Capítulo
7. O ARIZ
8
ARIZ53 (acrônimo russo de Алгоритм решения изобретательских задач - АРИЗ) significa algoritmo da solução criativa de problemas. O ARIZ é parte da teoria da teoria da solução de problemas de inventiva do Altshuller. O ARIZ consiste de uma programação (seqüência de ações) que servem para expor as contradições, i.e., à solução dos problemas. O ARIZ inclui a seqüência em si, as informações de suporte fornecidas pela base de conhecimento e os métodos de controlar os fatores psicológicos que são uma parte componente para desenvolver a imaginação criativa. O ARIZ serve não somente para resolver problemas difíceis, mas também para desenvolver o pensamento criativo. O pensamento criativo é o pensamento através das contradições que revelam a causa original (raiz) de um problema. O ARIZ é uma seqüência passo-a-passo usada para a análise e solução de problemas de criatividade. A primeira modificação apareceu em 1959 (ARIZ-59). Outras modificações foram ARIZ-61, ARIZ-71, ARIZ-77, ARIZ-82, e ARIZ-85-C. A seqüência de passos da ARIZ consiste na seguinte seqüência de operações: exposição e solução das contradições, análise da situação inicial e seleção do problema a ser resolvido, síntese da solução, análise das soluções recebidas e solução da melhor variante, desenvolvimento da solução escolhida, coleção das melhores soluções e registro deste material para o melhoramento do método para resolver outros problemas. A estrutura da seqüência e das leis para a sua implementação está baseada nas leis e normas do desenvolvimento tecnológico. A informação de suporte é fornecida a partir de uma base de conhecimento, que inclui um sistema de normas para soluções de problemas de inventiva; efeitos de engenharia (físicos, químicos, biológicos, matemáticos e geométricos); técnicas para a eliminação de contradições (princípios de inventiva); métodos para a aplicação dos recursos naturais e tecnológicos.
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ARIZ: Algorithm of inventive problem solving
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Os métodos de controle dos fatores psicológicos são necessários pelo fato de que a seqüência de passos do ARIZ não foi elaborada para ser usada em computadores que forneçam respostas automáticas, mas para ajudar os seres humanos a pensar em soluções criativas para os seus problemas. Assim, o solucionador de problemas frequentemente exibe inércia psicológica e é necessário controlar isto. O método permite desenvolver a imaginação criativa necessária para a solução de complexos problemas de inventiva.
7.1.
Conceitos sobre Contradições Diferentes meios tecnológicos foram e são desenvolvidos para satisfazer as
necessidades do homem. Entretanto, as necessidades crescem muito mais rápido que a nossa habilidade de satisfazê-las e isto na sua vez serve como fonte para o progresso tecnológico. Os problemas complicados (do tipo desconhecido) requerem um método não-trivial porque o melhoramento de um parâmetro do sistema leva à deterioração de outro, surgindo à contradição. A solução dos problemas com o ARIZ constitui uma seqüência para expor e solucionar as contradições e as razões que produzem uma dada contradição, assim como a sua eliminação pelo uso da base de conhecimento. Desta forma, são determinadas as relações entre causa e efeito, a essência da qual é a intensificação ou agravamento da contradição. Para este propósito, o ARIZ considera três tipos de contradição:
Superficial. Intensificada. Agravada. Altshuller nomeou essas respectivamente como: Administrativa, Técnica e Física.
7.1.1.
Contradição Superficial (CS)
A contradição superficial é a contradição entre a necessidade expressa e a habilidade de satisfazer tal necessidade. Esta contradição é relativamente fácil de determinar. Esse tipo de contradição é frequentemente produzido por administradores ou consumidores, e são expressas da seguinte maneira:
“Deve ser feito imediatamente, não sei como”; “Algum tipo de parâmetro está falhando, não sei qual, deve ser consertado”; “É necessário eliminar o problema, não sei como”; “Há desperdícios na produção das mercadorias, mas a razão é desconhecida”. Assim, a CS é expressa na forma de um efeito prejudicial (EP) – alguma coisa
negativa, ou o necessário para criar alguma coisa por meios desconhecidos.
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Por exemplo, na década de 1950 a fábrica comandada por Andrei Nikolaievitch Tupolev recebeu a encomenda da criação de um novo avião de passageiros com 170 assentos e com capacidade para vôos longos. Para alcançar isto, eram necessários motores com a potência combinada de 50 000 HP enquanto que o motor mais potente da USSR desenvolvia 6 000 HP de propulsão. O que poderia ser feito? Outro exemplo é a necessidade de aumentar a capacidade de carga e a velocidade de um navio, sem saber como.
7.1.2.
