for Modern TRIZ (AIMTRIZ)
Modern TRIZ Academy
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Einleitung
1. Erfindung der Zivilisation
Dies ist ein Lehrbuch für die Kreativität des technischen Schaffens. Und vor allem für den Gipfel des technischen Schaffens – das Erfinden. Die Menschheit entwickelte sich auf der Stufenleiter von Erfindungen (6).
Und heute tragen Entdeckungen und Erfindungen die Menschheit, als würde sie auf einer grandiosen Rolltreppe stehen, immer weiter und immer schneller voran.
Wenn wir davon ausgehen, dass heute das produktive Alter eines Menschen bis zu 40 Jahren beträgt, und wir dann die Anzahl der Generationen betrachten, die diese Zeitspanne durchlebt haben, können wir die Entwicklungsgeschwindigkeit der Zivilisation erst richtig bewerten.
In den letzten 40000 Jahren bezogen auf 1000 Generationen:
- existierten mehr als 800 ohne künstlich angelegte Unterkünfte, in Wäldern und Höhlen;
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Im XX. Jahrhundert sind 90% des Wissens und aller materiellen Werte, die in der Geschichte der Menschheit hervor gebracht wurden, entstanden!
Es ist schon interessant festzustellen, dass sich in den letzten -zig, ja sogar in hundert Tausend Jahren (!), das Gehirn des Menschen als biologisches Objekt nicht verändert hat. Der Aufbau, und anscheinend auch die Prinzipien der Arbeit des Gehirns, sind noch immer dieselben, wie sie vor, sagen wir, 50000 Jahren waren.
Man weiß, dass das Gehirn des Menschen, wie viele biologische Objekte der Natur, mit einer riesigen "funktionellen Überkapazität" ausgestattet ist. Man kann auch erkennen, dass die Natur dieses Prinzip recht großzügig für den Erhalt des Lebens auf der Erde verwendet, sei es durch die Verteilung von Samen oder sei es durch die Aufrechterhaltung einer notwendigen Größe der Biopopulation. Den-noch schaffen die rein biologischen Überkapazitäten des Gehirns noch keine Qualität des Denkens. Wahrscheinlich beträgt aus diesem Grund die Anzahl wirklich wertvoller Erfindungen nicht mehr als 1% der Gesamtzahl aller Patentschriften!
Die Qualität des Denkens kann sich in einer großen Bandbreite ändern und hängt von der Qualität des Lernens und der Lehrinhalte ab. Moderne Technologien und Lehrinhalte für Individuen sind nicht frei von prinzipiellen Mängeln. Aus diesem Grund, und natürlich unter dem Einfluss des sozialen Milieus, entwickelt sich die Menschheit heute immer noch eher nach "biologischen", stochastischen Gesetzen. Das aber ist in unserer Zeit einfach eine unzulässige Vergeudung von Potential. Es fördert die Wahrscheinlichkeit einer Reproduktion geistiger Mittelmäßigkeit und führt wohl kaum zum Entstehen von Genies.
Wir sehen auch, dass die Informationsfülle, die Maßstäbe und die Bedeutung der zu lösenden Probleme sich grundlegend geändert haben. Ist das Gehirn des Menschen auch weiterhin in der Lage mit der ständig steigenden Wissensmenge fertig zu werden? Ist der Mensch in der Lage mögliche (darunter auch verdeckte und sich nur langsam entwickelnde) Katastrophen zuverlässig abzuwenden oder sich ihnen erfolgreich entgegen zu stellen? Ist der Mensch fähig seine Zukunft in Richtung Harmonie und Fortschritt zu gestalten? Ist die Menschheit in der Lage die eigentlichen Kriterien für Harmonie und Fortschritt zu erfinden (oder wieder zu entdecken). Muss man nicht sagen, dass nur dann die Menschheit von der heutigen Phase des Homo Sapiens Technologicus zur Phase des Homo Sapiens Progressus (lat.: der vernünftige, evolutionierende, sich entwickelnde Mensch) übergehen kann, wenn sie Ideale des Fortschritts und der Harmonie für sich aufstellt?
Aber wie nun findet der Mensch Ideen für Erfindungen? Wie finden Menschen kreative Lösungen bei nicht-technischen Problemen? Wobei, wie der englische Philosoph Karl Popper(7) schrieb, es richtiger ist die Fragen anders zu stellen:
Wie entstehen gute Ideen ?!
Im XX. Jahrhundert traute sich ein Mensch, der ganzen zivilisierten Welt zu sagen, dass sie nicht denken könne. Dass die Menschheit ihr intellektuelles Potential wegen einer schlechten Organisation des Denkens einfach nur verschwendet! Und, dass der Mensch nicht lernt, zu denken! Und nicht einmal vermutet wird, dass er nicht effektiv denkt!
