 Deseja-se um arranjo de efeitos grande/pequeno ou forte/fraco. As posições que necessitam do efeito mais fraco podem ser protegidas por uma substância S3. É como o uso de máscaras para a dopagem de silício que permite que o material dopante penetre em certas partes e não em outras. 1.2 Eliminar ou neutralizar um efeito prejudicial ou danoso. 1.2.1 Efeitos prejudiciais e úteis existem no sistema atual. Não é necessário para S1 e S2 estarem em contato direto. A remoção do efeito prejudicial é obtida com a adição de outra substância S3. As mãos de um dentista contêm germes que podem infectar a boca de um paciente. O uso de luvas estéreis elimina a possibilidade de infecção.
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    101 1.2.2 Efeitos prejudiciaise úteis existem no sistema atual. Não é necessário para S1 e S2 estarem em contato direto. Não é permitida a adição de novas substâncias. Remova o efeito prejudicial modificando S1 ou S2. Esta solução inclui a adição de “nada” – lacunas, cavidades, ar, bolhas, etc. – ou a adição de um campo que age como uma substância extra. Imagine o transporte de bolas de aço por um tubo que contém um cotovelo de 90o. As bolas danificam o cotovelo. Com a adição de um campo magnético ao cotovelo as bolas de aço se fixarão internamente à parede do tubo. Quando outras bolas vierem, se chocarão com as ali existentes, evitando danos ao tubo. 1.2.3 O efeito prejudicial é gerado por um campo. Introduzir um elemento S3 para absorver este efeito. Uso de aventais de chumbo para proteger partes do corpo de raios-X. 1.2.4 Efeitos prejudiciais e desejados existem em um sistema no qual os elementos S1 e S2 devem estar em contato. Neutralize o efeito prejudicial de F1 adicionando F2, de modo a neutralizar o efeito prejudicial ou a obter outro efeito útil. Maquinas geram ruído. Captando e invertendo o ruído em 180° cancela-se o ruído tornando o ambiente silencioso. Aplicação de impulsos elétricos a músculos para evitar atrofia. 1.2.5 Um efeito prejudicial existe devido a propriedades magnéticas de um elemento de um sistema. O efeito pode ser removido aquecendo-se a substância magnética acima de seu ponto de Curie, ou pela introdução de um campo magnético oposto. Classe 2 A Classe 2 é composta por soluções para melhorar um sistema pela introdução de modificações. 2.1 Transição para modelos Su-C complexos. 2.1.1 Concatenar modelos Su-C: Converter um modelo simples em uma cadeia de modelos tendo S2 com F1 aplicados a S3 que aplica F2 a S1. A seqüência de dois modelos pode ter controles independentes.
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    102 Uso de formãoou talhadeira para controlar a ação de um martelo sobre a madeira ou concreto. 2.1.2 Duplicar o modelo Su-C: Um sistema com controle pobre precisa ser melhorado, mas não é permitido alterar os elementos do sistema existente. Um segundo campo pode ser aplicado a S2. 2.2 Reforçando o modelo Su-C. 2.2.1 Substituir ou adicionar ao campo com pouco controle um campo mais facilmente controlável. Migrar de um campo gravitacional para um campo mecânico fornece maior controle, assim como de mecânico para elétrico ou mecânico para magnético. Este é um dos padrões de evolução de sistemas progredindo de objetos em contato físico para ações exercidas por campos. É o exemplo dos trens super-velozes que usam campos magnéticos para diminuir o atrito entre os trilhos, como nos “shinkansen” japoneses. 2.2.2 Mudar S2 do nível macro para o nível micro, isto é, ao invés de pedras considere partículas. Este é o padrão de evolução de nível macro para micro. Pode-se dar como exemplo o uso de almofadas preenchidas com gel que se adaptam às superfícies de contato oferecendo maior conforto. 2.2.3 Alterar S2 para um material poroso ou capilar que permitirá a passagem de gás ou líquido através dele. Sistemas de purificação de água utilizam tecidos microporosos para reter bactérias e permitir a passagem da água. 2.2.4 Torne o sistema mais flexível ou adaptável. A transição normal é de sólido para dobrável e daí para flexível. Uma linha de montagem flexível, que produz vários modelos de várias plataformas. 2.2.5 Altere um campo sem controle para um campo com padrões predeterminados que pode ser permanente ou temporário.
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    103 Uso de luzpolarizada para evitar danos a papel fotográfico. 2.2.6 Modificar uma substância uniforme ou sem controle para uma substância não uniforme com uma estrutura espacial predeterminada que pode ser permanente ou temporária. Adição de barras de ferro em concreto melhoram suas características de resistência. 2.3 Melhorar o desempenho de um ou mais elementos pelo controle de sua freqüência natural. Pode-se igualar ou tornar diferente da freqüência natural. 2.3.1 Igualar ou desigualar a freqüência de F, S1 ou S2. Uso de ultrassom na freqüência de ressonância das pedras no rim para quebrá-las. 2.3.2 Igualar o ritmo de F1 e F2. O ruído ambiente pode ser diminuído criando-se um som de mesma amplitude e freqüência, com fase 180° oposta. 2.3.3 Duas ações incompatíveis ou independentes podem ser realizadas executando cada uma enquanto a outra está inativa. Colocar e remover peças em uma prensa de estamparia. 2.4 Integrar material ferromagnético e campo magnético é um meio efetivo de melhorar o desempenho de um sistema. Nos modelos Su-C, o campo magnético devido a um material ferromagnético é descrito como campo-Fe, ou FFe. 2.4.1 Adicionar material ferromagnético e/ou campo magnético a um sistema. Trem por levitação magnética. 2.4.2 Combinar melhorar por maior controle dos campos (2.2.1) e utilizar materiais ferromagnéticos e campos magnéticos (2.4.1). A rigidez de um molde de borracha pode ser controlada adicionando-se material ferromagnético e aplicando-se campo magnético. 2.4.3 Uso de líquido magnético. Líquidos magnéticos é um caso especial de 2.4.2. Líquidos magnéticos são partículas ferromagnéticas suspensas em querosene, silicone ou água.