Contradição Intensificada (CI)
A contradição intensificada é a contradição entre partes, qualidades ou parâmetros específicos de um sistema. A contradição aparece durante a melhoria de alguma parte (qualidade ou parâmetro) de um sistema à custa de uma inadmissível deterioração de outra. Ela revela a razão da aparição da contradição superficial pela sua intensificação. É freqüente que no coração das contradições superficiais (CS) residam várias contradições intensificadas (CI). Como regra, melhorando certas características de uma entidade, outras serão dramaticamente pioradas. Usualmente é necessário pesquisar para achar um compromisso, ou seja, definir o que será sacrificado. Durante a solução de um problema técnico, as características técnicas de uma entidade são alteradas, por isso, Altshuller chamou essas contradições intensificadas de contradições técnicas. Uma contradição técnica é o resultado do desenvolvimento desproporcional das diferentes partes do sistema (parâmetros). Quando há um significativo número de mudanças em uma das partes do sistema (parâmetros) e um acentuado atraso em outra das suas partes, a situação resulta em que alterações quantitativas de uma parte do sistema atuam em contradição com as outras partes. A solução deste tipo de contradição frequentemente requer de mudanças qualitativas do sistema tecnológico. Isto é manifestado na lei da transição de mudanças quantitativas para qualitativas. Voltando ao exemplo do problema de Andrei Tupolev, para poder alcançar a capacidade combinada de propulsão seria necessário o uso de 8 motores. Os motores mais afastados deviam estar à distância de 25 metros da fuselagem, no entanto isto provocaria em aumentar o comprimento das asas de forma tecnicamente inviável. Aqui surge a contradição intensificada entre a POTÊNCIA da aeronave e o aumento inadmissível do COMPRIMENTO das suas asas. Pode-se formular outra contradição intensificada. Transformando dois motores em um, com saída total de 12 000 HP, seria necessário usar uma hélice de 9 metros de diâmetro. Um diâmetro de 9 metros precisará elevar a aeronave 5 metros acima do chão. A
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contradição intensificada neste caso é entre a POTÊNCIA dos motores e a grande ALTURA da aeronave. Esses tipos CI em particular, podem ser eliminados pelo uso da técnica de “transição para outra medida”. Andrei Tupolev resolveu a contradição da seguinte forma: ele sugeriu colocar os motores em um bloco único e posicionar duas hélices de 4 pás que girassem em sentidos diferentes em um único eixo. Assim, somente foram necessários 4 blocos (dois por asa) e o diâmetro das hélices foi de 5,2 metros. Não foi necessário aumentar grandemente a altura da aeronave. Como resultado, foi criado o avião TU-114 (Figura 7-1) com velocidade de vôo de 870 km/h.
Figura 7-1 – TU-114.
No caso do exemplo em que se tem que aumentar a velocidade e a capacidade de carga de um navio sem saber como, sabe-se que o aumento da capacidade de carga leva à redução da sua velocidade. Na sua vez, o aumento da velocidade do navio leva a aumentar a potência do motor e também as perdas de energia, que novamente requer de um aumento no peso e nas dimensões do sistema de propulsão e dos tanques de combustível. O excessivo aumento desses componentes pode levar a situações nas quais não haverá lugar para colocar a carga. Neste exemplo as seguintes contradições técnicas ficam aparentes: CAPACIDADE-DE-CARGA x VELOCIDADE; VELOCIDADE x POTÊNCIA; POTÊNCIA x PERDAS; PERDAS x PESO; etc. Um terceiro exemplo é o caso dos condutores para circuitos integrados que são usualmente feitos de ouro, que possui pequena resistividade ao fluxo de energia, mas apresenta uma adesão inadmissivelmente pobre com o material do substrato. O que pode ser feito? Aqui surge uma contradição entre a ELECTROCONDUTIVIDADE e ADESÃO. O quarto exemplo é o da construção de iates, em que a maioria dos construtores chega à conclusão que durante o planejamento da construção é necessário se ater a um conjunto de compromissos ótimos segundo a observância de três requisitos básicos:
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Mínima resistência da forma do corpo do iate. Máxima estabilidade. Resistência hidrodinâmica mínima. Todos esses requisitos são contraditórios. Um iate “estreito” possui pequena
resistência de forma, entretanto, não é muito estável e não consegue carregar uma vela suficientemente grande. Um aumento na estabilidade através de maior peso no lastro acompanha um aumento do calado e da resistência causada pela fricção. Aumentando a estabilidade usando um aumento da largura do corpo resulta no aumento da resistência da forma do iate. O problema do construtor está na pesquisa de uma “razão áurea” na aplicação dos três princípios de construção. Antes de resolver esses problemas, devemos considerar outro tipo de contradição incorporado no ARIZ, a contradição agravada.
7.1.3.
