I
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale
Trend evolutivi e indagini brevettuali:
analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
Relatore:
Chiar.ma Prof.ssa Caterina Rizzi
Correlatori:
Ing. Daniele Regazzoni
Sig. Pierluigi Petrali
Tesi di Laurea di
Andrea CROTTI
Matricola n. 41970
Michele GHITTI
Matricola n. 41965
ANNO ACCADEMICO 2005 / 2006
II
III
Ai nostri genitori
IV
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
V
INDICE
INTRODUZIONE...........................................................................................................................1
CAPITOLO PRIMO:
LA METODOLOGIA TRIZ..........................................................................................................3 1.1. INTRODUZIONE .......................................................................................................................5
1.1.1. Una definizione di TRIZ.................................................................................................6 1.1.2. Gli strumenti di TRIZ.....................................................................................................8
1.2. LE TECHNIQUE......................................................................................................................11 1.2.1. Introduzione.................................................................................................................11 1.2.2. Le parti di una technique .............................................................................................12 1.2.3. Technique: TP e TS......................................................................................................13 1.2.4. Gli Attributi..................................................................................................................15
1.3. LE CONTRADDIZIONI.............................................................................................................18 1.3.1. Introduzione.................................................................................................................18 1.3.2. La struttura di un problema.........................................................................................20 1.3.3. La risoluzione delle contraddizioni tecniche ...............................................................23 1.3.4. La risoluzione delle contraddizioni fisiche ..................................................................30
1.4. L’IDEALITÀ ..........................................................................................................................33 1.4.1. Le risorse .....................................................................................................................37
1.5. L’ANALISI FUNZIONALE........................................................................................................38 1.5.1. Introduzione.................................................................................................................38 1.5.2. Il Functional Tree Diagram.........................................................................................40 1.5.3. Il System Parts Diagram..............................................................................................40 1.5.4. Il “Functional Line Diagram” e il “Trimming” .........................................................42
1.6. ANALISI SU-FIELDS.........................................................................................................46 1.6.1. Esempio di applicazione ..............................................................................................50 1.6.2. Le soluzioni standard...................................................................................................55
1.7. IL METODO DEGLI AGENTI ....................................................................................................57 1.8. ARIZ....................................................................................................................................58
1.8.1. Introduzione.................................................................................................................58 1.8.2. ARIZ-85AS ...................................................................................................................59
1.9. L’EVOLUZIONE DI UNA TECHNIQUE ......................................................................................65 1.9.1. Introduzione.................................................................................................................65 1.9.2. Postulati e corollari dell’evoluzione tecnologica ........................................................66 1.9.3. Paths of evolution ........................................................................................................74
1.10. LE CURVE A S .....................................................................................................................87 1.11. L’ALBERO EVOLUTIVO .......................................................................................................89
CAPITOLO SECONDO:
IL CONTESTO INDUSTRIALE.................................................................................................93 2.1. WHIRLPOOL CORPORATION..................................................................................................95 2.2. IL PRODOTTO ........................................................................................................................96
CAPITOLO TERZO:
L’INDAGINE BREVETTUALE ...............................................................................................103 3.1. LE INVENZIONI E I BREVETTI...............................................................................................105
3.1.1. Ragioni, obiettivi e tipi di invenzione ........................................................................105 3.1.2. Livelli delle invenzioni ...............................................................................................109
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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3.1.3. La realizzazione delle invenzioni ...............................................................................112 3.2. I BREVETTI..........................................................................................................................113
3.2.1. Le classi brevettuali ...................................................................................................114 3.2.2. Database brevettuali ..................................................................................................117 3.2.3. Il metodo di ricerca....................................................................................................122
CAPITOLO QUARTO:
ANALISI EVOLUTIVA .............................................................................................................127 4.1. ANALISI DEL SUPER-SYSTEM LAVATRICE............................................................................129
4.1.1. Tappe evolutive ..........................................................................................................129 4.1.2. Analisi delle curve a S................................................................................................133 4.1.3. Identificazione sottosistemi d’interesse......................................................................142
4.2. ANALISI EVOLUTIVA DEI SOTTOSISTEMI .............................................................................144 4.2.1. L’evoluzione della vasca............................................................................................144 4.2.2. L’evoluzione del sistema di erogazione del detergente..............................................163
CAPITOLO QUINTO:
ANALISI DEI RISULTATI .......................................................................................................189 5.1. INTRODUZIONE ...................................................................................................................191 5.2. INDIVIDUAZIONE DEI TREND EVOLUTIVI NEL SOTTOSISTEMA VASCA ..................................191 5.3. INDIVIDUAZIONE DEI TREND EVOLUTIVI NEL SISTEMA DI DISTRIBUZIONE DEL DETERSIVO .203
5.3.1. Introduzione ...............................................................................................................203 5.3.2. Geometria della vaschetta .........................................................................................203 5.3.3. Selezione dello scomparto..........................................................................................205 5.3.4. Sistemi di attuazione della funzione di erogazione ....................................................206 5.3.5. Misurazione del detersivo ..........................................................................................207 5.3.6. Stoccaggio e conservazione del detersivo..................................................................208 5.3.7. Risciacquo degli scomparti ........................................................................................209 5.3.8. Organi indipendenti di rilascio del detersivo ............................................................210 5.3.9. Sistemi di riciclaggio dell’acqua ...............................................................................212
CONCLUSIONI ..........................................................................................................................213
BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................215
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
1
INTRODUZIONE
Le indagini e le analisi brevettuali effettuate da Altshuller, padre della
metodologia TRIZ, dai suoi collaboratori e più recentemente da altri ricercatori
hanno mostrato che i caratteri generali dell’evoluzione dei sistemi tecnici e dei
processi tecnologici sono essenzialmente gli stessi per ogni singolo oggetto
artificiale. I cambiamenti a cui sono sottoposti i sistemi sono riconosciuti da TRIZ
come gli assiomi dell’esistenza dell’evoluzione tecnologica dovuta all’attività di
ricerca, sviluppo e progettazione. Durante tale evoluzione, la costruzione di un
sistema tecnico o la sequenza di operazioni dei processi tecnologici cambiano in
accordo a certe regole che costituiscono dei trend evolutivi.
Con il presente lavoro di tesi, svolto in collaborazione con l’Engineering Center di
Whirlpool Europe, si intende verificare la validità di questi trend confrontandoli
con l’evoluzione di un prodotto reale, attraverso l’analisi di brevetti relativi ad
alcuni suoi sottosistemi. In particolare si vogliono perseguire due tipi di obiettivo
strettamente collegati: uno di carattere scientifico e l’altro di carattere industriale.
Il primo, puramente teorico, riguarda, dopo un attento studio dei trend evolutivi
propri del metodo TRIZ, il tentativo di dimostrare la loro validità in un settore
caratterizzato da un forte sviluppo come quello degli elettrodomestici e in
particolare di una lavatrice. Il secondo si basa sul confronto tra i trend individuati
all’interno di questo settore e quelli sviluppati da Altshuller al fine di individuare i
possibili sviluppi futuri e le proprietà più promettenti della nuova generazione del
prodotto in esame.
Il lavoro si basa su una ricerca e analisi di brevetti relativi a due sottosistemi,
precisamente la vasca e il dispositivo di erogazione del detersivo. L’indagine è
stata eseguita utilizzando alcuni motori di ricerca on-line, in parte gratuiti e in
parte a pagamento, messici a disposizione dall’Engineering Center di Whirlpool
Europe e dall’Università degli Studi di Bergamo.