Dieser Mensch sagte von der Idee her folgendes: heutzutage, so wie auch schon vor Tausenden von Jahren, bildet die Methode des Versuchs und Irrtums die Grundlage des Denkens. Eben die Methode eines zufälligen Erratens irgendeiner Lösung. Erfolgreich sind dabei äußerst wenige Ideen, die später dann auch meist noch verworfen werden. Dieser Mensch sagte auch: wäre es da nicht logischer von Erfolgen zu lernen! Besser noch, die Erfahrungen der besten Lösungen in Form konkreter Regeln zu verallgemeinern und eine Methodik als fertige Modelle oder sogar als Theorie zu entwickeln.
Der Name dieses Menschen ist Genrich Saulowitsch Altschuller (1926-1998). In der Mitte des XX. Jahrhunderts entwickelte er in Russland die Grundlagen der "Teorija Reschenija Izobretatel'skich Zadač", die von ihm TRIZ genannt wurde (russ. Abkürzung); Engl. Version: Theory of Inventive Problem Solving; deutsche Version: Theorie des erfinderischen Problemlösens. Damit eröffnete er prinzipiell neue Möglichkeiten für das Erlernen einer erfinderischen Kreativität und ihrer praktischen Anwendung.
Seit Ende des XX. Jahrhunderts hat sich die TRIZ in der Welt immer mehr etabliert. Und dennoch wurde bislang kein wirklich vollständiges und gleichzeitig allgemeinverständliches Lehrbuch zu den Grundlagen der klassischen TRIZ geschrieben. Jetzt aber liegt ein solches Werk vor Ihnen.
Ich hoffe, dass die TRIZ Ihnen den Weg zu neuen Möglichkeiten und Erfolgen bahnen wird!
2. Re-Inventing – die Schlüsselkonzeption des Studiums und Selbststudiums der TRIZ
Das Express-Studium und Selbststudium der TRIZ verwendet unter anderem das folgende methodische Verfahren: bevor alle notwendigen Begriffe und Modelle erlernt werden, wird das praktische Funktionieren der Theorie anhand kleiner vereinfachter Beispiele so demonstriert, als wären die Grundlagen der Theorie den Lernenden bereits bekannt.
Die Beispiele werden so ausgesucht und dargestellt, dass die Bewegung der Gedanken vom Einfachen zum Komplizierten und vom Äußeren zum Inneren, vom Konkreten zum Abstrakten, vom Modell zur Theorie deutlich gemacht werden kann. Mit anderen Worten, wird beim Express-Studium sofort eine Art Experiment mit den Objekten der Theorie durchgeführt. Und aus diesen Experimenten entnehmen dann die Lernenden selbst die theoretischen Schlüsselideen.
Das Wesen der anfänglichen Lehrexperimente besteht in folgendem:
- Herausstellen des Schlüsselproblems, das bei der konkreten Erfindung beseitigt wurde;
- Definition des TRIZ Hauptnavigators, mit dem das Problem bei dieser Erfindung gelöst wurde.
Später dann werden folgende methodische Verfahren verwendet:
- Verallgemeinerung und Klassifizierung der Modelle der Schlüsselprobleme und Hauptnavigatoren zur Lösung von Problemen beim Erfinden;
- Herausstellen von Gesetzmäßigkeiten des Entstehens von Problemen, Prognose und die steuerbare systematische Lösung von Problemen.
Die Objekte der klassischen TRIZ sind Erfindungen, technische Systeme und deren Komponenten.
Der Prozess des Erfindens – das ist die Bewegung der Gedanken "vom Bestehenden, hin zum Entstehenden(8)". Das ist die Konstruktion einer Gedan-kenbrücke zwischen dem, was ist, und dem, was sein soll.
Jede "Brücke" basiert auf einer bestimmten Theorie. Es ist klar, dass auch die "Zuverlässigkeit" einer Brücke im Wesentlichen von der Theorie abhängt, auf dessen Basis sie erbaut wurde. Wie z.B. beim klassischen Brainstorming: wenig Regeln, praktisch uneingeschränkter Suchraum, viel Enthusiasmus und viel Lärm. Oder aber bei der klassischen TRIZ: systematische Untersuchung einer Aufgabe, steuerbare Anwendung adäquater Arten von Navigatoren für ihre Lösung, gerichtetes Voranschreiten in den Bereich der Existenz besonders gelungener Lösungen.
Die Grundlage der Lehrexperimente für das Studium der TRIZ bildet ein me-thodisches Verfahren, dass ich "Re-Inventing" nenne.
Re-Inventing - ist eine Demonstration des Prozesses des Erfindens. Es funk-tioniert so, als hätten die Anwender bereits die TRIZ Prinzipien und Navigatoren der Lösung der Probleme gekannt, die bei diesen Erfindungen beseitigt wurden. Später dann, wenn die Grundlagen der Theorie bereits beherrscht werden, dient das Re-Inventing als Mittel für die Festigung von Fertigkeiten bei der Untersuchung und Lösung von Problemen. Letztlich kann ein schnelles Re-Inventing zu einer äußerst wichtigen Hilfe bei der Arbeit mit Analogien werden, die auch in unserer Software für Problemlösungen angeboten werden (s. Abschn. 21.3).