Contradição Agravada (CA)
A contradição agravada e a situação da existência de qualidades diametralmente oposta (por exemplo, físicas) em certa parte do sistema tecnológico. É necessário determinar às razões que produzem à contradição intensificada, i.e., a contradição agravada constitui na maior intensificação da contradição. A amplificação (intensificação) da contradição pode ser continuada até um alto grau de exposição da causa inicial da contradição. Para alguns engenheiros que não conhecem o ARIZ a formulação da CA soa incoerente e pouco ortodoxa, que é a de colocar alguma parte do sistema técnico em dois estados mutuamente exclusivos: ser frio e quente, estar em movimento e parado, ser comprido e curto, flexível e rígido, condutor e não-condutor, etc. O estudo das razões que produzem as contradições técnicas (intensificadas) os sistemas tecnológicos como regra, resultam da exposição das contraditórias qualidades físicas do sistema. Por isso, Altshuller chamou essas de contradições físicas. Continuando com o exemplo do uso de ouro na fabricação de circuitos eletrônicos, pode-se formular a contradição agravada. Para que o condutor do circuito integrado tenha baixa resistividade, ele deve ser feito de ouro, mas para que o condutor tenha boa adesão com o material do substrato ele deve ser feito de outro material. Uma formulação mais concisa e mais extrema da CA pode ser: o material do condutor deve ser OURO e NÃOOURO. Uma solução típica para este tipo de contradição agravada é o uso de um material INTERMEDIÁRIO. A solução pode ser a aplicação prévia de uma camada com boa adesão com o material do substrato e o ouro e depois colocar o ouro, como uma deposição de níquel ou titânio, por exemplo. Outro exemplo é a fonte de alimentação da maioria dos equipamentos eletrônicos é uma rede elétrica de corrente alternada senoidal, sendo que os equipamentos eletrônicos (por exemplo, amplificadores de som, circuitos digitais, etc.) precisam de uma fonte de
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tensão constante. Por esta razão é necessário que o equipamento eletrônico possua um elemento que trate características físicas contraditórias. Esse elemento deve ser CONDUTOR para o semi-ciclo positivo da senóide e NÃO-CONDUTOR no semi-ciclo negativo, de forma a fornecer tensão de alimentação com polarização constante em um único sentido. Essa contradição agravada se resolve usando um retificador que funciona com diodos que possuem as qualidades físicas indicadas e transformam o fluxo de corrente de alternado para contínuo. Vale à pena ressaltar que as contradições intensificadas (técnicas) pertencem ao sistema como um todo, enquanto que as contradições agravadas (físicas) se referem somente a certas partes do sistema. Assim, os três tipos de contradições devem ser examinados na forma de uma seqüência: contradição superficial – contradição intensificada – contradição agravada – que determinam as relações entre causa e efeito nos sistemas tecnológicos sob análise.
CS → CI → CA Outro exemplo são as qualidades não-ideais no chaveamento dos transistores de potência e diodos que constituem a razão de perdas de energia elétrica. Esta energia aquece o semicondutor afetando o seu funcionamento de forma negativa. Pode-se formular a contradição superficial: “É necessário melhorar a dissipação do transistor nos equipamentos nos quais é utilizado”. Ou, “É necessário prevenir o aquecimento do transistor no amplificador do receptor de rádio”. Na primeira formulação é indicada a qualidade que deve ser melhorada, e a segunda mostra o efeito negativo, o aquecimento do transistor. A eliminação da contradição superficial pode ser realizada criando novos transistores ou aplicando um radiador, que melhora a dissipação térmica do transistor. A adição de um dissipador aumenta as dimensões do aparelho. As contradições intensificadas estão entre a TEMPERATURA x DIMENSÕES ou entre PERDAS x DIMENSÕES. A melhoria da dissipação de calor precisa do aumento da área do dissipador, mas, a diminuição das dimensões do aparelho requer da diminuição da área do dissipador. Agora pode ser descrita a contradição agravada: a área do dissipador deve ser GRANDE para facilitar a dissipação de calor, e PEQUENA para preservar as pequenas dimensões do aparelho. É possível resolver este tipo de contradição por meio de mudanças na estrutura. Podem ser criadas umas frestas no dissipador para aumentar a área de dissipação sem aumentar o tamanho do mesmo. Neste caso, há um aumento da área em contato com o ar enquanto não há aumento das dimensões.
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Figura 7-2 - Dissipador de alumínio.
Continuando com o exemplo do navio em que devem ser aumentadas a capacidade de carga e a velocidade. É possível diminuir as perdas de energia eliminando a seção abaixo dágua do corpo do navio. Mas esta seção é crucial para a estabilidade do navio. Aqui aparece a contradição agravada: a seção abaixo dágua do corpo deve ser preservada para a flutuabilidade e não deve existir para evitar as perdas de energia com o aumento da velocidade. Voltando ao exemplo do projeto do corpo do iate, são reveladas várias contradições agravadas:
Para que o iate se desloque em alta velocidade (pequena resistência de forma), o corpo deve ser comprido e estreito, porém para carregar uma vela grande (ser estável), o corpo deve ser largo. A segunda contradição agravada é relacionada com a outra parte do iate, o peso do lastro. Para aumentar a estabilidade do iate, o peso do lastro deve ser pesado, mas para que o iate seja mais manobrável deve ser leve. Outro exemplo é a invenção do rifle que objetivava a melhoria na precisão dos
disparos. No cano do mosquete foram feitas estrias na superfície interna do cano em forma longitudinal, ao longo das quais o projétil vai firmemente conduzido. Como conseqüência o projétil fica mais tempo dentro do cano e dificulta o carregamento da arma (no início as armas eram carregadas pela extremidade do cano usando uma vara). Uma contradição intensificada (técnica) surge entre a precisão do tiro (a vantagem das estrias no cano do rifle) e a velocidade do disparo ou a facilidade da carga (vantagem do cano do mosquete ser liso e sem estrias). No coração da contradição intensificada residem várias contradições agravadas (físicas). Algumas delas são:
Para aumentar a precisão dos disparos é necessário gravar estrias na parte interior do cano, mas para assegurar o fácil carregamento (aumentar a velocidade entre os tiros) o a superfície interior do cano deve ser lisa (não deve ter estrias). Para aumentar a velocidade da bala, a mesma não pode ficar muito perto da superfície interna do cano, mas para ter melhor precisão no disparo a bala deve ficar perto da superfície interna. Notar que essas contradições agravadas são criadas por diferentes partes do sistema
(rifle): o cano e a bala. Neste instante pode se pensar em usar graxa para facilitar a inserção da bala com a vara sem muita força extra.