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    104 2.4.4 Uso deestruturas capilares contendo líquido ou partículas magnéticas. 2.4.5 Uso de aditivos (assim como revestimento) para dar propriedades magnéticas a objetos não magnéticos. Podem ser permanentes ou temporárias. 2.4.6 Introduzir materiais ferromagnéticos no meio-ambiente, se não é possível tornar o material magnético. 2.4.7 Uso de fenômenos naturais (tais como o alinhamento de objetos por um campo, ou desaparecimento do ferromagnetismo acima do ponto de Curie). 2.4.8 Use de um campo magnético auto-ajustável, variável ou dinâmico. 2.4.9 Modificar a estrutura de um material pela introdução de partículas ferromagnéticas, e então aplicar um campo magnético para mover as partículas. 2.4.10 Ajustar-se ao ritmo de um campo elétrico. Em termos de macro sistema é o uso de vibração mecânica para melhorar o movimento de partículas ferromagnéticas. Ao nível molecular ou atômico, a composição de materiais pode ser identificada pelo espectro da freqüência de ressonância dos elétrons em resposta a alterações na freqüência de um campo magnético. É o princípio de cocção pelo forno de micro-ondas, que faz com que as moléculas de água vibrem nas suas freqüências de ressonância. 2.4.11 Uso de corrente elétrica para criar campos magnéticos, ao invés de utilizar partículas magnéticas. 2.4.12 Líquidos Reológicos que têm sua viscosidade controlada por um campo magnético. Eles podem ser usados em conjunto com outros métodos. Eles podem imitar a transição de fase líquido/sólido. Classe 3 A Classe 3 é composta por soluções para evolução de um sistema e é chamada de Transição do Sistema. 3.1 Transição de Bi- para Poli-sistema. 3.1.1 Criação de Bi- e Poli-sistemas
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    105 Para facilitar omanuseio, várias camadas de tecido são cortadas ao mesmo tempo segundo um padrão determinado. 3.1.2 Melhorando os vínculos em Bi- e Poli-sistemas. A gravação de áudio e vídeo em uma mesma fita deve ser organizada durante a gravação. 3.1.3 Aumentando as diferenças entre elementos. Copiadoras que executam a cópia em diversas escalas. 3.1.4 Simplificação de Bi e Poli-sistemas. 3.1.5 Características opostas do todo ou de partes. 3.2 Transição para o nível micro. 3.2.1 Transição para o nível micro. As transmissões de automóveis tem se modificado de transmissão por engrenagens, com finitas relações de transferência, para transmissões usando CVT (Transmissão Continuamente Variável sigla do inglês: Continuously variable transmission) para transferir movimento, o que permite “infinitas” relações de transferência. Classe 4 A Classe 4 é composta por soluções para detecção e medição. Detecção e medição são ações típicas de controle. Detecção é binária (algo acontece ou não acontece) e medição tem algum nível de quantificação e precisão. Em muitos casos a solução mais inovadora é o controle automático sem detecção nem medição pelo uso de efeitos físicos, químicos ou geométricos. 4.1 Métodos Indiretos. 4.1.1 Modifique o sistema ao invés de detectar ou medir de forma a não necessitar de medir. Sistemas de aquecimento com controle automático que usam interruptor acionado por termoacoplador ou par bi-metálico.
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    106 4.1.2 Medir umacópia ou uma imagem se a opção anterior não puder ser utilizada. Estimar a população de aves aquáticas através de fotos aéreas da área. 4.1.3 Faça uso de duas detecções ao invés de medição contínua caso 4.1.1 ou 4.1.2 não podem ser aplicados. Como no caso de selecionar peças por tamanho onde se separam peças grandes e pequenas das peças boas, por meio de uma seqüência de peneiras. 4.2 Criar ou sintetizar um sistema de medição. Alguns elementos ou campos devem ser adicionados ao sistema existente. 4.2.1 Se um sistema Su-C é incompleto e não pode ser detectado ou medido, criar um sistema Su-C simples ou duplo com um campo como saída. Se o campo existente é inadequado, altere ou melhore o campo sem interferir no sistema original. O campo novo ou melhorado deve ter um parâmetro mais facilmente detectável que seja proporcional ao parâmetro que se deseja conhecer. Uso de estetoscópio para tornar o som do tórax diagnosticável. 4.2.2 Medir um aditivo introduzido. Introduzir um aditivo que reage para modificar o sistema original, e então medir a alteração no aditivo. Uso de fumaça em túnel de vento para medir a penetração aerodinâmica de um corpo. 4.2.3 Se não se pode adicionar nada ao sistema, então detecte ou meça o efeito que o sistema causa em um campo criado por aditivos colocados no meio ambiente. O uso de GPS para localização global ou o uso de radar para determinar a posição e velocidade de um móvel (avião ou veículo) 4.2.4 Se não se pode acrescentar aditivos ao meio-ambiente de um sistema como no item 4.2.3, então os crie pela decomposição ou mudança de estado de algo que está no meio- ambiente, e meça o efeito do sistema neste aditivo criado. 4.3 Aprimorar o sistema de medição 4.3.1 Aplicação de fenômeno natural. Use efeitos científicos conhecidos que acontecem dentro do sistema, e determine o estado do sistema pela observação das mudanças
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    107 neste efeito. Oefeito Hall é usado para medir e controlar a velocidade de motores elétricos de precisão e de velocidade variável. 4.3.2 Se as alterações em um sistema não podem ser determinadas diretamente ou através da passagem de um campo, meça a alteração na freqüência de ressonância do sistema ou de um elemento a fim de medir as mudanças. A afinação de um piano através do uso de diapasão. 4.3.3 Se não é possível atuar como em 4.3.2, meça a freqüência de ressonância de um objeto unido a outro com propriedades conhecidas. Medição de capacitância através da freqüência de ressonância de circuito RLC (consistindo de um resistor [R], um indutor [L], e um capacitor [C] que qualquer tensão ou corrente nele pode ser descrita por uma equação diferencial de segunda ordem), onde R e L são conhecidos. 4.4 Medir um Campo eletromagnético: A introdução de materiais ferromagnéticos para auxiliar na medição foi popular antes do desenvolvimento de sensores remotos, mini-dispositivos, fibras ópticas, microprocessadores, etc. 4.4.1 Adição ou uso de substância ferromagnética e campo magnético em um sistema para facilitar a medição. Determinação da velocidade de veículos pela colocação de bobinas sob o pavimento. 4.4.2 Adição de partículas magnéticas em um sistema ou alteração de uma substância em partículas ferromagnéticas para facilitar a medição por detecção do campo magnético resultante. Introdução de partículas ferromagnéticas em tinta para facilitar a leitura de código de barras. 4.4.3 Se não é permitida a adição de partículas ferromagnéticas diretamente ao sistema ou uma substância não pode ser substituída por partículas ferromagnéticas, construa um sistema mais complexo, acrescentando aditivos ferromagnéticos à substância. 4.4.4 Adição de partículas ferromagnéticas ao meio-ambiente, se elas não podem ser adicionadas ao sistema.