Dieses methodische Verfahren stimuliert das assoziative Denken, sichert die emotionale Akzeptanz und die spätere positive Wahrnehmung der Theorie. Die Intuition der Studenten verbindet dann von selbst die bereits vorhandenen Kenntnisse und Erfahrungen mit den Schlüsselkonzepten der Theorie.
Die TRIZ ist keine mathematische, quantitative, sondern eine qualitative Theorie. Formale Begriffe und Konzepte der Theorie haben den Charakter von Kategorien, Mustern und Metaphern. Aus mehreren Schritten bestehende Verfahrensweisen für die Lösung von Aufgaben nennen sich Algorithmen. Das ist auch eine Metapher, obwohl sich nachweisen lässt, dass es sich hierbei um eine eigentlich völlig korrekte Definition im Rahmen der modernen konstruktiven Mathema-tik handelt.
Wenn von meinen Kollegen, auf der Basis des oben Erwähnten, die TRIZ als Theorie reflektiert wird, könnte man eine Definition der TRIZ als konzeptionelle, phänomenologische und letztendlich psychologische Theorie vorschlagen. Jedenfalls widerspiegeln die Konzepte der Theorie ihre axiomatischen und strukturellen Grundlagen (selbst wenn sie nicht speziell in wissenschaftlichen Artikeln oder Monographien beschrieben sind) nur in einer verständlicheren, nicht formalen Darstellung. Genau darum geht es. Außerdem geht es noch um den Inhalt für qualitative Modelle (Metaphern). Im Unterschied zu anderen Methoden sind die Modelle der TRIZ konstruktiv, können von den Anwendern reproduziert und unterrichtet werden.
So werden wir in diesem Lehrbuch die Anwendung formalisierter Konstruktionen vermeiden. Obwohl wir für unsere Software genau solche Konstruktionen schaffen und uns auf sie stützen müssen. Unser Ziel besteht nicht in der Konstruktion formaler Grundlagen der Theorie, sondern darin, das Denken qualitativ zu modellieren und praktisch Modelle der Theorie für reale Aufgaben anzuwenden. Ungeachtet dessen bleibt die Terminologie der Theorie natürlich erhalten. Jedoch sollte man ihr nicht kritischer und misstrauischer gegenüber stehen als z. B. gegenüber Wörtern wie Aufgabe, Ausgangsdaten, Lösung, Ergebnis. In den allermeisten praktischen Situationen brauchen wir auch nicht genau zu definieren, welche Theorieaxiome und formalen Verbindungen sich hinter diesen Wörtern verstecken. Intuitiv verstehen wir voll und ganz das qualitative und inhaltliche Wesen dieser Wörter (was heißt – Metapher und Bilder) in Bezug auf bestimmte konkrete Aufgaben.
Jetzt aber kommen wir zu den fundamentalen Konzepten der Theorie.
Das Re-Inventing soll entsprechend der Definition folgenden Prozess aufzeigen (Abb. 2.1):
Abb. 2.1. Bewegung der Gedanken "vom Bestehenden – zum Entstehenden"
Der Pfeil stellt hier gedankliche Operationen dar – den "Gedankenfluss", das "Generieren von Ideen" – entsprechend den Empfehlungen der Theorie. Re-Inventing im Stil des Brainstormings widerspiegelt, selbstverständlich, den Brainstorming-Prozess bei der Lösung von Aufgaben. Das TRIZ Re-Inventing widerspiegelt den TRIZ-Prozess der Lösung von Aufgaben.
Was denken Sie, wie zuverlässig sind die folgenden Empfehlungen einer der Versionen der "Theorie des Brainstormings", wie z.B. in Abb. 2.2 dargestellt?
Abb. 2.2. Schema des Erfindens und des Re-Inventings auf der Basis des Brainstormings
Finden Sie nicht auch, dass diese Empfehlungen fast so aussehen, als wäre die gesamte Theorie von Militärschulen schon mit der ziemlich lakonischen Methode Cäsars(9) erschöpft:
VENI, VIDI, VICI
Ich kam, sah und siegte
Glauben Sie, dass diese "Methode" Sie lehrt, Kreativität erfordernde Probleme zu lösen?
Woran denken Sie, wenn Sie weiter lesen und sehen, womit der "Gedankenstrom" beim TRIZ Re-Inventing ausgefüllt ist (Abb. 2.3)?
Abb. 2.3. Schema des Erfindens und des Re-Inventings auf der Basis der TRIZ
Verbinden Sie nun assoziativ diese Konzepte zu einer solchen Kette:
Auf der Basis vorhandener oder umgewandelter Ressourcen und unter Verwendung der Navigatoren und Analogien den Widerspruch beseitigen, der beim Erreichen des Idealen Resultats stört.
Und sieht diese Kette nicht aus wie eine sicherere Brücke für den Übergang "vom Bestehenden – zum Entstehenden"?! Gewöhnlich zeige ich das Prinzip des Reinventings anhand eines einfachen Beispiels, so zu sagen anhand der "Spitze einer Feder". Anhand des Beispiels der Entwicklung des Arbeitsorgans von mit Flüs-sigkeiten arbeitenden Schreibgeräten.