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Com o tempo ficou claro que para aumentar a precisão e distância do disparo, a bala deve fazer um movimento rotacional que ajuda à bala a ficar mais estável no seu percurso até o alvo. Para efetuar esse movimento, foram feitas estrias helicoidais na superfície interna dos canos. A contradição prévia foi agravada ainda mais em função do fato de que fica ainda mais difícil de carregar o rifle. Agora se tinha um rifle mais preciso, porém mais difícil de carregar. Colocar a bala ficou uma operação exaustiva: a pólvora e a bala embebida em uma graxa eram colocadas no cano de forma separada, e a operação não permitia efetuar mais de um disparo por minuto. Neste caso aparece uma contradição agravada. A superfície interior do cano deve ter estrias espirais para melhorar a precisão do disparo e não deve ser espiral (deve ser reta) para aumentar a velocidade dos disparos. Outra situação característica para as contradições agravadas: um rifle antigo precisava ser curto para facilitar a inserção das balas e o suficientemente longo para servir como lança para a baioneta. Agora que foram examinadas diferentes contradições, é pertinente ressaltar novamente que solucionar problemas tecnologicamente complexos significa melhorar os índices necessários do sistema sem sacrificar a eficiência de outros. Isto pode ser alcançado pela exposição das contradições intensificadas (técnicas), determinando as razões que as causam ou ainda as razões primárias dessas (expor as contradições agravadas), e eliminar essas razões, i.e., resolver as contradições físicas. O estágio da exposição das contradições agravadas (físicas) constitui a exata formulação do problema. A exposição de uma contradição agravada durante a solução de um problema tecnológico requer de certo tipo de pesquisa dirigida, que é possível somente através do conhecimento da resposta. No atual estágio do problema tecnológico, a resposta é desconhecida. A descoberta do método correto para a solução pode ser alcançado baseado nas leis da evolução dos sistemas técnicos e pela lei do aumento do grau de idealidade dos sistemas técnicos.
7.2.
O Caminho para o Ideal As soluções de problemas matemáticos e outros são alcançadas frequentemente pelo
método de “reversão do processo”. A essência deste método recai no fato que para resolver o problema, você precisa começar com o resultado final. A resposta é determinar o resultado final. É como pavimentar a estrada, desde a solução até o início do problema. Pode ser errado empreender a solução de problemas tecnológicos desta forma? Mas como alguém pode encontrar a resposta? Obviamente, durante a solução de um problema técnico o resultado final é desconhecido, no entanto, é possível imaginar o resultado final desejado, i.e, o resultado final ideal (RFI).
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Um sistema tecnológico ideal é aquele que não existe, apesar de que as suas funcionalidades sejam perfeitas, i.e., o objetivo é alcançado sem recursos. O RFI é o alvo que deve ser observado durante a solução dos problemas. Quando mais perto a solução chegar do ideal, determinará o nível e a qualidade da mesma. A RFI é a solução que nós queremos ver nos nossos sonhos, usando estranhas criaturas e varinhas mágicas. Por exemplo, uma estrada que aparece somente quando as rodas do automóvel tocar no chão. Os pesquisadores das profundezas dos oceanos também sonham com construções ideais. Um exemplo é o dispositivo de emergência ideal para os barcos seria um bote que é “inafundável” em qualquer condição climática. Algumas empresas navais têm desenvolvido botes de emergência “inafundáveis”, totalmente herméticos, que acomodam até 35 pessoas sentadas com cintos de segurança. O bote é construído de materiais leves duráveis e pode ser catapultado de uma altura de 25 metros sem causar danos aos passageiros. Depois da submersão devido à queda, ele volta à superfície e se posiciona corretamente (ver Figura 7-3).
Figura 7-3 – Bote salva-vidas de queda-livre da Pesbo54.
Uma das premissas básicas de uma “construção ideal” (“máquina ideal”) é que ela deve aparecer somente no momento em que é necessária para completar a ação necessária, e ainda mais, ela deve trabalhar com carga de 100%. Muitos exemplos podem ser encontrados na vida real, artigos retráteis e dobráveis. Por exemplo, móveis dobráveis (mesas, sofás, camas, barracas, etc.), objetos infláveis (botes, colchões, suportes de pescoço para viagens, coletes salva-vidas, travesseiros, etc.).
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Pesbo: http://www.pesbo.com/
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Figura 7-4 - Rack retrátil para bicicletas.