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    108 4.4.5 Meça oefeito de um fenômeno natural associado com o magnetismo, assim como o ponto de Curie, histerese, efeito Hall, etc. 4.5 Direção da evolução dos sistemas de medição. 4.5.1 Transição para Bi- e Poli-sistema. Se um sistema de medição simples não fornece precisão suficiente, use dois ou mais sistemas de medição, ou faça múltiplas medições. 4.5.2 Ao invés de medir diretamente um fenômeno, meça a primeira e segunda derivadas no tempo e no espaço. Por exemplo, meça velocidade e aceleração ao invés de medir posição. Meça a taxa de variação da freqüência de um som para determinar a velocidade de sua fonte. Classe 5 A Classe 5 é composta por métodos para simplificar e melhorar as soluções padrão. 5.1 Introduzir substâncias. 5.1.1 Meios Indiretos. 5.1.1.1 Use “nada” – acrescentar ar, vácuo, bolhas, furos, capilares, poros, lacunas, espuma, etc. Uso de espuma em roupas de mergulho para aumentar a isolação térmica. Uso de concreto aerado para confecção de telhas finas e leves. 5.1.1.2 Use um campo ao invés de uma substância. Para encontrar pregos na parede sem furá-la use um campo magnético. Para detectar furos em saches de tempero use vácuo. 5.1.1.3 Use um aditivo externo ao invés de um interno. 5.1.1.4 Use pequenas quantidades de aditivo muito forte. 5.1.1.5 Concentre o aditivo em um local específico. 5.1.1.6 Acrescentar um aditivo temporariamente como num tratamento por quimioterapia.
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    109 5.1.1.7 Use ummodelo ou cópia de um objeto na qual um aditivo possa ser usado, ao invés de utilizar o objeto original, se não é possível acrescentar o aditivo ao objeto original. Uso de vídeo-conferência permite reunião com pessoas que não estão no mesmo local. 5.1.1.8 Introduza um componente químico que reaja, produzindo um elemento ou componente desejado, onde a introdução do material desejado possa ser prejudicial. Pessoas necessitam de sódio para o metabolismo, porém o sódio metálico é prejudicial. Existe a ingestão de sal que é convertido em sódio para uso do corpo. 5.1.1.9 Obtenção do aditivo necessário pela decomposição do meio-ambiente ou do próprio objeto. 5.1.2 Dividir o elemento em unidades menores, como num cluster de computadores. 5.1.3 O aditivo se auto-elimina após o uso. Uso de gelo-seco para limpeza de superfícies com forma complexa. As partículas de gelo seco sublimam após o uso. 5.1.4 Uso de “nada” se as circunstâncias não permitem o uso de grande quantidade de material. Uso de balão de ar para suspender veículos atolados. 5.2 Uso de Campos. 5.2.1 Use um campo para criar outro: Soldagem de filmes plásticos por rádio-freqüência. 5.2.2 Use campos que estão presentes no meio-ambiente. Como no uso de fogão solar. 5.2.3 Use substâncias que são fontes de campos: Água do radiador que resfria o motor, usada para aquecer o ar interno. 5.3 Transição de fase. 5.3.1 Transição de fase 1: Substituição de fase. Transporte de gás na forma líquida para posterior uso na forma gasosa. 5.3.2 Transição de fase 2: Dupla transição de fase.
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    110 Como a usadapara facilitar o deslizamento de patins no gelo que fazem com que o gelo sob os patins se tornem líquido e depois voltem a ser sólido recompondo a superfície. 5.3.3 Transição de fase 3: Utilização do fenômeno que acompanha a mudança de fase. Como a utilização da mudança de fase do líquido refrigerante no sistema de refrigeração de uma geladeira.