Рис. 2.4. Evolution des Flüssigkeitsschreibers
a) Gänsefeder mit Tinte; b) Federhalter; c) Kugelschreiber; d) Faserschreiber
Natürlich war die Gänsefeder mit Tinte (Abb. 2.4a) das am weitesten verbreitete Mittel für die Bewahrung und Weitergabe von Wissen im Verlauf von 2,5-3 Tausend Jahren ca. bis Ende des XVIII. Jahrhunderts, bis dann der Diener von Herrn Jansen, des damaligen Bürgermeisters der Stadt Aachen eine Metallspitze für die Gänsefeder seines Herrn baute.
Danach durchliefen diese Spitzen, die auch später als Federn bezeichnet wurden, eine lange konstruktionstechnische Evolution.
Jedoch blieb das Wesen des Schreibens mit der Feder unverändert: es musste die Spitze in Tinte eingetaucht werden, um damit dann auf Papier schreiben zu können, solange die Tinte an der Feder nicht zu Ende ging oder austrocknete. Und erst vor 100 Jahren zu Beginn des XX. Jahrhunderts begann die schnelle Entwicklung von Schreibgeräten, die zur Entstehung der ersten Füllfederhalter führte (Abb. 2.4b). Es vergingen dann noch einmal 50 Jahre bis sich der Kugelschreiber (Abb. 2.4c) schnell verbreitete. Dann 25 Jahre später, also doppelt so schnell – und das ist eine starke Beschleunigung – begann die massenhafte Verbreitung von Faserschreibern (Abb. 2.4d).
Lassen Sie uns jetzt ein TRIZ Re-Inventing am Beispiel der Evolution des Flüssigkeitsschreibers nachvollziehen.
Bsp. 1. Übergang 1: In 3000 Jahren von der Gänsefeder - zum Federhalter.
Die Gänsefeder, auch wenn sie mit einer Metallspitze versehen war, hatte einen Hauptmangel, der darin bestand, dass die Tinte sich nicht gleichmäßig auf das Papier übertragen ließ. Sie trocknete entweder direkt an der Spitze der Feder aus, oder im Gegenteil, sie verursachte Kleckse. Die Tinte an der Spitze der Feder war schnell verbraucht, und man musste die Feder erneut akkurat in die Tinte eintauchen und sie vorsichtig so zum Blatt führen, dass kein Tropfen sich löste.
Die nützliche Hauptfunktion der Feder als Arbeitsorgan des gesamten Schreibgerätes ist, eine Tintenspur auf dem Papier zu hinterlassen. Bezeichnen wir die Feder als Instrument (oder auch als – Actor oder Induktor, d.h. das, was die Handlung initiiert). Dann die Spur – das ist das Erzeugnis der Feder (oder auch – Reactor oder Rezeptor, d.h. das, was die Handlung empfängt oder aufnimmt, oder Produkt des Induktors ist. Die ideale Spur ist glatt mit der notwendigen Breite. Aber was passiert in der Feder: wenn wenig Tinte an der Feder ist, wird die Spur schnell zu dünn, und die Feder muss häufig eingetaucht werden; wenn viel Tinte an der Feder ist, kann die Spur zu dick werden oder es können Kleckse entstehen. Ein deutlicher Widerspruch zwischen "wenig" und "viel".
Formulieren wir das ideale funktionale Modell: an der Spitze der Feder muss so viel Tinte sein, dass man eine Spur mit beliebiger Länge schaffen kann, und an der Spitze soll überhaupt keine Tinte sein, damit sie nicht austrocknen kann und keine Tropfen in Form von Klecksen fallen können!
Die Anforderungen, die in einer solchen Formulierung aufgestellt werden, sind absolut unvereinbar!
Aber das denn tatsächlich so?!
Es muss nur während des Schaffens der Spur soviel wie nötig Tinte da sein! Und da in dieser Zeit die Feder ihre Hauptoperation ausführt, nennen wir diese Zeit operative Zeit. Zu allen vorhergehenden Zeitpunkten brauchen wir keine Tinte an der Spitze der Feder! Scheint es Ihnen nicht so, als wäre der Widerspruch irgendwohin verschwunden?! Wir haben irgendwie den Widerspruch in der Zeit gelöst.
Jetzt ist es folgerichtig, die aller stärkste Version des idealen funktionalen Modells zu formulieren: die Tinte gelangt von allein nur dann an die Spitze der Feder, wenn die Feder eine Spur schaffen soll. An der Spitze der Feder ist kein Platz um eine größere Menge Tinte unterzubringen, und es ist dort auch kein Platz für einen gewissen Mechanismus zur Regulierung der Tintenzufuhr. Mit anderen Worten es gibt keine ausreichenden räumlichen Ressourcen.