Um exemplo é no resgate de pessoas durante um pouso de emergência de aviões na água. Engenheiros ingleses desenvolveram um sistema de segurança que está constituído de flutuadores que automaticamente se enchem com ar-comprimido. A segunda premissa de uma “máquina ideal” ou de uma “construção ideal” é que ela não realmente não existe, porém a tarefa é executada como se fosse usando uma varinha mágica. O caminhão ideal é um container que transporta a carga. Todas as outras partes do caminhão são estranhas e desnecessárias para o simples alcance dos objetivos. O RFI de um meio de transporte é quando ele não existe, mas a carga é transportada (a carga em si atravessa o espaço necessário com a velocidade necessária). Alguns exemplos da qualidade da Idealidade:
Os cintos de segurança dos automóveis deve ser trocado periodicamente. A preocupação surge da fragilização do material com o tempo. Os cintos foram criados para mostrar pela sua aparência quando eles precisam ser trocados. Os vidros das janelas precisam ser limpos periodicamente. Esta operação em grandes janelas de prédios e shoppings precisa de muito trabalho. Se as janelas são recobertas com um filme de lavsan, então durante um leve vento o filme soltará a poeira da janela. Este filme é transparente, leve e não-tóxico. O contato entre duas superfícies feitas de aço leva ao seu desgaste. Assim, esses pontos de contato devem ser lubrificados. Especialistas poloneses confirmaram que qualquer aço fica auto-lubrificado (RFI), sem perder as suas características mecânicas quando se adiciona 0,3% de chumbo na liga. É possível aumentar a velocidade de corte e estender a vida útil dos instrumentos. Para que as conexões entre porcas e parafusos não fiquem frouxas durante o uso, uma segunda porca deve ser colocada no parafuso. O ideal neste tipo de situação pode ser uma “porca que se trava sozinha no parafuso”. Existem poucas variações de porcas auto-travadas. A procura pelo ideal é a tendência geral no desenvolvimento dos sistemas técnicos.
No transporte de cargas, essa tendência se manifesta no aumento da capacidade de carga útil. Isto explica o aumento da capacidade, especialmente nos navios petroleiros. Um navio petroleiro que desloca 3 000 toneladas usa 57% do espaço, enquanto que um navio de 200000 usa 86%, ou seja, mais perto do ideal.
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(a) Navio petroleiro de 5 000 toneladas.
(b) Navio petroleiro de 100 000 toneladas.
(c) Navio petroleiro quase-ideal. Figura 7-5 - Idealidade no transporte de petróleo.
É interessante mencionar que a procura pelo ideal é inerente não somente ao sistema técnico como um todo, mas também para as suas partes individuais e os processos que formam parte dele. Portanto, em uma substância ideal, a substância não existe, mas a sua função (durabilidade, impermeabilidade, etc.) permanece. Por exatamente essa razão existe uma tendência a usar materiais mais leves e duráveis nos navios modernos, i.e., materiais com cada vez maior durabilidade e resistência. Voltando ao exemplo do transistor que aquece, pode-se determinar o resultado final ideal. O RFI (dissipação de calor) é onde o dissipador não existe, mas toda a remoção de calor do transistor é preservada.
O dissipador não deve existir, mas o calor deve ser removido pelo próprio transistor. O dissipador deve aparecer somente quando o transistor começa a aquecer. O dissipador deve ser removido das fronteiras do aparelho ou o papel do dissipador deve ser feito por algum outro elemento. Desta maneira as diretivas da solução estão determinadas. A primeira diretiva
propõe criar meios de transporte sem perda de energia, de forma que o problema do aquecimento não ocorra. Esta diretiva é a mais difícil e, em geral, não é usada para o desenvolvimento de equipamentos eletrônicos. A segunda diretiva é totalmente aceitável porque é possível criar um condutor de calor com fitas de uma liga de Ni-Ti (nitinol) que é um material que possui a qualidade de “memória de forma”. Em temperatura normal as fitas são pressionadas contra o transistor, mas quando a temperatura aumenta (dentro de níveis aceitáveis), as fitas se abrem aumentando a área da condução de calor. Remover o condutor do equipamento, a terceira diretiva, é suficientemente fácil de executar posicionando o dissipador e o transistor na parede externa do equipamento, como é feito em vários dispositivos de medição e alimentação, tais como, fontes, medidores de
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tensão e medidores de freqüência. Também é possível usar uma bomba de calor que permite a extração do calor a uma distância considerável da fonte. Um corpo ideal de um aparelho submarino deve ter a mínima massa e acima de tudo preservar a qualidade do material: pequena densidade e proporcionar grande resistência e rigidez, fornecendo as melhores relações entre os limites de elasticidade para a densidade do material. Por isso, o corpo dos modernos submarinos é construído de titânio. Este metal possui elevadas qualidades mecânicas, resistência à corrosão da água de mar e é nãomagnético. Em alguns certos casos é possível falar na forma ideal. A forma ideal assegura o efeito máximo positivo, por exemplo, durabilidade, com o mínimo uso de material. No caso dos submarinos, a forma ideal para um corpo durável é a esfera. Ela possui alta estabilidade e pequena densidade. As formas esféricas possuem a menor relação entre a área e o seu volume. O processo ideal é aquele que alcança os resultados sem o processo em si, que é instantâneo. Reduzir o processo de preparar um produto é o objetivo de qualquer tecnologia progressista. Assim, o método de montar navios por seções foi substituído por outro mais progressista, o método de montagem por blocos. No método seccional, o corpo do navio era primeiro montado no cais a partir de seções separadas (convés, base, etc.) e depois eram instalados os equipamentos. O método de construção por blocos une blocos inteiros consistindo de grandes partes volumosas, já com todos os equipamentos instalados. Os blocos são construídos em uma montadora a partir das seções constituintes. A constante procura de aumentar a velocidade de transporte de cargas também caracteriza a tendência de alcançar a idealidade do processo. O aumento da velocidade do transporte se consegue através do aumento da velocidade dos meios de transporte e pela redução do tempo requerido nas operações de carga e descarga. Por exemplo, a velocidade média dos navios mercantes aumentou 80%. A redução do tempo necessário para as operações de carga e descarga é possível através de meios que sejam quase ideais. Existe um navio com um método de descarga no qual o peso da própria carga “em si” faz que a ela entre ou saia do navio. A solução ideal, é claro, é praticamente impossível de alcançar. O RFI e um padrão para o qual devemos tentar. O quão perto chegarmos da solução ideal determinará a qualidade da mesma. Comparando o RFI com a solução real, nós determinamos as contradições. Desta forma, o RFI é um instrumento, necessário para a exposição da contradição e para a avaliação da qualidade da solução. Consequentemente, o RFI serve como “estrela guia” para a solução dos problemas técnicos.