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    111 ANEXO F -ARIZ-61 O ARIZ 61 foi apresentado por Altshuller (2000) como sendo: Parte 1 – Fase Analítica Passo 1.1: Descreva o problema. Passo 1.2: Determine o Resultado Final Ideal (RFI) Passo 1.3: Determine o que interfere em se chegar ao resultado, ou seja, definir a Contradição Técnica. Passo 1.4: Determine por que interfere? Passo 1.5: Determine em quais condições não interfere? Parte 2 – Fase Operacional Passo 2.1: Verifique mudanças no objeto em si. P2.1.1: Altere tamanho. P2.1.2: Altere forma. P2.1.3: Altere material. P2.1.4: Altere temperatura. P2.1.5: Altere pressão. P2.1.6: Altere velocidade. P2.1.7: Altere cor. P2.1.8: Altere posição relativa das partes. P2.1.9: Altere condições de trabalho. Passo 2. 2: Explore a possibilidade de dividir o objeto em partes independentes. P2.2.1: Isole a parte "fraca". P2.2.2: Isole a parte "adequada/necessária".
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    112 P2.2.3: Separe oobjeto em partes idênticas. P2.2.3: É possível dividir em partes idênticas? Passo 2.3: Explore a possibilidade de modificar o ambiente externo ao objeto analisado. P2.3.1: Altere os parâmetros do ambiente P2.3.2: Troque de ambiente P2.3.3: Separe o ambiente em diferentes meios P2.3.4: Utilize características do ambiente para desempenhar ações úteis Passo 2.4: Verifique a possibilidade de modificar os objetos ao redor ou que interagem. P2.4.1: Defina a relação entre os objetos independestes. P2.4.2: Elimine um objeto transferindo sua função para outro. P2.4.3: Aumente o número de objetos que operam simultaneamente em uma área definida utilizando um espaço livre em uma área oposta Passo 2.5: Como uma CT semelhante é solucionada em outra área da tecnologia? Passo 2.6: Se os passos acima não levarem a solução do problema, intensifique as condições do problema original. Parte 3 – Estágio Sintético Passo 3.1: Altere a forma do objeto analisado - um equipamento com nova funcionalidade deve ter formato diferente. Passo 3.2: Altere outros objetos que interagem com o objeto principal. Passo 3.3: Modifique o meio da funcionalidade de um objeto. Passo 3.4: Explore a possibilidade de utilizar o novo princípio na solução de outros problemas técnicos?
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    113 ANEXO G -ARIZ-71 O ARIZ 71 foi apresentado por Altshuller (2000) e traduzido por Demarque (2005) como sendo: Parte 1 – Escolha do Problema Passo 1.1: Defina o objetivo final da solução. P1.1.1: Qual é seu objetivo técnico? Qual característica do objeto deve ser alterada? P1.1.2: Qual característica do objeto claramente não pode ser alterada? P1.1.3: Qual o objetivo econômico da solução? P1.1.4: Qual o custo aceitável? P1.1.5: Qual é a principal característica técnica ou econômica que deve ser melhorada? Passo 1.2: Investigar atalhos. Imagine que o problema não pode ser resolvido. Qual outro problema, mais genérico, pode ser solucionado para alcançar o resultado final desejado? Passo 1.3: Determine qual problema, o original ou o atalho, faz mais sentido solucionar. P1.3.1: Compare o problema original com a tendência (o sentido da evolução) dentro de determinado ramo da indústria. P1.3.2: Compare o problema original com a tendência (o sentido da evolução) dentro da liderança do ramo da indústria. P1.3.3: Compare o problema atalho com a tendência (o sentido da evolução) dentro de determinado ramo da indústria. P1.3.4: Compare o problema atalho com a tendência (o sentido da evolução) dentro da liderança do ramo da indústria. P1.3.5: Compare o problema original com o problema atalho. Escolha qual resolver.
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    114 Passo 1.4: Determineas características quantitativas necessárias. Passo 1.5: Introduzir correção de tempo nas características quantitativas. Passo 1.6: Definir as necessidades para as condições específicas na qual a invenção irá funcionar. P1.6.1: Considerar as condições específicas para a manufatura do produto: em particular, o grau de complexidade aceitável. P1.6.2: Considerar a escala de futuras aplicações. Parte 2 – Definir o Problema com mais precisão Passo 2.1: Definir o problema mais precisamente utilizando informações de bases de patentes. P2.1.1: Como problemas semelhantes são resolvidos em outras patentes?. P2.1.2: Como problemas semelhantes são solucionados nas indústrias de ponta? P2.1.3: Como problemas opostos (antagônicos) são solucionados? Passo 2.2: Use o Operador DTC (Dimensão, Tempo, Custo). P2.2.1: Imagine alterar as dimensões de um objeto para zero (D → 0). O problema pode ser resolvido agora? Como? P2.2.2: Imagine alterar as dimensões de um objeto para infinito (D → ∞). O problema pode ser resolvido agora? Como? P2.2.3: Imagine alterar o tempo de processo (ou velocidade de um objeto) de um objeto para zero (T→ 0). O problema pode ser resolvido agora? Como? P2.2.4: Imagine alterar o tempo de processo (ou velocidade de um objeto) de um objeto para infinito (T → ∞). O problema pode ser resolvido agora? Como? P2.2.5: Imagine alterar o custo de um objeto ou processo para zero (C→ 0). O problema pode ser resolvido agora? Como?