Gibt es aber vielleicht einen freien Raum neben der Federspitze? Ja, z.B. im Hohlraum der Gänsefeder selbst oder in einem speziellen Kolben, den man am Schreibgerät befestigen kann. Und dann muss dieser Kolben nur noch mit Tinte gefüllt und mit der Spitze der Feder durch ein Röhrchen "mit einer kleinen Absperrvorrichtung" verbunden werden.
Wir können auch sagen, dass wir den Widerspruch im Raum gelöst haben: es kann sein, dass keine Tinte an der Spitze ist, aber daneben kann viel Tinte sein! Die Lösungsidee kann man auch als Auflösung des Widerspruchs in der Struktur darstellen: im ganzen Federhalter, so wie im ganzen technischen System ist viel Tinte, aber in einem kleinen Teil des Federhalters ist keine Tinte (außerhalb der operativen Zeit)!
Aber wie soll man mit der Forderung umgehen, dass die Tinte von selbst an die Spitze der Feder nur dann gelangen darf, wenn eine Spur geschaffen werden soll?
Formulieren wir also eine konkretisierte Version des idealen funktionalen Modells: die Feder reguliert die Menge der an die Spitze gelangenden Tinte selbst! Wir brauchen also einen Federhalter mit einer Verschlusseinrichtung!
So ist es dann in der Praxis auch passiert: die Spitze der Feder wurde so gestaltet, dass sie aus zwei Teilen besteht, und zwar durch einen feinen Einschnitt (Kanal) entlang der Feder bis zu der Stelle, wo sie sich mit einer oder mehreren dünnen "Röhrchen" verbindet, die mit einem Kolben für die Aufbewahrung von Tinte gekoppelt sind. (Abb. 2.5).
Abb. 2.5. Grundaufbau der Feder
Wenn der Federhalter nicht in Betrieb ist, ist der Kanal für das Durchlaufen der Tinte verschlossen, da beide Hälften der Spitze eng aneinander liegen. Wenn die Feder auf das Papier gedrückt wird, gehen die Hälften der Spitze auseinander, und Tinte fließt in den so entstehenden Kanal. Das war’s also schon.
Kurz gesagt, wir haben eine ideale Lösung, ein ideales Endresultat gefunden in Form einer Spitze mit Verschlusseinrichtung. Die Energie für die Arbeit geht von der Hand aus, die auf den Federhalter drückt. Wenn wir zu schreiben beginnen, wird auf die Spitze von der Hand ein Druck übertragen – die Verschlusseinrichtung öffnet sich, und wenn kein Druck anliegt, verschließt sie sich wieder!
Wir sehen hier auch eine Lösung des Widerspruchs im Stoff: um gewährleisten zu können, dass der Einschnitt der Spitze zwei Zustände haben kann (geschlossen und offen) wurden Ressourcen der Konstruktion und der inneren Energie des Materials der Feder verwendet (federnde Eigenschaften) und die Energie einer äußeren Quelle (die Ressourcen der Hand).
Bsp. 2. Übergang 2: in 50 Jahren vom Federhalter – zum Kugelschreiber.
Es ist leicht zu erkennen, dass bei der geringsten Ungenauigkeit in der Fertigung oder bei Alterung der Feder die Tinte willkürlich austreten und Kleckse verursachen kann. Genauso kann die Tinte bei Veränderungen des Luftdrucks austreten, besonders, wenn ihre Menge abnimmt. Vollständig lässt sich die Luft bei der Füllung mit Tinte nicht aus dem Kolben verdrängen und deshalb befindet sich immer ein Rest von Luft unter einem bestimmten Druck im Kolben. Wenn der äußere Druck geringer wird als der Druck der Restluft, dehnt sich die Luft im Kolben aus und drückt Tinte aus dem Federhalter. Das passierte oft in Flugzeugen. Und tat dann der Kleidung oder bestimmten Dokumenten der Passagiere oft nicht wirklich gut.
Erinnern wir uns an das letzte ideale funktionale Modell, was wir vorhin für den Federhalter formuliert hatten: die Tinte gelangt selbst nur dann an das Ende der Feder, wenn sie eine Spur hinterlassen soll.
Kommen wir nun zur Analyse der Ressourcen. Die Tinte ist flüssig, wie Wasser, und kann deshalb leicht aus dem Kolben über die Feder heraus fließen. Wenn die Tinte dickflüssiger wäre, würde sie nicht heraus fließen.
Da aber entsteht ein neuer Widerspruch: die Tinte soll dickflüssig sein, damit sie nicht ausläuft, sie soll nicht dickflüssig sein, damit sie leicht durch das Arbeitsorgan fließen kann.
Diesen starken Widerspruch werden wir in einer ersten strategischen Richtung untersuchen: Verwendung "dickflüssiger Tinte" – weil in fast 50 Jahren keine Aussicht bestand, diesen Widerspruch mit gewöhnlicher Tinte zu beseitigen.
Die Verwendung "dickflüssiger Tinte" führt im speziellen zu der Idee irgendwelche Ventile für das Ausstoßen der Tinte einzusetzen, dann könnte man aber keineswegs mehr sagen, dass die Tinte von selbst an das Ende des Arbeitsorgans gelangt.