Nel dettaglio, il lavoro è strutturato nel modo seguente: nel primo capitolo vi è
una descrizione della metodologia TRIZ e dei suoi strumenti, con un’attenzione
particolare rivolta ai trend evolutivi, centrali nel presente lavoro di tesi. Nel
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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secondo capitolo viene presentato il contesto industriale e il prodotto oggetto di
studio attraverso una dettagliata descrizione. Il terzo capitolo illustra il metodo
utilizzato nella ricerca brevettuale, che rappresenta il punto di partenza per
l’analisi tecnica dell’evoluzione dei sottosistemi vasca e dispositivo di erogazione
del detersivo, svolta nel quarto capitolo. In questa sezione è presente anche
un’analisi delle curve a S costruite in base all’andamento del numero dei brevetti
relativi al sistema lavatrice e ai sottosistemi che lo costituiscono, nel corso degli
anni. Nell’ultimo capitolo vi è il confronto tra i trend evolutivi della teoria TRIZ e
quelli individuati nei sottosistemi analizzati. A tale proposito sono stati costruiti
degli alberi evolutivi che consentono di comprendere facilmente quali siano stati i
trend alla base dello sviluppo dei due sottosistemi. Infine le conclusioni
riassumono il lavoro svolto, sintetizzando i risultati ottenuti e confrontandoli con
gli obiettivi preposti.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
3
CAPITOLO PRIMO:
LA METODOLOGIA TRIZ
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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1. LA METODOLOGIA TRIZ
1.1. Introduzione
TRIZ è l’acronimo del russo, Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch,
traducibile in italiano come Teoria per la Soluzione Inventiva dei Problemi; è al
tempo stesso un metodo ed un insieme di strumenti sviluppati in Russia a partire
dal 1946 da Genrich Altshuller (1926-1998), con l’obiettivo di catturare il
processo creativo in ambito tecnico e tecnologico, codificarlo e renderlo così
ripetibile e applicabile: una vera e propria teoria dell’invenzione.
Genrich Altshuller lavorava nell'ufficio brevetti della Marina Militare Sovietica e
decise di analizzare le innovazioni con cui aveva a che fare. Altshuller iniziò
studiando più di 200.000 brevetti (ad oggi sono più di 2 milioni) ed arrivò ad
individuare degli schemi comuni che si ripetevano nei diversi ambiti tecnologici e
che fornivano quindi delle regole generali nell'evoluzione dei sistemi tecnici, e dei
principi inventivi che caratterizzano le modalità con cui i problemi vengono
risolte. L’approccio di Altshuller allo studio della creatività non si avvalse dei
contributi psicologici o sociologici, o almeno si rivolse ad essi solo in minima
parte.
Il complesso architettonico che costituisce TRIZ si basa su tre osservazioni:
1. i sistemi tecnici evolvono secondo leggi oggettive e tendono a
massimizzare il loro grado di idealità, espressa come rapporto tra le
funzioni utili fornite dal sistema e le funzioni dannose insite nel sistema;
2. qualsiasi problema tecnico specifico può essere ricondotto, mediante un
processo di astrazione, ad un modello generale, ed i processi logici di
risoluzione possono essere raggruppati in un numero finito di principi
inventivi;
3. dato il numero finito di modelli del problema e di principi risolutivi,
soluzioni concettualmente identiche possono essere applicate a problemi
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tecnici apparentemente diversi. Ne deriva che la conoscenza svolge un
ruolo centrale e fondamentale nell’attività inventiva.
In altre parole, qualcuno, da qualche parte nel mondo, ha già risolto un problema
analogo a quello che ci si trova ad affrontare. Su questa impalcatura concettuale
Altshuller e collaboratori hanno costruito nel corso degli anni un insieme di
strumenti per:
• analizzare un sistema tecnico ed estrarne un modello;
• applicare al modello del problema i principi risolutivi più efficaci;
• ricercare fra i modelli di soluzione conosciuti quelli più idonei per il
problema analizzato.
Dopo oltre 50 anni di sviluppo, TRIZ non è ancora ampiamente diffuso, a causa
delle situazioni politiche ed economiche che hanno interferito sul suo progresso.
Tuttavia, TRIZ rappresenta oggi una potente metodologia per la risoluzione dei
problemi, che contribuisce al miglioramento delle tecniche esistenti e al progresso
in generale. La sua forza è evidente quando si analizza la risoluzione di migliaia di
problemi tecnici occorsi prima nell’ex Unione Sovietica e negli ultimi anni in
Europa, Stati Uniti e Giappone, ai quali TRIZ ha fornito un notevole contributo.
1.1.1. Una definizione di TRIZ TRIZ può essere definito come “una metodologia sistematica, orientata verso
l’uomo, basata sulla conoscenza, per la soluzione inventiva dei problemi”.
Andiamo ora ad analizzare parola per parola tale definizione.
Innanzi tutto TRIZ è caratterizzato da un approccio basato sulla conoscenza
perché:
1. i metodi risolutivi relativi al problem solving sono stati ricavati dall’analisi
di un gran numero di brevetti in diversi campi ingegneristici;
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2. utilizza la conoscenza proveniente dalle scienze naturali e dall’ingegneria,
che sono organizzate in modo tale da essere impiegate in modo efficiente
durante i tentativi di risolvere i problemi;
3. utilizza la conoscenza relativa al settore al quale i problemi da risolvere
appartengono (tale conoscenza comprende informazioni circa le tecniche, i
sistemi, i processi e la loro evoluzione).
In secondo luogo TRIZ è orientato verso l’uomo in quanto è formulato in modo
tale da essere sfruttato dagli esseri umani e non dalle macchine. La metodologia
TRIZ è basata sulla suddivisione delle tecniche in sottosistemi, sulla distinzione
delle funzioni utili e dannose, e così via; operazioni arbitrarie che dipendono dalla
natura del problema stesso e dalle circostanze socio-economiche. È quindi
evidente che le decisioni non possono essere prese da un calcolatore.
In realtà, è ragionevole utilizzare una macchina per la maggior parte dei problemi
che vengono affrontati, in quanto si ripetono continuamente. Tuttavia, molti
problemi capitano una sola volta (per esempio durante la progettazione di un
nuovo dispositivo) e in questo caso risulta del tutto inefficace utilizzare un
software.
TRIZ è poi una metodologia sistematica perché la risoluzione dei problemi è
strutturata in una sequenza di passi ben determinati in modo tale da utilizzare in
modo efficace le soluzioni trovate anche per nuovi problemi.
Infine, per capire perché TRIZ è utile per la soluzione inventiva dei problemi, è
necessario prima di tutto definire cosa si intende per problem solving. Un
problema è un gap esistente tra la situazione attuale e la situazione ideale a cui si
vorrebbe giungere. Il problem solving è un procedimento costituito da uno o più
passi attraverso il quale si cerca di avvicinare il più possibile la situazione attuale
a quella ideale. I problemi sono detti di routine se tutti i passi critici da fare per
giungere alla soluzione sono noti, mentre se almeno uno di tali passi non è noto
sono detti di non-routine. La metodologia TRIZ definisce problemi inventivi i
problemi tecnici in cui almeno un passo del processo risolutivo e la soluzione
stessa non sono noti. I problemi inventivi sono spesso erroneamente considerati
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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uguali ai problemi ingegneristici; essi rappresentano invece solo una parte di tutti i
problemi ingegneristici, progettuali e tecnologici.
Gli problemi inventivi possono essere definiti anche come una sottoclasse dei
problemi creativi (problemi la cui risoluzione non è ovvia) nei settori della
tecnica. Essi sono caratterizzati dalla mancanza di passi definiti per la loro
risoluzione o dalla presenza di informazioni irrilevanti o inadeguate. In altre
parole, un problemi inventivi è generalmente insolito, ambiguo, “sfuocato” e
spesso mal capito. L’obiettivo del metodo TRIZ è quindi quello di trovare un
metodo risolutivo per questi tipi di problemi. Infatti, la maggior parte dei metodi
sviluppati per la risoluzione dei problemi ha dimostrato di non essere efficace nel
caso di problemi di non-routine.
1.1.2. Gli strumenti di TRIZ Un elemento interessante del metodo TRIZ è che utilizza un numero relativamente
basso di strumenti ed euristiche, sviluppate da Altshuller [ALTS84] e da altri esperti
TRIZ [GASA95]. Le euristiche sono “criteri, metodi o principi che permettono di
capire qual è il procedimento migliore per raggiungere un determinato obiettivo.