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    115 P2.2.6: Imagine alteraro custo de um objeto ou processo para infinito (C → ∞). O problema pode ser resolvido agora? Como? Há partes frágeis? Passo 2.3: Descreva as condições do problema (sem usar terminologia especial ou própria da área, e sem descrever o que deve ser inventado, encontrado ou desenvolvido) em duas fases como abaixo: P2.3.1: Dado um sistema formado por (------) P2.3.2: O elemento (---), nas condições (---), produz o efeito indesejado (---). Passo 2.4: Preencha a tabela abaixo com os elementos citados no passo anterior: Tabela 11: Passo 2.4 da ARIZ 71-C Tipos de elemento Elementos Elementos que podem ser modificados, re- projetados, ou reajustados (nas condições deste problema). Elementos que são difíceis de serem modificados (nas condições deste problema) Passo 2.5: Escolha na tabela anterior o elemento mais fácil de alterar, re-projetar ou ajustar. P2.5.1: Inicie pelos elementos da primeira linha. Se todos parecem apontar para o mesmo grau de dificuldade inicie com um elemento que não se movimente (geralmente estes são mais fáceis de modificar do que aqueles que se movem). P2.5.2: Se na primeira linha existe um elemento ligado com um efeito não desejado (geralmente isto é indicado no passo P2.3.2), tenha-o como último recurso. P2.5.3: Se o sistema só apresenta elementos na segunda linha, inicie com elementos do ambiente externo. Parte 3 – Estágio Analítico Passo 3.1: Formular o RFI, usando o formato abaixo:
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    116 P3.1.1: Tome oelemento escolhido no Passo 5. P3.1.2: Declare sua ação. P3.1.3: Declare como ele realiza esta ação (use “por si mesmo”). P3.1.4: Declare quando ele realiza esta ação. P3.1.5: Declare em que condições ele realiza esta ação (limitações, exigências, etc.). Passo 3.2: Esboce duas figuras: P3.2.1: Situação INICIAL (antes do RFI). P3.2.2: Situação IDEAL (considerando o RFI). Passo 3.3: Na figura IDEAL identifique o elemento escolhido na Parte 3, passo P3.1.1, estaque a parte que não realiza a função esperada sob as condições descritas. Passo 3.4: Por que este elemento (por si mesmo) não realiza a ação desejada? P3.4.1: O que se espera da área destacada do objeto? P3.4.2: O que impede que ela realize a ação por si mesma? P3.4.3: Qual é o conflito entre P3.4.1 e P3.4.2? Passo 3.5: Em que condições esta parte do elemento escolhido realiza a ação desejada?(Quais os parâmetros que esta parte deve possuir?). Passo 3.6: O que deve ser feito para que este elemento obtenha a característica descrita no passo anterior? P3.6.1: Indique, na figura, as forças que devem ser aplicadas na parte destacada do objeto a fim de se obter as características desejadas. P3.6.2: Como estas forças podem ser produzidas? Não utilize métodos que contradigam a Parte 3, passo P3.1.5. Passo 3.7: Formule um conceito que pode ser realizado na prática. Se existir mais de um conceito, enumere-os começando pelo mais promissor. Passo 3.8: Esboce uma maneira de realizar o primeiro conceito. P3.8a: Qual é o vínculo entre as partes do novo dispositivo? P3.8b: Como o dispositivo trabalha durante um ciclo?
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    117 P3.8c: Qual ocomportamento deste dispositivo após muitos ciclos? Recomenda-se voltar a Parte 3, Passo 3.7 e considerar outros conceitos. Parte 4 – Análise preliminar dos novos conceitos. Passo 4.1: O que melhorou e o que piorou com o novo conceito? Anote estes pontos. Passo 4.2: É possível evitar o que piorou alterando-se o novo dispositivo ou método? Esboce o dispositivo modificado. Passo 4.3: O que piorou agora? Passo 4.4: Compare prós e contras. O que é maior? Por quê?Se há mais prós do que contras, vá a Parte 6. Se os contras são maiores que os prós, retorne a Parte 3, passo 3.1. Realize, e anote os resultados de uma segunda análise. Passo 4.5: Se, agora, há mais prós do que contras, vá a Parte 6. Se a segunda análise não produziu um novo resultado, retorne a Parte 2, Passo2.4 e verifique a tabela. Faça outra análise com elemento da Parte 2 Passo 2.5. Anote esta análise. Se mesmo assim não surgir um conceito satisfatório, vá para a Parte 5. Parte 5 – Estágio Operacional Passo 5.1: Tome a matriz de contradições (MC) e localize na primeira coluna a característica que deve ser melhorada. Passo 5.2: Responda: P5.2a: Como podemos melhorar esta característica utilizando meios conhecidos? P5.2b: Qual a característica que se torna inaceitável se utilizarmos este método? Passo 5.3: Na linha horizontal da MC escolha a característica descrita no passo anterior. Passo 5.4: Encontre na MC os princípios que solucionam esta contradição.
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    118 Passo 5.5: Pesquisecomo estes princípios podem ser utilizados para solucionar o seu problema. Se foi obtida uma solução, retorne para a parte 4, avalie o conceito criado e então proceda para a parte 6. Se o problema não está resolvido siga para a Parte 5, passo 6. Passo 5.6: Pesquise a possibilidade de aplicar efeitos e fenômenos físicos. Passo 5.7: Estude a possibilidade de alterar a ação no tempo ou duração P5.7.1: É possível remover a contradição alongando o tempo de sua ação? P5.7.2: É possível remover a contradição comprimindo o tempo de sua ação? P5.7.3: É possível remover a contradição executando uma ação antes que o objeto inicie sua operação? P5.7.4: É possível remover a contradição executando uma ação depois que o objeto terminou sua operação? P5.7.5: Se o processo é contínuo, analise a possibilidade de transformá-lo em periódico. P5.7.6: Se o processo é periódico, analise a possibilidade de transformá-lo em contínuo. Passo 5.8: Como problemas semelhantes são solucionados na natureza? P5.8a: Como partes não-vivas da natureza resolvem este problema? P5.8b: Como animais ou plantas resolviam este problema em tempos remotos? P5.8c: Como organismos contemporâneos resolvem este problema? P5.8d: Que correções devem ser realizadas considerando-se novas tecnologias ou materiais? Passo 5.9: Estude a possibilidade de alterar os objetos que operam em conjunto com o nosso objeto de estudo. P5.9a: A qual supersistema pertence nosso sistema? P5.9b: Como o supersistema pode ser modificado para solucionar nosso problema? Se ainda não foi encontrada solução, retorne para a Parte 1, passo 1.3. Se uma solução satisfatória foi encontrada, retorne à Parte 4, para avaliação, e em seguida vá para a Parte 6.