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7.3.
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O Caminho da Idéia da Solução Tendo examinado os conceitos básicos do ARIZ (RFI e contradições), podemos
facilmente imaginar as etapas da solução dos problemas técnicos. De acordo com Petrov[17] procedimento básico definitivo para a solução de problemas com ARIZ pode ser representado da seguinte forma:
CS → CI → RFI → CA → Solução Do ponto de vista do ARIZ, o problema é formulado de forma exata quando forem reveladas as CS, CI, RFI e CA, de acordo com a seqüência apresentada anteriormente. Para formular todas as relações, primeiro de tudo deve-se revelar o que não “se encaixa” e onde o sistema “falha” (efeito indesejável). Que tipo de requisitos é necessário esperar do sistema? Assim, a contradição intensificada é determinada. Então o sistema é expresso de tal forma que o efeito indesejado está ausente do mesmo, preservando as suas qualidades positivas. O resultado de expressar o sistema desta maneira constitui a formulação do RFI. Depois da comparação da situação atual com o RFI, os obstáculos para alcançar o resultado ideal são revelados, assim como as razões para o aparecimento de obstáculos, as qualidades contraditórias que aparecem em certas partes do sistema (zonas operacionais) e a determinação dos requisitos que não satisfazem o RFI. Desta forma, é formulada a contradição agravada que constitui a exata formulação do problema. A seqüência é característica do ARIZ. O desenvolvimento do ARIZ aspira formalizar e detalhar a seqüência descrita e do uso total das leis do desenvolvimento dos sistemas técnicos e da base do conhecimento. Um exemplo é uma estação potente de radar que possui uma antena massiva de grande área. A antena está fixada a um eixo girante, entretanto, ela gira ao redor dele muito raramente. O procedimento de giro é um mecanismo manual. Depois de direcionar a antena para o local conveniente, ela é fixada usando um dispositivo mecânico e um parafuso. O esforço necessário para fixar a pesada antena no eixo é significativo e ainda é necessário apertar com força os grossos parafusos para que ela fique firme. Em conseqüência, o eixo deforma onde houve a forte pressão do sistema de fixação, dificultando enormemente o próximo direcionamento da antena. O que pode ser feito? A contradição superficial (CS) já foi praticamente formulada na descrição da situação: é necessário um elemento de fixação que não cause deformação no eixo da antena. O efeito negativo (EN) é a deformação do eixo. A contradição intensificada (CI) é: a fixação ao eixo leva a deformação do mesmo. O resultado final ideal (RFI): o eixo deve ser fixado, porém sem deformação. A contradição agravada (CA): o elemento de fixação deve ser duro de forma a suportar a antena no eixo e flexível para não deformar o eixo.
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A solução: o eixo é suportado por uma substância que derrete durante a rotação. No processo da solução, foi finalmente determinado que o eixo devesse flutuar. No estado derretido, o líquido suportará a antena e será mais fácil de mudar de posição. Outro exemplo é a difícil busca de pessoas soterradas por avalanches de neve nas montanhas. Muitos dispositivos têm sido criados para este propósito, tais como, transmissores que emitem sinais na área onde está a pessoa soterrada. Porém, todos esses dispositivos não são efetivos nas condições de uma avalanche. O primeiro problema é que poucos turistas aceitam carregar o transmissor “só na dúvida”. O segundo problema é que as baterias do transmissor rapidamente perdem a carga e mesmo que esse aparelho seja ligado somente no momento necessário, isto é usualmente impossível quando se estiver soterrado. O que pode ser feito? CS: é necessário minimizar a massa do dispositivo para a detecção de vítimas de soterramento por avalanche e torná-lo capaz de operar por um longo intervalo de tempo. Porém, a redução das dimensões do transmissor é acompanhado pela redução da sua capacidade de armazenamento de energia e por tanto, do tempo de operação (efeito indesejado). CI: a redução da massa e dimensões do transmissor é alcançado a expensas do decréscimo da massa da fonte de energia, i.e., a expensas da diminuição do tempo de trabalho ininterrupto. RFI: O transmissor trabalhar sem fonte de energia por tempo indefinido. CA: a energia da fonte deve ser grande de forma a preservar longos períodos de operação para o transmissor, e pequeno (zero) de forma a não aumentar as dimensões e a massa do transmissor (ou a fonte de energia deve EXISTIR e NÃO-EXISTIR). A solução: a empresa suíça Sulab criou um dispositivo que consiste de um bracelete metálico que é fornecido a qualquer um que vai para as montanhas. O bracelete consiste de um dispositivo receptor passivo com uma antena sem nenhuma fonte de energia. A antena recebe o sinal potente de um transmissor da equipe de resgate. Essa energia é suficiente para induzir uma corrente no bracelete que alimenta um circuito não linear, que duplica a freqüência do sinal e o transmite pela mesma antena. A equipe de resgate “ouve” os sinais refletidos usando uma antena direcional para determinar onde o sinal está sendo “refletido”. O sistema funciona constantemente e o período de tempo do sistema não está limitado à carga da bateria, pois ela não existe.