Dann wäre es logisch, die Frage nach einer Veränderung des Arbeitsorgans selbst zu stellen. Wir brauchten eine Energieressource, die es ermöglicht "dickflüssige Tinte" oder eine Paste auf das Papier zu übertragen. Der Einsatz eines Ventils hieße ganz deutlich eine unterbrochene Operation und eine portionsweise Übertragung der Paste. Wir brauchen aber eine ununterbrochene und gleichmäßige Übertragung der Paste.
Man bräuchte irgendwelche "kleinen Menschlein", welche die Paste aus dem Kolben nehmen und sie ununterbrochen in kleinen Portionen auf das Papier auftragen. Solche "kleinen Menschlein" könnten zum Beispiel mit ihren "Schäufelchen" Paste aus dem Kolben nehmen und sie aneinander weitergeben in Richtung Papier, und dann in genau so einer Kette die leeren Schäufelchen zum Kolben zurückbringen. So erhalten wir eine Kreisbewegung gefüllter Schäufelchen vom Kolben zum Papier und leerer Schäufelchen vom Papier zum Kolben. Das hat Ähnlichkeit mit der Funktionsweise typographischer Maschinen, auf deren Walzen eine recht dickflüssige Druckfarbe von einer Seite der Walze gelangt und von der anderen Seite auf das Papier übertragen wird! Kann man denn nicht ein Schreibgerät bauen, das so wie eine Miniaturdruckmaschine funktioniert! Im Prinzip ist das eine durchaus konstruktive Idee!
Wir wissen nicht, ob 1938 die Erfinder des Kugelschreibers, die ungarischen Brüder Biro, der Journalist Ladislas und der Chemiker Georg so dachten, aber als erste "dickflüssige Tinte" verwendeten sie eben solche Druckfarbe! Jedoch setzten sie anstelle einer kleinen Rolle (wie eine miniaturisierte Druckwalze) eine Kugel ein! Natürlich wäre eine Rolle zu breit, und wir wollen ja dünne Linien erhalten. Man konnte also eine Kugel verwenden, auf deren Oberfläche die "kleinen Menschlein" ihre Arbeit zur Übertragung der Farbe verrichten! Die sich drehende Kugel verwirklicht das Prinzip der ununterbrochenen Übertragung der Farbe vom Kolben auf das Papier (Abb. 2.6). Und die Kugel selbst dreht sich aufgrund der Reibung auf der Papieroberfläche! Das bedeutet auch hier ist die Hand wieder die Energiequelle, indem sie die Spitze des Schreibers, die mit einer Kugel versehen ist, auf das Papier drückt.
Abb. 2.6. Grundaufbau des Arbeitsorgans des Kugelschreibers
Als erste verwendeten Piloten in England die neuen Schreibgeräte, jedoch dauerte es noch ca. 10 Jahre bis sich der Kugelschreiber endgültig durchsetzte.
Bsp. 3. Übergang 3: In 25 Jahren vom Kugelschreiber – zum Faserschreiber.
Aber auch am Kugelschreiber war noch nicht alles zufrieden stellend. Die Paste trocknete schnell ein. Manchmal wurde sie auch bei Druckveränderungen aus der Mine herausgepresst. Und so kleckste auch dieses Schreibgerät. Die Finger ermüdeten schnell, da bedeutend mehr Kraft benötigt wurde als beim Schreiben mit Tintenfederhaltern.
Und an dieser Stelle wenden wir uns der zweiten strategischen Richtung zu, die für das Re-Inventing des Kugelschreibers formuliert wurde: die Tinte soll nicht dickflüssig sein, damit sie frei durch das Arbeitsorgan fließen kann. Spitzen wir den Widerspruch zu: die Tinte muss sehr "schnell fließend" und immer an der Spitze des Arbeitsorgans vorhanden sein, aber nicht heraus fließen und keine Kleckse verursachen!
Das erste, was hier deutlich wird ist, dass der Kolben, in dem die Tinte ist, von beiden Seiten offen sein muss, um Einwirkungen des atmosphärischen Drucks auszugleichen. Übrigens wurde das beim Kugelschreiber auch so gemacht! Ma-chen wir aber erst einmal weiter!
Zweitens, muss die Bewegung der Tinte aus dem Kolben an die Spitze (z.B. wieder eine Feder) des Arbeitsorgans irgendwie erschwert werden.
Analogien! Gab es irgendwelche Analogien in der Geschichte der Schreibgeräte oder ähnlicher Zeichengeräte?! Offenkundig gab es sie! Untersuchungen zeigen, dass bereits vor 3300 Jahren im alten Ägypten Tintenschreibgeräte mit einem kupfernen Gehäuse verwendet wurden. In diesem Gehäuse befand sich ein angespitztes Röhrchen aus Blei, das im Inneren ein faseriges Schilfstäbchen hatte, das mit Tinte durchtränkt war (Abb. 2.7).