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    119 Parte 6 –Estágio Sintético Passo 6.1: Determine como o supersistema ao qual pertence nosso sistema modificado deve ser alterado. Passo 6.2: Explore outras utilizações do nosso sistema modificado. Passo 6.3: Utiliza à nova ideia encontrada para solucionar outros problemas. Passo 6.4: Utiliza uma ideia oposta à nova ideia encontrada para solucionar outros problemas.
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    120 ANEXO H -ARIZ-85C Tendo como referência [18] Marconi (1999) e [27] Zagorodnova (2004), descreve-se abaixo o ARIZ-85C. Fase 1 – Formulação do problema Parte 1 – Análise do sistema Passo 1.1 - Descreva o sistema e o problema que deve ser resolvido como é enxergado neste momento. Pode-se usar o QCI para realizar esta parte. Passo 1.2 – Selecionar e anotar um par de elementos em conflito, o objeto e a ferramenta. Objeto é o elemento que de acordo com as condições do problema sofre ação de uma ou mais ferramentas. Ferramenta é o elemento que interage com o objeto (o fogo e não o acendedor). Passo 1.3 - Descreva o mini-problema (MP). O objetivo é descrever o problema de forma que para solucioná-lo promova-se a mínima alteração ao sistema, ou, tudo no sistema permanece o mesmo, e a função desejada é realizada com a menor alteração. Passo1.4 – Exprimir o conflito no sistema de maneiras opostas: CNF1: Na tentativa de eliminar ou diminuir a ação indesejada, degrada- se a ação desejada. CNF2: Na tentativa de melhorar a ação desejada, aumenta-se a ação indesejada. Passo1.5 – Intensificar o conflito. Isto traz melhor qualidade para a solução e esta poderá ser aplicada na solução de uma maior quantidade de problemas. CNF1: A ação indesejada é completamente eliminada, mas a ação desejada não é realizada. CNF2: A ação desejada é realizada por completo, mas a ação indesejada torna-se a pior possível.
  • 133.
    121 Passo1.6 – Escolhaentre CNF1 e CNF2 aquele que é melhor para a função básica do sistema a fim de tornar a solução encontrada mais próxima da idealidade. Passo1.7 – Esboce o conflito intensificado escolhido, de forma simples. Parte 2 - Análise dos Recursos Passo 2.1 – Descreva a Zona de Operação (ZO): A ZO é o espaço de contorno onde surge o conflito indicado no modelo do problema. Pense em termos de espaço. Crie dois croquis: ZO1: Mostre o espaço onde ocorre a ação desejada. Especifique o que está contido na ZO1.Quais componentes ou subsistemas estão nesta figura? ZO2: Mostre o espaço onde ocorre a ação indesejada. Especifique o que está contido na ZO2. Quais componentes ou subsistemas estão nesta figura? Note que ZO1 e ZO2 podem ser completamente separadas ou se sobreporem. Não deixe de esboçar esta sobreposição. Passo 2.2 – Descreva o Tempo de Operação (TO): O TO é o instante em que ocorre o conflito indicado no modelo do problema. Pense em termos de tempo. Crie dois croquis: TO1: É o período de tempo em que ocorre uma das condições do conflito. TO2: É o período de tempo onde ocorre a outra condição do conflito. Considere o antes, o durante e o depois do conflito. Pode-se esboçar TO1, TO2 e TO3. Passo 2.3 – Liste todos os recursos internos e externos ao sistema, inclusive os do meio-ambiente. Anote todas as substâncias (Su) e campos (C). Use a seguinte lista como guia: Internos:  A ferramenta  O objeto da ação desejada  O objeto da ação indesejada  Outros objetos do sistema Externos:  O meio-ambiente
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    122  O supersistema Subprodutos e derivados  Resíduos, perdas ou sobras. Não esquecer que espaço e tempo também são recursos. Parte 3 – Definição do RFI e formulação da CF Passo 3.1 – Formule sua visão inicial de RFI, o RFI-1, em termos de: “O Recurso eliminará o efeito negativo dentro da ZO durante o TO sem complicar o sistema, enquanto realiza o efeito positivo." Neste modelo, os Recursos ainda não são conhecidos, efeito negativo e o efeito positivo foram identificados anteriormente no Passo 1.5. Passo 3.2 – Reforce, amplie ou aumente o RFI-1, formulando-o de diferentes maneiras. No lugar de Recurso use:  A ferramenta  Os objetos  O sistema  O meio-ambiente  O Supersistema Passo 3.3 – Formule a CF no macro-nível. Ela deve ocorrer durante o TO e dentro da ZO. Existirão duas versões da CF. Uma para CNF1 e outra para CNF2. Passo 3.4 – Formule a CF no nível micro. A CF deve ocorrer durante o TO e dentro da ZO, tendo as condições físicas que se opõem formuladas em termos de partículas. É possível que não se possa formular a CF no nível micro. Neste caso a solução estará no macro-nível. Novamente, existirão duas versões da CF. Uma para CNF1 e outra para CNF2.