7.4.
A Lógica do ARIZ A lógica da solução de problemas com o ARIZ mostra a interconexão entre os
elementos da seqüência básica:
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CS → CI → RFI → CA → Solução A contradição superficial (CS) é descrita como a necessidade para a aparição de uma nova qualidade ou ação (“A” – efeito positivo), ou na forma de um efeito negativo (“anti-B”) que é necessário eliminar. CS: A Uma contradição superficial (CS) pode também ser expressa na forma do efeito negativo (EN), i.e., o parâmetro ou requisito “B” é uma condição indesejável, prejudicial ou insatisfatória que será rotulada como “anti B”. Essa pode ser representada num diagrama como: CS (EN): anti-B Para a determinação da contradição intensificada (CI), deverão ser revelados dois requisitos contraditórios do sistema. Esses requisitos serão representados pelas letras “A” e “B”. A contradição intensificada pode ser apresentada como uma necessidade de melhoria da característica que satisfaça o requisito “A” enquanto leva à inaceitável deterioração das características do requisito “B” (expressada com requisito anti-B). O efeito indesejado consiste dos requisitos de “B”. Ou a contradição pode ser formulada ao contrário – a melhoria de “B” ao custo da deterioração de “A” (expressa como “anti-B”). CI: A – anti-B ou anti-A – B A formula para o resultado final ideal (RFI) deve objetivar a eliminação do efeito negativo (anti-B), enquanto preserva o requisito positivo “A”, i.e., RFI: A, B A contradição agravada (CA) é determinara pela revelação das propriedades contraditórias “P” e “anti-P” (por exemplo, físicas), que devem ser atendidas pelos elementos do sistema e que não correspondem aos requisitos da RFI. Para isto é necessário determinar que propriedade “P” o elemento deve possuir para preservar o requisito “B”, i.e., para eliminar o efeito indesejado. Simultaneamente, o mesmo elemento deve possuir a propriedade contraditória (anti-P) de forma a preservar o efeito positivo de “A”. Desta maneira, o elemento deve possuir a propriedade “F” de forma a satisfazer o requisito de “B” (expresso como
P → B e a qualidade “anti-P” para preservar o requisito “A” (expresso como
anti − P → A ). P → B, antiP → A Maior intensificação da contradição toma lugar ao expor mais propriedades latentes “P1” que são necessárias para a preservação da propriedade inicial “P”.
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P1 → P Em alguns casos durante a solução de problemas complicados, é necessário expor ainda mais profundas relações de causa-efeito no sistema. Para isto é necessário revelar ainda mais propriedades latentes P2, P3,..., Pn. A próxima qualidade na progressão determina a razão para a aparição da qualidade anterior, i.e., àquela necessária para o atendimento da qualidade.
P2 → P1 P3 → P2 ... Pn → Pn−1 Nesses casos serão reveladas várias contradições agravadas (AC1, AC2,..., ACn).
AC1 : P1 → P
antiP1 → antiP
AC 2 : P2 → P1
antiP2 → antiP1
... AC n : Pn → Pn−1
... antiPn → antiPn−1
A solução do problema (SP) consiste da solução da contradição agravada, por exemplo, através da separação das propriedades contraditórias.
P | antiP P1 | antiP1 ... Pn | antiPn O diagrama lógico para a solução de problemas com o ARIZ é mostrado a seguir:
CS ( EN )
anti - B
↓ CI
A - anti - B
↓ RFI
A, B
↓ CA
P → B, anti - P → A
↓ SP :
P | anti - P
Para ilustrar o esquema, trataremos o exemplo de transferir todo o gás de um cilindro de transporte para dois cilindros de trabalho. A capacidade de cada cilindro de trabalho é igual à metade da capacidade do cilindro de transporte (ver Figura 7-6).
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Figura 7-6 – Problema de enchimento de cilindros de gás.
São conhecidos dois métodos para transferir o gás. O primeiro método é mostrado à esquerda da Figura 7-7, é a conexão direta do cilindro de transporte com o cilindro de trabalho. O segundo método é usando um compressor.
Figura 7-7 - Métodos de enchimento de cilindros.
No primeiro método o cilindro de transporte é conectado diretamente aos dois cilindros de trabalho. Neste caso, se estabelece uma pressão igual nos dois cilindros de trabalho e a metade do gás permanecerá no cilindro de transporte. O segundo método é muito mais complicado: o gás é bombeado do cilindro maior para os outros cilindros menores por meio de um compressor. Desta forma é possível transferir todo o gás, porém é necessário usar um equipamento especial (um compressor de alta pressão). O problema consiste em encontrar um método para transferir todo o gás do cilindro de transporte para os cilindros de trabalho em usar equipamentos adicionais. Este tipo de problema é encontrado na prática durante a carga dos cilindros de mergulho.