Esse rispondono a due necessità: devono avere criteri semplici e allo stesso tempo
devono permettere di distinguere le scelte corrette da quelle errate.”1
I principali strumenti sono quindi:
- l’analisi preliminare: permette di comprendere i trade-off di problemi che
contengono contraddizioni e aiuta a chiarire informazioni importanti
riguardanti tecniche e vincoli per i problemi futuri;
- la matrice delle contraddizioni: molti progetti contengono conflitti tra diversi
parametri di progetto per i quali non si giunge a soluzione e, nella maggior
parte dei casi, neanche ad un compromesso. TRIZ indica come scoprire le
contraddizioni e prevede l'applicazione dei 40 Principi inventivi. Questi ultimi
costituiscono la leva per giungere a valide soluzioni. La filosofia del metodo
TRIZ consiste nel rifiutare i compromessi e sciogliere le contraddizioni;
1 Judea Pearl, esperto nel Problem Solving e nell’intelligenza artificiale
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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- l’idealità: l'approccio utilizzato dalla tecnica TRIZ è quello di pensare alle
soluzioni e non ai problemi. Ciò si realizza chiedendosi quale dovrebbe essere
la soluzione ideale al problema (chiamata Ideal Final Result). All'idea si
giunge attraverso l'aumento dei benefici del sistema mentre simultaneamente
si riducono gli svantaggi ed i costi. Un modo per raggiungere l'idealità avviene
attraverso l'utilizzo di tutte le risorse disponibili e riuscendo a trasformare
tutto ciò che è dannoso nel sistema in qualcosa di utile;
- il superamento dell’inerzia psicologica: la tecnica insegna ad avvicinarsi al
problema in un nuovo modo, utilizzando delle proprie capacità sconosciute
precedentemente e diventando creativi e innovativi nella risoluzione dei
problemi. Per far questo bisogna aprire la mente e TRIZ ha identificato degli
approcci e dei metodi spesso utilizzati da persone molto creative dimostrando
come queste siano particolarmente efficaci. Per far ciò, è necessario
comprendere e utilizzare il linguaggio del problem solving andando a porre
ogni cosa nel corretto contesto, imparando a pensare nel tempo e nello spazio,
utilizzando le variabili spazio-costo-tempo. Tutti questi strumenti dimostrano
come sia possibile utilizzare (consciamente) il cosiddetto "pensiero laterale";
- analisi funzionale per la comprensione dei problemi: TRIZ parte dal
presupposto che tutti i problemi precedenti sono stati risolti. Prendere il
problema e mapparlo in un generico problema in modo da scegliere la miglior
soluzione, richiede un metodo di approccio rigoroso.
Un possibile metodo è quello di utilizzare l’analisi funzionale, la quale mappa
tutte le interazioni (positive e negative) tra il sistema e i componenti,
identificando l'area del problema all'interno del sistema;
- l’analisi Su-Field e le soluzioni standard: l’analisi Substance-Field è uno
strumento per l’identificazione e la modellazione di problemi relativi ai
sistemi tecnici esistenti; una volta identificato il problema esso può essere
risolto utilizzando le cosiddette “soluzioni standard”, che hanno l’obiettivo di
superare o aggirare le contraddizioni tecniche e fisiche;
- il metodo degli agenti: tale metodo aiuta i risolutori a trovare soluzioni
concettuali ai problemi tecnici attraverso l’utilizzo del metodo diretto, inverso
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o grazie a ricerche bidirezionali, solitamente con un supporto grafico sotto
forma di semplici abbozzi;
- algoritmo per la soluzione inventiva dei problemi (ARIZ): si tratta di una serie
di procedure logiche che servono per eliminare le contraddizioni che causano
i problemi;
- trend evolutivi: la ricerca basata sulla Teoria per la Soluzione Inventiva dei
Problemi ha rivelato che tutte le industrie e i relativi prodotti seguono delle
curve a S simili e danno vita a famiglie di curve a S. TRIZ indica come
disegnare le curve a S relative al proprio prodotto, come identificare la
posizione su tale curva e prevedere le curve susseguenti.
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1.2. Le technique [SAVR00]
1.2.1. Introduzione L’uomo, attraverso la modifica di alcuni processi naturali e di alcuni oggetti della
natura, è riuscito a creare quelli che vengono chiamati processi o sistemi
artificiali.
Qualsiasi oggetto artificiale, indipendentemente dalla sua natura o dal suo grado
di complessità, può essere considerato un sistema tecnico (technical system o TS).
Qualsiasi azione o procedura svolta con l’assistenza di un technical system o di un
oggetto naturale può essere considerato un processo tecnologico (technological
process o TP). I sistemi tecnici prendono parte ai processi tecnologici per
soddisfare i bisogni degli esseri umani e di altri TS. Simmetricamente, ogni TP
esiste a causa della presenza di uno o più TS.
I sistemi e i processi tecnologici possono essere anche visti rispettivamente come
un insieme di parti con collegamenti nello spazio e come un insieme di parti con
collegamenti nel tempo. Per quanto riguarda i TS, la parte più piccola è chiamata
elemento del sistema; la parte più piccola di un TP è invece l’operazione.
Elementi e operazioni sono solitamente chiamati all’interno della metodologia
TRIZ sottosistemi.
I TS e i TP sono due concetti molto legati; inoltre il loro sviluppo è spesso simile
e hanno molte proprietà in comune. Ciò ci consente di considerarli come facenti
parte di un unico gruppo: le technique.
Lo studio sistematico delle technique (TS e TP insieme) e delle loro funzioni è la
base su cui si fonda la metodologia TRIZ. Tutte le technique hanno input e output
verso altre technique o verso l’ambiente. Input e output rappresentano anche le
relazioni esistenti tra super-system o ambiente e sub-system o technique. Il
principale input di una technique è il raw object, mentre l’output fondamentale è
detto product.
Molti ricercatori hanno distinto tre classi di raw object e products [HUBK88]:
- substances: tutte le materie che hanno una massa e che occupano uno
spazio (per esempio una tazza, un’automobile, una televisione);
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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- fields: riguarda tutto ciò che produce energia indipendentemente dalla sua
natura e dalla sua massa;
- Information: comandi (richieste, desideri, regole e normative) e dati
(verbali, grafici, simboli e numeri).
Product e raw object sono dei termini generici utilizzati in TRIZ per tutte le
substances e i fields che hanno subito un cambiamento durante un technological
process. La trasformazione dalla condizione in entrata di un raw object (input)
alla condizione desiderata di un product (output) ha luogo in un determinato
ambiente2 e spazio e durante un certo periodo di tempo. Un raw object è la
substance, field o information che deve essere cambiata, modificata, misurata. La
trasformazione influisce sul raw object alterando la sua struttura e le sue proprietà
interne (per esempio la durezza dei materiali), le sue proprietà esterne (per
esempio la forma), la locazione, il tempo e le informazioni che lo riguardano.
1.2.2. Le parti di una technique I sub-systems
Come abbiamo già visto, le technique comprendono sub-systems organizzati in
qualche modo nello spazio (sistemi come macchine, sostanze ed elementi) e/o
sub-systems interconnessi nel tempo (processi tecnologici come metodi e
operazioni). I sub-systems sono anch’essi dei sistemi, che diventano tali per altri
sub-systems e così via fino ad arrivare ad un livello dove elementi ed operazioni
possono essere distinti. Anche un elemento (od operazione) può essere
considerato come un sistema incluso in un sistema più grande: il super-system.
Tutte le technique includono sub-system e allo stesso momento fanno parte di un
super-system (figura 1.1.). Per esempio la technique “produzione di televisori” è
un TP che fa parte del super-system “industria elettronica”, ma include anche una
serie di sub-systems: produzione di speciali catodi, assemblaggio di tubi in vetro
per gli schermi, e altri processi. Allo stesso modo il TS “TV” fa parte del super-
2 Per ambiente si intende ogni cosa che sta al di fuori di una technique. L’ambiente per una technique è spesso rappresentato da altri TS o TP.
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system “ricevitori” e contiene sottosistemi quali schermo, amplificatori, connettori
ecc.; a loro volta tutti questi sub-systems ne includono altri.
Figura 1.1. Rappresentazione di una technique in relazione al suo ambiente, al sub-system e al super-system
Ogni TS può essere suddiviso in sub-systems di vari livelli che dipendono dallo
specifico campo ingegneristico che si prende in considerazione. La scelta del
livello di dettaglio è fondamentale nel metodo TRIZ in quanto è alla base del
successo della soluzione di un problema.
Links
I collegamenti (links) connettono elementi e operazioni, in modo tale da formare
sub-systems e quindi technique. Un link è il canale fisico attraverso il quale
passano fields, substances e information ed è il mezzo che permette il legame tra
sottosistemi.
1.2.3. Technique: TP e TS L’obiettivo di ogni technique è quello di trasformare una materia prima (raw
object) in un prodotto (product).