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    123 Passo 3.5 –Refine o RFI. (RFI-2). Pode-se tomar como base o nível macro ou o nível micro da CF. O RFI-2 pode ser formulado como: “Durante o TO, o Recurso deve fornecer por si mesmo o (especifique o estado ou ação física das partículas) e também (especifique o estado ou ação física oposta das partículas)." Formule várias versões do RFI-2. Passo 3.6 – Aplicar a Análise Su-C e as Soluções Padrões ao RFI-2. Normalmente, ao final da parte 3 é que se encontram os conceitos para solucionar o problema, porque o refinamento de RFI-2 faz o problema e sua solução muito mais claros. Pode-se então continuar para a Parte 7. Contudo recomenda-se, mesmo que se tenha formulado bons conceitos ao final da parte 3, continuar através da parte 4, pois poderão surgir ideias melhores. Se não foi encontrada solução para o problema então se deve continuar para a parte 4. Fase 2 – Eliminação da CF Parte 4 – Separar a CF Passo 4.1 – Aplicar os quatro princípios para remover CF. • Separação no tempo. Separa os estados físicos opostos no tempo. • Separação no espaço. Separa os estados físicos opostos no espaço. • Separação no sistema. Separa os estados físicos opostos entre o sistema e seus componentes. • Os dois estados físicos opostos coexistem na mesma substância? Passo 4.2 – Aplicar a Análise Su-C e as Soluções Padrões. Passo 4.3 – Aplique a técnica das Pequenas Pessoas Perspicazes (PPP).
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    124 Tome os CNFdefinidos no Passo 3.4. Imagine que as partículas definidas ali são capazes de agir e pensar, como se fossem pequenos seres, ou pequenas pessoas perspicazes. Não se coloque no meio delas. Imagine um número infinito de PPP, e como elas reagiriam para criar o RFI. Passo 4.4 – Volte partindo do RFI-2. Faça a análise de trás para frente. Se a partir das condições do problema se conhece como deve ser o sistema final, o problema consiste em determinar o modo de se chegar ao sistema desejado, ou a partir do sistema desejado voltar para a situação atual, de modo lento e gradual, promovendo pequenas mudanças. Relembre a sua solução ideal e partindo daí realize:  Uma pequena degradação do sistema;  Uma pequena alteração no sistema;  Sua desmontagem gradual. Parte 5 – Aplicar a Base de Conhecimento Passo 5.1 – Procure por problemas semelhantes ao formulado no RFI-2 no Passo 3, e aplique as soluções ao seu problema. Passo 5.2 – Use o Banco de Dados de Efeitos Científicos. Passo 5.3 – Estude a aplicação dos 40 PI. Passo 5.4 – Desenvolva uma Análise Su-C. Passo 5.5 – Utilize as Soluções Padrões. Parte 6 – Modificar o “Mini-problema” Passo 6.1 – Reveja seu conflito no passo 1. Ele é realmente um problema ou é a combinação de dois ou mais problemas. Depois de ter estudado o seu problema pelos 5 passos anteriores do ARIZ, ele torna-se mais claro para você e é conveniente revê-lo agora. Passo 6.2 – Volte ao passo 1.6 e escolha outra versão do conflito para analisar. Passo 6.3 – Reformule outro conflito após a definição do mini-problema.
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    125 Passo 6.4 –Se o seu problema ainda está sem solução, volte ao passo 1.3 e reformule o mini-problema. Passo 6.5 – Se ainda não encontrou solução, reformule o seu problema olhando-o como supersistema. Fase 3 – Análise da Solução Parte 7 – Revisão da Solução e da Eliminação da CF Passo 7.1 – Revise as substâncias e campos introduzidos ao sistema. O seu problema foi resolvido com a adição de substâncias ou campos que não foram especificados na Parte 2? Caso a resposta seja sim, há duas possibilidades:  Tente modificar os recursos combinando-os ou utilizando-os em estado físico diferente.  Introduza uma substância autorreguladora, uma substância que se altere com o meio-ambiente, como uma substância tampão. Passo 7.2 – Avalie a solução obtida.  A sua solução satisfaz o RFI?  A sua solução realmente remove a CF?  Ela pode ser implementada no mundo real?  Se a solução não pode ser utilizada para resolver o problema por inteiro, ele pode solucionar parte ou ciclo do sistema?  Surgiu algum outro problema como conseqüência da sua solução? Parte 8 – Maximização da utilização da Solução Passo 8.1 – Enumere as alterações necessárias no supersistema para implementar a sua solução.
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    126 Passo 8.2 –O sistema alterado pela sua solução pode ser utilizado de uma nova maneira ou de uma maneira diferente? Passo 8.3 – Podem-se resolver outros problemas com a sua solução?  Procure generalizar a solução, transformando-a num método.  Aplique este novo método a outros problemas.  Defina este método de um modo contrário e aplique-o a outros problemas.  Como este método mudaria se o tamanho do sistema tendesse a zero ou para o infinito? Parte 9 – Comparar conceito com a realidade. Passo 9.1 – Revise todo o desenvolvimento do conceito pelo ARIZ. Esta é uma excelente maneira de capturar o aprendizado. O objetivo é verificar se tudo ocorreu como esperado ou se houve desvio no desenvolvimento. Passo 9.2 – Observe como sua solução se diferencia de outros efeitos científicos ou soluções padrão. Descreva o que a faz diferente. Documentar esta diferença poderá facilitar sua vida e a de outros no futuro. Passo 9.3 – Acrescente a solução à sua base de dados de conhecimento.  Acrescente a sua solução como exemplo de aplicação de um determinado efeito.  Acrescente a sua solução como exemplo de aplicação de um determinado princípio inventivo ou solução padrão.