Abb. 2.7. Grundaufbau eines Faserschreibers
Die Tinte saugte sich langsam durch die unzähligen feinen Kapillaren des Schilfstäbchens und gelangte so an das angespitzte Ende des Bleiröhrchens. Beim Schreiben auf Papyrus gelangte die Tinte aus der Spitze, dadurch entstand in den am nächsten gelegenen Fasern ein Hohlraum, in den neue Mikrodosen Tinte aus den Faserkapillaren eintreten konnten!
Natürlich können wir heute sagen, dass bei der Erfindung von Faserschreibern 1963 in Japan die Erfinder den speziellen physikalischen Effekt der Bewegung von Flüssigkeiten in feinen Kanälen, den Kapillareffekt, ausnutzten!
Der Faserschreiber – bietet noch eine ausgezeichnete Lösung eines starken Widerspruchs, den wir bereits formuliert hatten, jedoch in einer anderen strategischen Richtung!
Und die Lösung wurde erneut auf der Basis der Ressourcen des Stoffs und der Struktur und unter Verwendung eines speziellen physikalisch-technischen Effekts gefunden.
Schließlich wollen wir uns noch einem Effekt zuwenden, der bei der Evolution eines jeden technischen Systems beobachtet werden kann. Wenn die Entwicklungsressourcen für ein System eines speziellen Typs zu Ende gehen, z.B. des Schreibgeräts, tauchen Erfindungen von Systemen mit analogem Zweck auf, die jedoch entweder ein völlig anderes Funktionsprinzip haben oder Systeme sind, die in sich zusätzliche Funktionen integrieren, die aus zwei oder mehreren völlig anderen Systemen entlehnt wurden.
Extra-Beispiel. Die Ära der elektronischen Schreibgeräte.
Natürlich könnten wir mit gutem Grund diesen Abschnitt mit der Untersuchung einiger paralleler Richtungen beginnen, die z.B. mit der Entwicklung von typografischen Maschinen für die Herstellung von Büchern und Zeitungen in Verbindung stehen, oder von Maschinen, die Zeichnungen auf Stoff auftragen, oder von "Schreib"- Maschinen – beginnend bei mechanischen und elektromechanischen Systemen bis hin zu elektrostatischen Saiten- und Lasersystemen, von Kopiersystemen, beginnend bei Kopierpapier und Fotoapparaten bis hin zu elektrostatischen Tonerkopierern und Lasersystemen.
Wir wollen jedoch nur eine Entwicklungsrichtung der Möglichkeiten der Fixierung von handschriftlichen oder grafischen Informationen untersuchen, die mit dem Erscheinen von Computern in Verbindung steht. Es geht uns dabei um die Eingabe in den Computer oder um die Übertragung zu bestimmten Kommunikationslinien von Texten und Zeichnungen, die z.B. auf einem Blatt Papier gemacht werden und unmittelbar während des Schreibprozesses, oder mit den Worten eines Spezialisten – in Echtzeit übertragen werden. Die Aufgabe besteht in Folgendem: während des Erstellens einer Darstellung auf einem Blatt Papier muss gewährleistet werden, dass die Linien dieser Darstellung eingelesen werden, in ein digitales Format umgewandelt und diese digitalen Informationen gespeichert und zu einer Kommunikationslinie zu einem Computer oder einem anderen Informationsempfänger übertragen werden.
Aber selbst diese Richtung beinhaltet eine Vielzahl von unterschiedlichen wichtigen Prinzipien des Einlesens: auf der Basis von Tablets mit elektromagnetischen, resistenten, Hohlraum-, akustischen, infraroten, optischen, Laserstrahl- und kombinierten Prinzipien der Registrierung lokaler und globaler Koordinaten der Position des Schreibgeräts im Verhältnis zum Papierblatt.
In Abb. 2.8 sind einige Prinzipien des Einlesens von Informationen dargestellt, die mit speziellen elektronischen Stiften funktionieren.
Abb. 2.8. Konstruktionsprinzipien von elektronischen Stiften:
b) Radio-waves, POLHEMUS u.a.
c) Ultra-sonic & infrared light, HITACHI, Virtual Ink u.a.
d) Ultra-violet-cam, ANOTO
e) Touch-screen, SONY, Fujitsu–Siemens u.a.
f) Virtual Keyboard Prinzip, SAMSUNG
Das elektromagnetische Prinzip (Abb. 2.8.a) basiert auf der Bestimmung rechteckiger X-Y-Koordinaten mit Hilfe eines Systems von Leitern, die in ein Tablet integriert sind und einen elektromagnetischen Impuls empfangen, der vom Stift ausgesendet wird, der sich am Schnittpunkt der entsprechenden Leiter befindet. Die Impulse werden mit einer bestimmten Frequenz, zum Beispiel, 100-Mal pro Sekunde ausgestrahlt, was ermöglicht, dass eine beliebige Linie mit einer Gruppe von Punkten (Koordinaten) dargestellt werden kann. Die Frequenz des Einlesens muss ausreichend groß sein, um eine sehr genaue Darstellung der Linien selbst bei verhältnismäßig schnellem Schreiben zu gewährleisten. Das Plus: Einfachheit und Zuverlässigkeit, die Möglichkeit des Wechsels der Blätter, die auf dem Tablet aufgelegt sind. Das Minus: Verwendung von speziellen Stiften, die Notwendigkeit der Verwendung eines Tablets, das Blatt darf nicht verschoben werden.