Tutte le technique devono sottendere alle seguenti condizioni:
- sono progettate per uno scopo;
- hanno una serie di caratteristiche o proprietà;
- sono organizzate nelle spazio e nel tempo.
Element
Operation
SUBSYSTEM TS
Technique TP
Super-System
Environment
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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L’assenza di una di queste condizioni esclude la possibilità di chiamare un oggetto
technique.
Processi tecnologici (TP)
Un processo tecnologico è una sequenza di passi (operations) e attività, a partire
da un input per arrivare ad un output, necessarie per fabbricare un prodotto da
determinate materie prime (raw objects) durante un periodo di tempo finito. Un
TP può consistere in una semplice operazione oppure essere molto complesso e
comporsi di migliaia di operazioni interconnesse fra loro.
Un processo tecnologico può essere classificato secondo:
- la tecnologia utilizzata (chimica, meccanica, ecc.);
- le azioni che sono basate su fenomeni fisici, geologici, biologici;
- le principali classi di materie prime e prodotti;
- la locazione e/o il tempo.
Per poter realizzare un TP sono necessari come input, sistemi tecnici o naturali ed
altre risorse come l’energia o sostanze ausiliarie (per esempio lubrificanti).
Sistemi Tecnici (TS)
Un TS può essere definito come “una serie di sub-systems che interagiscono fra
loro in grado di svolgere specifiche funzioni. Un sistema possiede proprietà che
possono non corrispondere alle proprietà dei singoli sub-systems che lo
compongono” [SALA91].
La nozione di sistema può anche dipendere dalla situazione particolare in cui è
inserito. Per esempio, molte persone possono non considerare come sistema i
frammenti di un’auto incidentata, a differenza di un poliziotto che indaga
sull’incidente. Generalmente, ogni sistema possiede caratteristiche diverse dalla
semplice somma dei suoi elementi costitutivi; in alcuni casi le proprietà di un
sistema possono essere addirittura opposte a quelle dei suoi sottosistemi.
Ogni TS può essere classificato come dinamico (TV, automobile, pianoforte) o
statico (edificio, lenti ottiche); spesso un sistema è composto da sottosistemi sia
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statici che dinamici. I TS statici, al contrario di quelli dinamici, non sono
caratterizzati da scambi di energia e di massa con l’ambiente; essi ricevono azioni
esterne (principalmente energia) e le trasmettono al sub-system che svolge il ruolo
principale (per esempio le fondamenta di una casa). Tuttavia TRIZ e altre teorie
hanno basato i propri studi sui sistemi dinamici [PAHL84].
I principali sub-systems di un TS
Tutti i technical system includono il working tool (letteralmente, lo strumento che
lavora) che è l’elemento che svolge la funzione primaria. Il working tool è l’unica
parte di una technique necessaria per l’uomo perché in grado di soddisfare
l’obiettivo della stessa technique. Come regola, il working tool è inutile senza un
apporto di energia che gli permetta di funzionare.
Altri importanti sub-systems presenti in quasi tutti i sistemi tecnici sono:
- trasmissione (trasmission): trasferisce l’energia iniziale al working tool;
- controlli (controls): regolano e controllano gli altri sottosistemi;
- intelaiatura (casing): protegge i TS e l’ambiente l’uno dall’altro, procura
sicurezza e mantiene la struttura e la forma del sistema.
1.2.4. Gli Attributi Gli attributi principali di una technique sono: gli obiettivi, le proprietà, i
comportamenti, le funzioni e la struttura.
Gli obiettivi
Ogni technique serve per un determinato scopo; un obiettivo comune per un TP o
un TS è la trasformazione di una materia prima in un prodotto finito. Nel mondo
delle technique, un ingegnere formulerà un obiettivo che ipoteticamente
rappresenterà il risultato che sarà in grado di soddisfare una richiesta. In altre
parole un obiettivo è qualcosa che può essere realizzato e che preferibilmente
deve essere realizzato. Ciò sarà possibile grazie all’utilizzo di fenomeni fisici e
attraverso l’elaborazione di informazioni.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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Le proprietà e lo stato
Ogni technique ed ogni suo elemento, operazione, sottosistema e collegamento
possiedono delle particolari proprietà. Una proprietà o caratteristica è un attributo
che caratterizza, descrive o identifica un oggetto. Tutti gli elementi, operazioni e
sottosistemi di una technique godono di proprietà fisiche e pragmatiche. Le
proprietà pragmatiche sono orientate ad un obiettivo, come la stabilità, la
resistenza alla corrosione, l’affidabilità. Le proprietà fisiche includono, invece, le
caratteristiche e le costanti di sostanze e campi. Queste ultime possono essere
suddivise nel modo seguente:
- costanti universali: indipendenti dal tempo e dal sub-system (per esempio
la carica di un elettrone);
- costanti generali: non cambiano nel tempo, ma dipendono dal sub-system
(per esempio la velocità del suono nell’acqua);
- parametri fissi: specifici attributi del sub-system (per esempio il numero di
denti in un ingranaggio);
- parametri variabili: valore corrente di una proprietà in relazione al
fenomeno fisico al quale appartiene (per esempio la velocità di
un’automobile).
La principale proprietà di tutte le technique è la loro abilità a compiere qualcosa di
utile in modo tale da soddisfare le proprie finalità.
Lo stato di un sub-system è l’insieme delle costanti, dei parametri fissi e dei valori
misurati di un parametro di tutte le proprietà di un sub-system (element, operation,
raw object, product o l’intera technique) in un determinato periodo.
Comportamenti e funzioni
La caratteristica più importante di un sistema o processo artificiale è rappresentata
dalle funzioni e dai comportamenti.
Un comportamento è un cambiamento di proprietà, caratteristiche e parametri tra
l’input e l’output di un sub-system e la sua evoluzione ambientale che avviene
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
17
attraverso una serie di operazioni, azioni ed eventi; in altre parole può essere
definito come una sequenza di stati.
Una funzione è invece un’interpretazione del comportamento di un sub-system,
più precisamente delle equazioni fisiche che governano il suo comportamento. In
questo caso, la funzione funge da astrazione o manifestazione di un
comportamento. Assumendo un altro punto di vista, si può definire una funzione
come un ponte tra comportamento e obiettivo. Entrambe le prospettive sono
importanti in quanto solitamente i bisogni economici, più delle capacità fisiche e
tecniche, determinano qual è il modo più adatto di compiere una funzione. Per
esempio è possibile spostare un oggetto di 20 chilometri utilizzando un aeroplano,
ma non è economicamente conveniente.
Una technique può eseguire molte funzioni, ma solo una, la funzione primaria
(primary function), è quella che permette l’esistenza della technique stessa. Le
altre funzioni sono ausiliarie e accompagnano l’esecuzione della funzione
primaria (PF). Tutti i technical system e i technological process sono progettati
per eseguire una o più funzioni utili (UF); tuttavia sono anche caratterizzati dalla
presenza di funzioni dannose (HF). Per esempio, un’auto, nello svolgere la sua
PF, produce anche inquinamento, calore, vibrazioni e rumore, effetti che in TRIZ
sono considerati funzioni negative o dannose. Infine G. Yezersky e G. Frenklach
introdussero anche il concetto di funzione neutrale (NF) per completare la
terminologia concernente l’argomento in questione.
La struttura
Le relazioni spaziali tra elementi, e quelle temporali tra operazioni sono
fondamentali rispettivamente per i TS e per i TP. Il termine struttura è di solito
utilizzato in riferimento all’organizzazione interna, all’ordine, alla segmentazione,
alla conformazione e alla costruzione di una technique. Il concetto di struttura è
più importante nel caso di technical systems; infatti, per quanto riguarda i
technological processes, esistono solo due tipi di strutture: a operazioni parallele e
a sequenza di operazioni.
La struttura di una technique è un insieme di sottosistemi e di collegamenti, alla
cui base stanno i principi fisici in grado di svolgere la funzione primaria e le altre
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
18
funzioni utili. La struttura dipende solitamente dal tipo di elementi, dalle leggi
fisiche e dal materiale utilizzati nel TS; formare una struttura significa definire il
comportamento di un TS con l’obiettivo di realizzare le funzioni utili.