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    127 ANEXO I -MATRIZ DE CONTRADIÇÕES
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    132 APÊNDICE A -ARIZ-85C APLICADA NO SISTEMA DE LOCOMOÇÃO Parte1: ANALISANDO O PROBLEMA 1.1. Descreva o sistema e o problema que deve ser resolvido como é enxergado neste momento Sistema de Locomoção de um Robô de inspeções de instalações industriais. O sistema deve ser compacto, pois não há espaço disponível, poder transpor obstáculos como fios e vãos e interior de equipamentos e dutos de ar condicionado. 1.2. Selecionar e anotar um par de elementos em conflito Ele deve ser compacto, pois á pouco espaço e deve ser longo, pois é preciso transpor obstáculos. 1.3. Descreva o Mini Problema (MP) O sistema de locomoção não ocupa nenhum espaço e pode mover o robô para qualquer direção. 1.4. Exprimir o conflito no sistema de maneiras opostas CNF1: Reduzir as rodas para que elas ocupem menos espaço; CNF2: rodas maiores ultrapassam melhor obstáculos; CNF3: é preciso se deslocar em inclinações elevadas e não há atrito suficiente com rodas. 1.5. Intensifique o conflito CNF1: rodas mínimas ou apenas uma superfície sem atrito - se locomove bem mais não transpõe obstáculos; - CNF2: consegue transpor objetos, mais pode
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    133 reduzir a mobilidade.- CNF3 maior superfície de contato significa mais espaço sendo ocupado 1.6. Escolha entre os conflitos aquele que é melhor para a função básica do sistema a fim de tornar a solução encontrada mais próxima da idealidade Uma esteira pode ser vista como uma série de rodas pequenas. Esta solução já bem desenvolvida em outras indústrias pode ser a solução para nosso problema. 1.7. Esboce o conflito intensificado escolhido de maneira simples Um sistema de transporte que envolva o robô e adere a superfícies sem perder mobilidade PARTE 2. ANALIZANDO O MODELO DO PROBLEMA 2.1. Defina a Zona Operacional (ZO) ZO1 - interior de dutos: grandes vãos devido a bifurcações verticais, intensa quantidade de sujeira fina e partículas suspensas, velocidade do fluxo de ar de 10 m/s temperatura: entre 35°C e -5°C; ZO2 - Entre maquinários: ambiente impregnado com graxas e óleos, temperaturas de operação de 40°C e picos de 100°C. Obstáculos como degraus, fios, calhas e valas a serem transpostas. 2.2. Defina o Tempo operacional (To) Utilizado principalmente para se chegar ao ponto de interesse, retorno ao ponto de entrada da inspeção e ajustes durante a medição. 2.3. Defina os recursos Substância- Substâncias: superfícies, Rodas, motores; Campos: Campo Gravitacional,
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    134 Campo (RSu-C) forçapara locomoção e mudança de direção. PART 3. DEFININDO O RESULTADO IDEAL FINAL (RFI) E A CONTRADIÇÃO FÏSICA (CF) 3.1. Formule sua visão inicial de RFI, o RFI-1. O recurso deve transpor obstáculos e ter grande aderência, sem ocupar espaço no robô. 3.2. Reforce, amplie ou aumente o RFI-1, formulando-o de diferentes maneiras. O sistema de locomoção deve transpor obstáculos e ter grande aderência, sem reduzir sua mobilidade. PART 4. Mobilizando e usando Recursos Substancia-Campo (RSu-C) 4.1. Aplicar os quatro princípios para remover o Conflito não é possível 4.2. Aplicar a análise Substancia- campo e as Soluções padrões Aplicada solução 2,4,1 - Ver ANEXO E 4.3. Aplique a técnica de pequenas pessoas perspicazes Sem novas soluções 4.4. Volte e refaça a análise "de traz para frente" PART 5. Aplicando a base de conhecimento 5.1. Procure por problemas Mobilidade pode ser aumentada utilizando o conceito de roda
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    135 semelhantes ao formuladono RFI-2 no Passo 3, e aplique as soluções ao seu problema. omnidirecional 5.2. Use o banco de dados de efeitos científicos Ver item 4.2.3 na página 43 5.3. Estude a aplicação dos 40 PI. Ver item 4.2.3 na página 43 5.4. Desenvolva uma análise Su-F Ver item 4.2.3 Figura 16, Figura 17 e Figura 20. PART 6. MUDANDO OU SUBSTITUINDO O PROBLEMA 6.1. Reveja seu conflito no Passo 1 O conceito de esteira omnidirecional utilizando imas aumenta a área de contato com o solo, aumentando a capacidade do equipamento de transpor obstáculos sem aumentar a área de secção frontal. PARTE 7. Revisão da Solução 7.1. Revise as substâncias e campos introduzidos ao sistema Ver item 4.2.3 Figura 20 7.2. Avalie a solução obtida A solução obtida atende o projeto, trazendo inovação com um componente totalmente novo. PARTE 8. Maximização da utilização da Solução
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    136 8.1. Enumere asalterações necessárias no supersistema para implementar a sua solução Deverá aumentar a quantidade de suportes para motores; Serão necessários mais 2 canais de comunicação para utilizar todos os sentidos de movimentação desenvolvidos para a esteira. 8.2. O sistema alterado pela sua solução pode ser utilizado de uma maneira nova ou de maneira diferente? Esteiras omnidirecionais podem ser utilizadas dentro da indústria para transporte interno de materiais e produtos. 8.3. Podem-se resolver outros problemas com a sua solução? Esteiras de transporte omnidirecionais talvez sejam mais rápidas que cilindros pneumáticos para movimentações laterais dos produtos em cima de esteiras de transporte. PARTE 9. Comparar conceito com a realidade 9.1. Revise todo o desenvolvimento do conceito pelo ARIZ O conceito desenvolvido é sólido e tem potencial para ser aplicado neste projeto e desenvolvido em outros. 9.2. Observe como a sua solução se diferencia de outros efeitos científicos ou soluções padrão. Descreva o que a faz diferente A incorporação de três itens (esteira, Roda Omnidirecional e Imãs) deste desenvolvimento se diferencia das soluções encontradas no mercado. 9.3. Acrescente a solução à sua base de dados de conhecimento.
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    137 APÊNDICE B –DESENHOS GERAIS DO ROBÔ Figura 32: Visão geral do robô de inspeção
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    138 Figura 33: Detalhamentocomponentes internos A A
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    139 Figura 34: Dimensõesdos componentes internos em milímetros. Sem Protoboard.
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