Eine andere Variante der Benutzung elektromagnetischer Impulse finden Sie in Abb. 2.8.b. Die Informationsstrahlung vom Stift wird von Antennen empfangen, die z.B. an der Zimmerdecke in den Ecken eines Zimmers untergebracht sind und ein globales rechteckiges Koordinatensystem bilden. Das Plus: die Möglichkeit der Arbeit an einer beliebigen Stelle des Zimmers. Das Minus: die verhältnismäßig große Kompliziertheit des Systems, die Verwendung von speziellen Stiften, der Einfluss von großen metallischen Gegenständen, das Blatt darf nicht verschoben werden.
Ultraschallwellen und/oder Infrarotstrahlen (Abb. 2.8.c) werden für das Messen schiefwinkliger X-Y-Koordinaten als Abstand vom Arbeitsorgan des Stifts zu zwei oder mehreren Empfängern von Ultraschall- und/oder der Infrarotstrahlungen verwendet. Das Plus: Einfachheit und Zuverlässigkeit, die Möglichkeit des Wechsels der Blätter, die auf dem Tablet aufgelegt sind. Das Minus: die Notwendigkeit der Verwendung spezieller Stifte, die Notwendigkeit der Fixierung der ablesenden Geräte auf dem Blatt, wodurch man das Blatt nicht verschieben kann.
Ein völlig anderes Prinzip wird im Stift in der Abb. 2.8.d gezeigt. Eine kompakte Videokamera, die im Stift eingebaut ist und im ultravioletten Bereich arbeitet, liest spezielle Kombinationen von im Voraus auf das Papier aufgetragenen Punkten, die die Koordinaten der Position des Arbeitsorgans des Stifts auf dem Papier zum aktuellen Zeitpunkt eindeutig vorgeben. Das Plus: fast alle Komponenten sind innerhalb des Stifts integriert. Das Minus: die Anwendung eines speziellen Papiers.
Die Prinzipien des Einlesens der Koordinaten auf der Basis von resistenten, Hohlraum-, Ultraschall- oder elektromagnetischen Tablets haben sich in Systemen für das Zeichnen direkt an Bildschirmen von Fernsehgeräten, von Computermonitoren, auf elektronischen Tafeln in Auditorien (Abb. 2.8.e) weiterentwickelt. Das Plus: Einfachheit und Zuverlässigkeit. Das Minus: diese Geräte sind für die Registrierung von Informationen auf Papier nicht bestimmt, obwohl man entsprechend dem Erfindungsnavigator "Entgegengesetzt" (siehe Anlage 4 Katalog spezialisierter A-Navigatoren) vorgehen kann und die Informationen auf dem Papierträger nach Abschluss des Zeichnens z.B. mit Hilfe eines Druckers festhalten kann.
Das Prinzip des Virtual Keyboard ermöglicht es, die Buchstaben einzeln aufzuzeigen und Textmitteilungen zu kreieren, zum Beispiel, SMS (Abb. 2.8.f). Das Plus: Einfachheit. Das Minus: das ist kein handgeschriebener Text (Zeichnung) auf Papier.
Wir sehen, dass der "alte" Stift in den vergangenen Tausend Jahren seiner Entwicklung eine neue Qualität erworben hat: die Funktion der Übertragung des geschaffenen Bildes in den Computer. Wir haben gelernt, in den Computer handschriftliche Informationen einzugeben, die auf einem Papierblatt, auf einer Schultafel, am Bildschirm eines Fernsehgerätes, an einem Computermonitor, auf Kreditkarten oder auf den Displays von mobilen Telefonen, auf speziellen Tablets, die zur Tastatur hinzugefügt werden, geschrieben werden können und sowohl Tastaturen als auch Mäuse überflüssig machen. In den letzten 50 Jahren wurden Dutzende von Funktionsprinzipien für elektronische Stifte erfunden! Und doch hatten alle noch einen prinzipiellen Mangel: die Notwendigkeit der Anwendung spezieller Stifte!
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(6) Meine Lieblingsmetapher aus dem Buch von Vikentiev I.L. und Kaikov I.K. "Die Stufenleiter von Erfindungen" (in Russisch), 1992
(7) Karl Raimund Popper (1902-1994) – engl. Philosoph
(8) Ich interpretiere - verwende aber auch im direkten Kontext! - den bekannten Ausdruck und den Titel eines Werkes des Nobelpreisträgers, des belgischen Biophysikers Ilya Prigogine (1917-2003)
(9) Gaius Julius Cäsar (102 oder 100 - 44 v. Chr.) - römischer Staatsmann, Heerführer und Schriftsteller