1.3. Le contraddizioni [SAVR00]
1.3.1. Introduzione La teoria TRIZ si basa su due importanti concetti: le contraddizioni e l’idealità
(che verrà discussa in seguito). Una contraddizione è letteralmente una
proposizione che asserisce qualcosa di opposto o incompatibile con un’altra.
Spesso le soluzioni inventive migliori sono quelle che superano una o più
contraddizioni, per questo è fondamentale riconoscere quella insita nel problema.
Una contraddizione ha luogo quando migliorando un parametro o una
caratteristica di una technique, viene peggiorato un altro suo parametro o
caratteristica.
Altshuller e i suoi collaboratori [ALTS86] hanno distinto tre tipi di contraddizioni:
- contraddizioni amministrative: hanno luogo quando viene richiesto
qualcosa per raggiungere un determinato risultato o per superare un
fenomeno indesiderato, ma non si conosce il modo per farlo. Per esempio,
si vuole aumentare la qualità della produzione diminuendo i costi delle
materie prime;
- contraddizioni tecniche: hanno luogo quando un’azione è simultaneamente
utile e dannosa. Le contraddizioni tecniche rappresentano un conflitto tra
due sub-systems. Per esempio si vuole aumentare la profondità di
penetrazione di uno ione in un semiconduttore e diminuire l’energia
necessaria per compiere tale operazione. Questi tipi di contraddizioni
emergono se:
• creando o intensificando la funzione positiva in un sub-system, si da
vita ad una funzione negativa in un altro sub-system;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
19
• eliminando o riducendo la funzione negativa in un sub-system, si
vanno a peggiorare le funzioni positive in un altro sub-system;
• aumentando le funzioni positive o riducendo quelle negative in un sub-
system, viene complicato sfavorevolmente lo stesso sub-system o
l’intera technique.
- contraddizioni fisiche: un dato sub-system dovrebbe avere una proprietà A
per eseguire un’altra funzione necessaria e una proprietà non-A o anti-A
per soddisfare le condizioni di un problema. Una contraddizione fisica
implica la richiesta contraddittoria di una condizione fisica allo stesso
elemento o operazione di un sistema. Questi tipi di contraddizioni
emergono se:
• aumentando le funzioni utili in un sistema, aumentano anche le
funzioni dannose;
• riducendo le funzioni dannose, si riducono anche quelle utili.
Secondo Altshuller [ALTS86], una “situazione inventiva” è solitamente inerente ad
alcuni gruppi di contraddizioni fisiche e tecniche. Scegliere una contraddizione
presente in un gruppo significa passare da una “situazione inventiva” all’inizio
della soluzione di un problema. Solitamente, la giusta formulazione di una
contraddizione fisica permette di capire il nucleo del problema.
In generale, le contraddizioni possono essere suddivise in tre grandi gruppi:
- naturali
- sociali
- ingegneristiche
Le contraddizioni naturali sono divise a loro volta in due gruppi:
- contraddizioni fondamentali: le leggi della natura limitano le possibile
soluzioni di un problema;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
20
- contraddizioni cosmologiche: restrizioni causate dalle “condizioni” della
Terra.
Le contraddizioni sociali si dividono in tre gruppi (individuali, manageriali e
culturali) e si riferiscono ai principali freni all’innovazione ai vari livelli sociali.
1.3.2. La struttura di un problema A causa della diversità dei TS e dei TP, differenti problemi possono emergere
all’interno di ogni technique. Inizialmente la struttura dei technical system e dei
technological problem non rivela praticamente niente circa il modo per risolvere
un problema o i requisiti per la soluzione; semplicemente descrive lo status quo
della technique. Quando emergono dei conflitti tra funzioni, essi possono essere
presentati attraverso contraddizioni fisiche e tecniche. La rappresentazione delle
contraddizioni e la costruzione gerarchica di una technique ci permettono di
comprendere la struttura di un problema. In generale possono essere distinte
alcune tipologie di problemi:
- point: i problemi point hanno contraddizioni fisiche all’interno di un singolo
sub-system oppure non ne hanno alcuna (figura 1.2.). I problemi point,
caratterizzati da una contraddizione fisica sono solitamente nascosti e spesso alla
base di altri problemi; essi vengono solitamente alla luce grazie alla
semplificazione di un problema complesso o attraverso un’analisi attenta
dell’insieme dei problemi presenti in una technique;
Figura 1.2. Problema point
POINT
UFn HFn
Subsystem N
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
21
- pair: i problemi pair sono caratterizzati dalla presenza di una singola
contraddizione tecnica tra funzioni in due sub-systems (figura 1.3.);
appaiono spesso dopo la semplificazione della struttura di un problema
complicato in un set di contraddizioni tecniche indipendenti;
Figura 1.3. Problema Pair
- linear: presentano una sequenza di contraddizioni tecniche e fisiche tra
loro collegate e appartenenti a due o più sub-system (figura 1.4.);
Figura 1.4. Problema linear
- network: i problemi network presentano un “circolo” di molte
contraddizioni tra loro dipendenti (spesso chiamate matematiche). Essi
compaiono quando i sub-systems dipendono l’uno dall’altro;
Subsystem N+1 UFn+1
Subsystem N
UFn
Subsystem N-1 UFn-1
LINEAR PROBLEM
Subsystem N UFn
HFk
Subsystem k
PAIR
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
22
- triangle: i problemi triangle, il tipo più semplice di problema network,
hanno tre contraddizioni ingegneristiche dipendenti (figura 1.5.);
Figura 1.5. Problema triangle
- star: i problemi star sono caratterizzati da una serie di contraddizioni
tecniche o matematiche con in comune solitamente una contraddizione
fisica (figura 1.6.); compaiono quando una caratteristica o un sub-system
migliora, ma allo stesso tempo, altri peggiorano.
Figura 1.6. Problema star
Subsystem N+1 UFn+1
Subsystem N
UFn
Subsystem N-1 UFn-1
Subsystem M HFm
NETWORK PROBLEM
Subsystem N
UFn
HFm Subsystem M
HFp
Subsystem P
HFk
Subsystem K
UFl Subsystem L
STAR PROBLEM
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
23
Al di là di queste generiche strutture, esistono anche strutture molto più
complesse. Tali problemi non possono essere risolti così come sono, ma devono
essere ridotti ad una o più strutture generiche, attraverso la riformulazione del
problema in modo da distinguere sub-systems, funzioni, risorse e per organizzare
in modo organico tutte le informazioni relative ad una particolare situazione.
1.3.3. La risoluzione delle contraddizioni tecniche L’analisi dei brevetti ha mostrato che un limitato numero di regole empiriche
generiche e di metodi euristici sono stati utilizzati in molte invenzioni e
applicazioni per migliorare i parametri di un sistema. Ogni metodo solitamente
non è limitato ad una singola regola scientifica, ma include varie leggi della fisica,
della chimica o dell’ingegneria. La maggior parte delle euristiche riguardanti le
contraddizioni tecniche sono state identificate da G. S. Altshuller tra la fine degli
anni ’40 e l’inizio degli anni ’70 [ALTS88], ma sono ancora utilizzate oggi per
molti problemi. Altshuller estrapolò dall’analisi di 40 mila brevetti i 39 parametri
ingegneristici (Engineering Parameters )e i 40 principi inventivi (Inventive
Principles).
I parametri ingegneristici possono essere suddivisi in tre macroaree:
1. parametri fisici e geometrici comuni: peso (parametri
numero 1 e 2); lunghezza (3,4); superficie (5,6); volume
(7,8); velocità (9); forza (10); tensione o pressione (11);
forma (12); temperatura (17); luminosità (18); potenza (21).
In questo gruppo possono essere considerati anche altri
parametri, come stabilità del sub-system (13), durata
dell’azione (16) e quantità di sostanza (26);
2. parametri negativi indipendenti dalla technique: durata
dell’azione (15,16); energia impiegata dal sub-system
(19,20); perdita di energia (22); perdita di materia (23);
perdita di informazioni (24); perdita di tempo (25); quantità
di materia (26); fattori negativi che agiscono sul sub-system
(30) che segnalano la suscettibilità di questo verso agenti
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
24
dannosi generati all’esterno; fattori parzialmente negativi
(31) che rappresentano l’effetto nocivo del sub-system
all’interno del sistema. Si potrebbero inserire in questo
gruppo anche i parametri resistenza (14), complessità (36) e
complessità dei controlli (37);
3. parametri positivi indipendenti dalla technique: stabilità del
sub-system (13); resistenza (14); affidabilità (27);
accuratezza di misurazione (28); accuratezza di produzione
(29); semplicità di realizzazione (32); convenienza d’uso
(33); riparabilità (34); adattabilità (35); complessità (36);
complessità dei controlli (37); livello di automazione (38);
produttività (39).