SOLUÇÃO DO PROBLEMA 1. Breve formulação do problema Encontrar um método simples de transferir todo o gás de um cilindro para os outros. 2. Formulação da contradição superficial (CS) SC: anti-B Parte do gás permanece no cilindro. (Efeito Negativo): transferência INCOMPLETA (anti-B) do gás.
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3. Determinação da contradição agravada (CA) No exemplo, a transferência é possível com e sem o uso de um compressor.
Com compressor: AC1: B – anti-A O gás transfere completamente (B), mas como resultado o sistema é mais
COMPLICADO (anti-A). AC1: Completa transferência do gás – Complicações. Todo o gás pode ser transferido do cilindro de transporte para os cilindros de trabalho usando um compressor que complica o sistema.
Sem compressor: AC2: A – anti-B O sistema não é complicado (A), porém o gás é transferido de forma incompleta (anti-
B). AC2: Simplicidade – Perda de gás. O método mais simples (conexão direta) é usado, porém como resultado a metade do gás é perdida. 4. Seleção da CA Selecionamos AC2 por ser o método mais simples55. 5. Formulação do RFI RFI: A, B O próprio gás enche totalmente (B) os outros dois cilindros (com a mesma pressão e quantidade), sem o uso de equipamento adicional (A). RFI: Simplicidade – Perda de gás. 6. Formulação da contradição agravada (CA)
AC : P → A, antiP → B Para não complicar o sistema, é necessário conectar diretamente o cilindro com o gás para o cilindro (de trabalho) vazio, porém isto aumenta a capacidade geral na qual o gás está localizado (diminuindo a pressão), de forma que impede a transferência total do gás. Desta maneira deve existir uma capacidade extra (qualidade “C”) para que o sistema permaneça simples (“A”) e que o gás seja transferido completamente (“B”)56. 7. Formulação contradição agravada 1 (AC1)
AC1 : P → P1 , antiP → P1
Aqui é feita a escolha pelo método da conexão direta entre os cilindros. Lembrar que uma característica básica dos gases é a de ocupar todo o volume disponível. Assim, durante a conexão dos cilindros de trabalho ele expande ocupando a capacidade total dos mesmos enquanto a pressão decresce.
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Para que não haja uma capacidade de excesso “P”, o cilindro de trabalho deve estar NÃO-VAZIO, mas para fornecer espaço para a transferência do gás (“anti-P”), o cilindro deve estar VAZIO. Os cilindros conectados devem estar CHEIOS para prevenir que o gás expanda, mas devem estar NÃO-CHEIOS (vazios) para que possam ser cheios com o gás57. 8. Solução do problema (solução de CA) A separação das qualidades contraditórias pode-se dar: no espaço, no tempo ou pela mudança da estrutura do sistema. Assim, as qualidades contraditórias são: o cilindro de trabalho deve estar CHEIO e VAZIO. No espaço, esta contradição é insolúvel. A separação das qualidades contraditórias no tempo requer que uma substância que preencha o cilindro de trabalho e que libere o espaço de forma gradual à medida que o gás entra a partir do cilindro de transporte, e vai sendo transferida para o espaço liberado. Agora só falta explicar que tipo de substância deve preencher os cilindros de trabalho. Para isso, são usadas as transformações estruturais nas substâncias, alterando a condição de agregação do gás. A substância dentro do cilindro de trabalho está no estado gasoso, fato que não satisfaz as nossas condições. Isso significa que a substância deve estar no estado líquido ou sólido. As substâncias sólidas não possuem as qualidades necessárias para efetuar o transporte de massa para este tipo de problema e pode estragar as válvulas. Resta usar líquidos. Se os cilindros de trabalho são cheios com um líquido e colocados acima do cilindro de transporte, conectado através de tubulações, então o gás irá ser transferido completamente (sem o uso do compressor) do cilindro de transporte para os cilindros de trabalho, como mostra a Figura 7-8.
Figura 7-8 - Solução do problema do enchimento dos cilindros.
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Neste ponto já está definida a exata formulação do problema.
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7.5.
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Comentários Finais sobre o ARIZ A solução de problemas do ARIZ constitui uma seqüência de etapas para expor a
solução das contradições e as razões que as produzem, assim como a sua eliminação pelo uso de uma base de conhecimento. Desta maneira, são determinadas as relações causaefeito, essência da qual está na intensificação e agravamento das contradições. O uso da filosofia e da lógica do ARIZ permite revelar as causas originais do problema e as suas relações entre causa e efeito. O uso regular desta lógica permite desenvolver o pensamento criativo revelando e resolvendo as contradições.
7.6. 1.
Exercícios sobre o ARIZ Identifique dez problemas técnicos do seu cotidiano que, a seu ver, podem ser resolvidos usando o ARIZ.
2.
Usar a seqüência do ARIZ para tentar resolver os seguintes problemas técnicos: 2.1.
Transporte Individual de pessoas.
2.2.
Fazer a barba.
2.3.
Depilar as pernas.
2.4.
Copos que quebram.
2.5.
Tetos que forma goteiras com o tempo.
2.6.
Inundações.
2.7.
Desabamento de encostas.
2.8.
Queda de aviões.
2.9.
Recarga de baterias para o telefone celular onde não há rede elétrica.
2.10.
Conexão à Internet onde não há fornecedor do serviço.
2.11.
Transporte intercontinental de água doce.
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