Qui di seguito verranno elencati i 40 principi inventivi:
1. Segmentation (Fragmentation): dividere un oggetto in parti
indipendenti; rendere un oggetto modulare; aumentare il
grado di “segmentazione”.
2. Rimoval/Extraction: separare o isolare la parte che
interferisce in un oggetto oppure slegare la sola parte o
proprietà necessaria.
3. Local quality: cambiare la struttura di un oggetto da
uniforme/omogenea a non uniforme, rendere ogni parte
dell’oggetto nelle condizioni migliori per la sua operatività,
fare in modo che ogni parte di un oggetto esegua una
diversa funzione utile.
4. Asymmetry: cambiare la forma di un oggetto da simmetrica
ad asimmetrica e se un oggetto è già asimmetrico
aumentare il suo grado d’asimmetria.
5. Merging: unire oggetti simili per svolgere operazioni in
parallelo.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
25
6. Universality: fare in modo che un oggetto svolga più
funzioni; eliminare la necessità di utilizzare alcune parti.
7. Nested structures: posizionare un oggetto all’interno di un
altro, anche in modo non permanente.
8. Anti-weight: contrapporsi al peso di un oggetto unendolo ad
un altro che fornisce una spinta verso l’alto oppure
compensare il peso di un oggetto tramite interazioni con
l’ambiente;
9. Preliminary anti-action (counter-action): svolgere azioni
aggiuntive per contrastare gli effetti negativi delle azioni
che saranno eseguite dall’oggetto nel suo funzionamento.
10. Preliminary Action: realizzare un cambiamento sull’oggetto
prima che sia necessario.
11. Beforehand cushioning (cushion in advance): prepararsi
all’emergenza per compensare in anticipo la bassa
affidabilità di un oggetto.
12. Equipotentiality: limitare le variazioni di posizione in un
campo potenziale;
13. Reverse: invertire le azioni usate per risolvere un problema;
rendere fisse le parti mobili e viceversa; rovesciare
l’oggetto o il processo.
14. Spheroidality - curved: invece di usare parti o superfici o
forme rettilinee usare curve, rulli, sfere o spirali, passare da
movimenti lineari a rotatori e utilizzare la forza centrifuga.
15. Dynamism: essere in grado di modificare un oggetto o
l’ambiente esterno per trovare le condizioni di operatività
ottimale; dividere un oggetto in parti con moto relativo;
trasformare un oggetto rigido in uno flessibile.
16. Partial, satiated, or excessive actions: se è difficile
raggiungere una soluzione perfetta utilizzando un metodo,
il problema potrebbe essere molto più semplice da risolvere
usando lo stesso metodo in misura maggiore o minore.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
26
17. Another dimension: passare da un moto monodimensionale
ad uno pluridimensionale per superare ostacoli che
impediscono il movimento; variare l'orientamento di un
oggetto nello spazio senza spostarlo; utilizzare un altro lato
di una data area.
18. Mechanical vibration: far oscillare o mettere in vibrazione
un oggetto; se l’oscillazione è già presente incrementarne la
frequenza o raggiungere quella di risonanza; utilizzare
vibratori piezoelettrici al posto di quelli meccanici o
applicare oscillazioni combinate ad ultrasuoni ed
elettromeccaniche.
19. Periodic action: anziché azioni continue usare azioni
periodiche o pulsanti e se già lo sono cambiare la loro
frequenza o ampiezza.
20. Continuity of useful action (uninterrupted useful effect):
fare in modo che tutte le parti di un oggetto svolgano
funzioni utili; eliminare le pause tra le azioni utili;
21. Skipping (Rushing through): eseguire un processo dannoso
ad alta velocità.
22. Convert harm into benefit: utilizzare i fattori negativi per
ottenere effetti positivi; eliminare la principale azione
sfavorevole aggiungendo un’altra azione sfavorevole che la
neutralizzi.
23. Feedback: introdurre feedback per migliorare un’azione.
24. Intermediary: usare processi intermedi; unire
temporaneamente un oggetto con un altro, in modo che
possa essere facilmente rimosso.
25. Self-service and self-organization: fare in modo che un
oggetto provveda a sé stesso sviluppando funzioni ausiliarie
utili; l’oggetto deve essere in grado di svolgere operazioni
supplementari; utilizzare risorse di scarto (energia,
materia).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
27
26. Copying: anziché usare oggetti fragili, costosi e non
disponibili, usarne delle copie più semplici e meno costose;
sostituire un oggetto o un processo con copie ottiche; se
queste ultime sono già utilizzate, passare a copie infrarosse
o ultraviolette.
27. Inexpensive short-lived object: sostituire un oggetto costoso
con più oggetti economici.
28. Mechanics substitution: sostituire mezzi meccanici con
sensori; usare campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici
per interagire con gli oggetti; passare da campi statici a
campi dinamici ed utilizzare campi energetici con particelle
attivate dai campi stessi.
29. Pneumatics and hydraulics: utilizzare parti liquide o
gassose di un oggetto invece che parti solide; sfruttare la
spinta di Archimede per ridurre il peso di un oggetto; usare
la pressione atmosferica o il vuoto.
30. Flexible shells and thin films: utilizzare coperture flessibili
al posto di strutture tridimensionali; isolare l’oggetto
dall’esterno usando film sottili.
31. Porous materials and membranes: rendere un oggetto
poroso o aggiungere elementi porosi; se un oggetto è già
poroso, utilizzare le cavità per introdurre sostanze utili.
32. Color changes: cambiare il colore di un oggetto e/o la sua
trasparenza; utilizzare colori aggiuntivi in modo tale da
rendere visibile un oggetto o un processo difficile da
osservare.
33. Homogeneity: fare in modo che un oggetto interagisca con
altri dello stesso materiale.
34. Discarding and recovering: eliminare un oggetto o una sua
parte che ha già svolto la funzione richiesta; sostituire senza
fermi macchina le parti di consumo.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
28
35. Parameters and properties changes: cambiare lo stato
fisico di un oggetto, la sua concentrazione e consistenza,
cambiare il suo grado di flessibilità, la sua temperatura o
altre caratteristiche.
36. Phase transitions: utilizzare i fenomeni che avvengono
durante le transizioni di fase (cambiamenti di volume,
perdite/assorbimento di calore).
37. Thermal expansion: sfruttare l’espansione o la contrazione
termica dei materiali.
38. Strong oxidants: sostituire l’aria comune con aria arricchita
di ossigeno oppure con ossigeno puro.
39. Inert atmosphere: sostituire l’aria con gas inerti; aggiungere
parti neutrali o inerti ad un oggetto.
40. Composite materials: passare da materiali uniformi ad altri
compositi.
La matrice per risolvere le contraddizioni tecniche
Come abbiamo già visto, una contraddizione tecnica si verifica quando
migliorando una caratteristica (o sub-system A) un’altra B peggiora e così il
contrario: se B migliora, allora A peggiora. Siccome A e B sono diversi, la
contraddizione tecnica può essere ricondotta ad un problema pair; in altre parole,
almeno due contraddizioni tecniche possono essere formulate per ogni singolo
problema tecnico. Per alcuni problemi sono valide ambedue le contraddizioni, in
quanto entrambi i parametri necessitano di un miglioramento, ed è difficile
decidere quale dei due conviene sviluppare. Fortunatamente TRIZ permette di
risolvere entrambe le contraddizioni. La matrice per rimuovere le contraddizioni
ricorrenti, la Contradiction Matrix (figura 1.7.) è il primo strumento originale
TRIZ proposto da Altshuller per i sistemi tecnici generali in conflitto tra loro
(contraddizioni tecniche o fisiche).
La matrice delle contraddizioni presenta sulle righe i Parametri Ingengneristici
che devono essere migliorati e sulle colonne quelli che contestualmente
peggiorano.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
29
La cella d’intersezione tra una riga ed una colonna riporta il numero
corrispondente ai principi inventivi adatti alla risoluzione della contraddizione in
studio, scritti in ordine decrescente di frequenza d’utilizzo. Le celle diagonali
indicano dove può verificarsi una contraddizione fisica (per esempio la forza deve
essere grande e piccola). Alcune celle (non diagonali) sono vuote in quanto non
sono stati trovati brevetti che illustrassero la soluzione di quella particolare
contraddizione o perché la contraddizione non è statisticamente rilevante nei
moderni TP o TS.
Figura 1.7. Matrice delle contraddizioni
Per utilizzare al meglio la matrice delle contraddizioni è necessario ricorrere al
seguente algoritmo:
1. Definire il nome della technique;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
30
2. definire la funzione principale della technique (formulare
l’obiettivo della technique);
3. elencare i principali sottosistemi e le proprie funzioni primarie e
secondarie;
4. descrivere le operazioni del sistema;
5. determinare le caratteristiche che dovrebbero essere migliorate e
quelle che dovrebbero esser eliminate;
6. riformulare le caratteristiche trovate in termini dei parametri
ingegneristici;
7. formulare le contraddizioni tecniche evidenziando quale parametro
verrebbe migliorato e quali caratteristiche verrebbero peggiorate;
8. formulare la contraddizione tecnica dichiarando se migliorando un
parametro negativo se ne peggiora uno positivo;
9. trovare le celle della matrice che corrispondono alle due
contraddizioni tecniche, trovate nel passo 7 e 8;
10. cercare la soluzione del conflitto dei due parametri utilizzando la
matrice;
11. applicare i Principi così individuati al proprio problema ;
12. trovare, valutare e implementare soluzioni concettuali per il
proprio problema.
1.3.4. La risoluzione delle contraddizioni fisiche Ogni contraddizione fisica corrisponde ad una situazione in cui requisiti opposti
sono applicati allo stesso sub-system A. Essa rappresenta il point problem nel
cosiddetto key sub-system. Una contraddizione fisica (point) può quindi essere
definita anche nel modo seguente:
Il key sub-system dovrebbe avere (un parametro positivo) per (la prima richiesta)
e il key sub-system non dovrebbe avere (un parametro negativo) per (la seconda
richiesta).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
31
Questa generica definizione include molti tipi di contraddizioni fisiche; in
particolare verranno riportate tre classificazioni:
A. S. D. Savransky3 costruì le seguenti varianti nel 1982 [SAVR00]:
1. Il key sub-system (o il suo parametro) A deve esistere e A non deve
esistere.
2. A deve avere la caratteristica B e la caratteristica –B (la
caratteristica opposta); A deve essere in uno stato di fase C e in un
altro stato C’.
3. A deve esistere in un periodo di tempo D e non esistere in un
periodo di tempo E; A deve essere costante e A deve cambiare nel
tempo.
B. V. N. Glazunov sostenne nel 1990 che un insieme di sub-systems con due
parametri diversi per la caratteristica opposta consiste nei seguenti
elementi [GLAZ90]:
1. Un parametro di un key sub-system ha un valore distribuito nel
tempo e nello spazio.
2. Due sub-systems correlati nel tempo e nello spazio hanno due
valori diversi degli stessi parametri negli stessi e/o in diversi
elementi spaziali o nello stesso e/o differente tempo.
3. Un key sub-system ha lo stesso parametro di uno dei suoi elementi
o di un altro sub-system del sistema o dell’intero sistema.
C. J. Terninko con altri collaboratori mostrò nel 1998 che le contraddizioni
fisiche possono essere separate in tre gruppi in termini di funzioni utili e
dannose nel modo seguente [TERN98]:
3 Savransky, S. D., professore alla New York City University, fondatore del Centro di Ricerca alla Novgorod State University e al “The TRIZ Experts”, società internazionale con sede in California.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
32
1. Svolgere la funzione chiave è necessario per realizzare le funzioni
utili e non svolgere tale funzione è necessario per evitare le
funzioni dannose.
2. La caratteristica di un key sub-system deve avere un valore (grande,
infinito) per realizzare una funzione utile e deve avere il valore
opposto (piccolo, zero) per evitare le funzioni dannose o per
svolgere un’altra funzione utile.
3. Un key sub-system deve essere presente per svolgere una funzione
positiva e deve essere assente per evitare una funzione dannosa o
per svolgere un’altra funzione positiva.
Per la soluzione delle contraddizioni fisiche Altshuller propose negli anni ’70 11
metodi, che furono rivisti e ampliati negli anni seguenti da altri studiosi, tra i quali
principalmente N. Glauzonov, che alla fine degli anni ’80 suggerì 14 approcci
[GLAZ90].
Tuttavia il TRIZ moderno cerca di eliminare le contraddizioni fisiche nel key sub-
system attraverso la tecnica di separazione dei requisiti reciprocamente esclusivi
nello spazio, nel tempo, sotto condizione e tra parti e assieme. Analizziamo una
per una queste quattro euristiche:
- separazione nello spazio: è possibile quando esiste un’esigenza in un
luogo, ma non in un altro. Per applicare questo metodo bisogna rispondere
ad una domanda: esiste la necessità che questo parametro sia positivo o
negativo ovunque o esiste un luogo in cui ciò non è necessario? Se esiste
un luogo di questo tipo allora è possibile separare le due opposte richieste
(ad esempio un sottomarino trascina il sonar molto dietro di sé per evitare
interferenze causate dal rumore prodotto dal sottomarino stesso);
- separazione nel tempo: è possibile quando esiste un’esigenza in un
periodo, ma è assente in un altro intervallo di tempo. Per applicare tale
metodo bisogna rispondere a questa domanda: il parametro in oggetto deve
essere sempre positivo o negativo o esiste un intervallo di tempo in cui
non è necessario che lo sia? Se questo intervallo esiste, allora è possibile
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
33
separare le richieste in contraddizione (per esempio le ali di un aereo
possono essere più lunghe durante il decollo per poi ruotare all’indietro
per aumentare la velocità; la geometria delle ali è quindi dipendente dal
tempo);
- separazione sotto condizione: è possibile nel caso in cui un’esigenza esiste
sotto una certa condizione ed è assente sotto un’altra (per esempio quando
si utilizza un setaccio da cucina per una determinata sostanza le condizioni
da considerare sono la dimensione e la flessibilità della sostanza);
- separazione tra parti ed assieme: realizzabile se esiste un’esigenza al
livello del key sub-system, ma non esiste ad un livello superiore o inferiore
(per esempio la catena di una bicicletta è rigida nel microsistema –singolo
anello- e flessibile nel macrosistema –più anelli collegati-).
1.4. L’idealità [SAVR00]
Il concetto di idealità ha le sue radici nella filosofia4, ma è diventato molto
comune anche nel campo delle scienze naturali. L’idealità può essere definita
come l’atto mentale di creazione di un oggetto astratto che non può esistere nella
realtà e che non può essere ottenuto attraverso un esperimento. Gli oggetti ideali
(come possono essere un oggetto o un punto in geometria o un gas ideale in fisica)
giocano un ruolo importante nell’analisi degli oggetti reali. Quindi, l’idealità non
è altro che un’astrazione della realtà utile per lo studio di vari fenomeni; essa
rappresenta però anche un potente strumento per l’analisi e per la soluzione di
problemi utilizzato dal metodo TRIZ e sviluppato da studiosi quali B. I.
Goldovsky, G. S. Altshuller, V. V. Mitrovanov, B. L. Zlotin, A. V. Zusman, G. I.
Ivanov, S. I. Grigoriev.
L’idealità in TRIZ riguarda diversi concetti sia teorici che pratici, come sistemi,
processi, metodi, risorse, sostanze, dispositivi; essa è stata quindi descritta nel
modo seguente [ALTS89]:
4 Immanuel Kant discusse l’idealità dello spazio e del tempo in “Prolegomena to Any Future Metaphysics” (1783)
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
34
- la macchina ideale che non ha massa e volume, ma svolge il lavoro
richiesto;
- il metodo ideale che non consuma energia o tempo ma ottiene l’effetto
necessario auto-regolandosi;
- il processo ideale che rappresenta solo il risultato del processo senza il
processo in sé;
- la sostanza ideale che in realtà non è una sostanza (vuoto), ma che svolge
la sua funzione;
- la technique ideale che non occupa spazio, non ha peso, non richiede
manutenzione, che produce beneficio e nessun danno e “si fa da sola”
senza energia aggiunta, meccanismi, costi e materie prime.
Una technique che aspira a raggiungere l’idealità ha le seguenti caratteristiche:
- le funzioni primarie e secondarie agiscono quando e dove è necessario, in
ogni luogo e in qualsiasi momento;
- la technique svolge solo le funzioni necessarie (solo la funzione primaria e
le funzioni utili secondarie);
- la technique è costituita solo da ciò che è necessario (per esempio solo da
quei sottosistemi e interazioni che permettono di svolgere la funzione
primaria e le funzioni utili secondarie);
- la technique non ha funzioni neutrali e dannose.
La technique ideale è il risultato finale che tuttavia non può essere raggiunto
perché non esiste un sistema o un processo in grado di svolgere funzioni utili
senza funzioni dannose o neutrali (per esempio la dissipazione di energia).
V. V. Mitrofanov sostenne che la technique ideale rappresenta il limite di una
technique reale che possiede la miglior combinazione di parametri e il numero
ottimale di funzioni. Il grado di Idealità è la “differenza” tra la technique reale e
quella ideale nel numero di funzioni e/o nei valori dei parametri.
La technique, anche quella ideale, non rappresenta l’obiettivo da raggiungere; essa
è necessaria solamente per eseguire funzioni utili all’uomo o ad altri sistemi.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
35
Diverse technique possono essere in grado di svolgere la stessa funzione; infatti,
si può affermare che una technique rappresenta una “tassa” per la realizzazione di
una funzione richiesta, in quanto è caratterizzata sempre da alcuni effetti negativi.
L’idealità può essere espressa come5:
IDEALITY = ∑UF/∑HF
dove ∑UF è la somma di tutte le funzioni utili e ∑HF è la somma di tutte le
funzioni dannose.
Cambiamenti nel sistema che conducono ad un incremento del numeratore ed ad
una diminuzione del valore del denominatore, spingono il sistema verso l’idealità.
Ciò può avvenire nei seguenti casi:
- il numeratore cresce ad una velocità maggiore rispetto al denominatore
(dUF/dt > dHF/dt > 0);
- si collegano diversi sottosistemi che svolgono molte funzioni in un singolo
sistema in modo da far diminuire il valore del denominatore (dUF/dt > 0,
dHF/dt < 0);
- si rimuovono le funzioni non necessarie in modo da ridurre il valore del
denominatore (dUF/df = 0, dHF/df < 0);
- viene aumentato il valore del numeratore aggiungendo funzioni o
migliorando la performance delle principali funzioni (dUF/df >0, dHF/df
= 0).
Il concetto di Idealità può essere quindi riformulato nel seguente modo: alcuni
sottosistemi rimuovono gli effetti negativi (non necessari e superflui) da sé,
mentre altri sottosistemi aumentano la loro capacità di svolgere funzioni utili.
Spesso risulta utile suddividere gli effetti dannosi in due gruppi: costi e danni. I
costi includono quelli delle materie prime, quelli relativi allo spazio occupato,
quelli dell’energia consumata. I danni includono tutti i tipi di spreco e di
inquinamento. 5 Questa equazione è nota in economia come “rapporto benefici-costi” e in management come “efficacia”
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
36
Quindi l’Idealità può essere riscritta come:
IDEALITA’ = ∑ Benefici / (∑ Costi + ∑ Danni)
Un altro concetto importante nell’ambito dell’Idealità, è quello dell’ Ideal Final
Result (IFR) [ALTS56], che rappresenta la soluzione migliore di un problema, date
certe condizioni. Gli obiettivi dell’IFR sono:
- eliminare le iterazioni (risolvere il problema al primo tentativo);
- pensare a come raggiungere l’IFR con il minimo sforzo, senza effettuare
grossi cambiamenti nella technique;
- stabilire le risorse della technique, dell’ambiente e del super-system;
- abbozzare una possibile implementazione della situazione dopo che il
problema è stato risolto;
- riconoscere meglio i vincoli del problema.
È logico per un ingegnere avvicinarsi ad un problema utilizzando le proprie
conoscenze ed esperienze per cercare di migliorare un sottosistema; tuttavia tale
metodo (definito “diretto”) risulta spesso lento e costoso. Per questo motivo l’IFR
fornisce la possibilità di applicare il cosiddetto metodo “inverso” al processo di
problem-solving.
Il metodo inverso funziona in modo esattamente opposto rispetto al diretto,
ovvero il problema viene affrontato dal fondo, cioè dall’obiettivo che si vuole
raggiungere. Per far ciò è utile che il problema abbia una soluzione ben
determinata; in tal modo il numero delle diverse sequenze di passi da eseguire per
raggiungere l’obiettivo è minore rispetto ad un approccio diretto perché, nota la
soluzione, è fin dall’inizio possibile scartare alcuni metodi che altrimenti
andrebbero considerati [WICK74].
Per molti problemi tecnici la soluzione può essere raggiunta se si parte da
differenti technique e dai loro sottosistemi. In questo caso se si utilizza il metodo
diretto, colui che deve risolvere il problema deve organizzare al meglio tutti i
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
37
sistemi e sottosistemi, in quanto non sa a priori quale è la scelta migliore;
utilizzando l’approccio inverso è quindi possibile risparmiare costi e tempi.
Invece, nei problemi dove l’IFR non è chiara o non è completamente specificata
ed effettivamente vi è la presenza di più possibili risultati, i vantaggi determinati
dall’utilizzo dell’approccio inverso diminuiscono notevolmente e la scelta del
metodo diretto risulta più adatta.
1.4.1. Le risorse Le risorse giocano un ruolo fondamentale nei problemi, la cui soluzione è molto
vicina all’Ideal Final Result. Il concetto di risorse nei sistemi tecnici è stato
discusso da diversi studiosi, quali Lev Kh. Pevzner [PEVZ92], S. V.
Vishnepolaskaya, Z. Royzen, R. H. Sharipov [SKLO95].
Come abbiamo già visto, tutte le technique fanno parte di un super-system e della
natura; esistono nello spazio e nel tempo, comprendono e utilizzano sostanze
(substances) e campi (fields), e svolgono funzioni. Le risorse possono essere
suddivise nel modo seguente:
- risorse naturali o ambientali: ogni materiale o campo che esiste in natura
(per esempio i pannelli solari sfruttano una risorsa energetica naturale);
- risorse temporali: gli intervalli di tempo prima dell’inizio, dopo la fine e
tra i cicli di un processo tecnologico che è parzialmente o completamente
inutilizzato (per esempio cucinare simultaneamente diversi cibi per il
pranzo);
- risorse spaziali: posizione, locazione, l’ordine dei sottosistemi, la stessa
technique e il supersystem (distanza tra i sottosistemi, locazione dei
sosttosistemi, simmetria e asimmetria);
- risorse del sistema: le risorse presenti nel sistema, quelle che si ottengono
dal cambiamento delle connessioni tra i sottosistemi e unendo o
dall’unione di più sottosistemi in un nuovo super-system (per esempio uno
scanner e una stampante possono essere utilizzati come una macchina
fotocopiatrice);
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
38
- risorse delle sostanze: ogni materiale che compone la technique e il suo
ambiente;
- risorse energetiche e di campo6: ogni campo o flusso di energia presenti o
prodotti da una technique (per esempio la differenza di potenziale tra la
ionosfera e la superficie terrestre produce un campo elettrico di circa 100
V/m che può essere utilizzato per controllare gli aerei che volano a bassa
quota);
- risorse informative: ogni segnale che esiste o che viene prodotto in una
technique;
- risorse funzionali: la capacità di un sistema di svolgere funzioni ausiliarie.
1.5. L’analisi funzionale [KOVA]
1.5.1. Introduzione Tutti i fenomeni e tutte le azioni possono essere espresse come funzioni. Sistemi e
processi esistono per soddisfare funzioni richieste dall’utilizzatore. Il compito dei
progettisti è quello di creare prodotti affidabili, ad un costo che rappresenti un
valore aggiunto per il cliente. Il valore aggiunto è calcolato come il rapporto tra
benefici e i costi che includono quelli delle materie prime, quelli del lavoro, del
trasporto e del processo di produzione. Nell’ambito del business, avere successo
significa aumentare il valore aggiunto offerto ai clienti; esistono due modi per
raggiungere tale obiettivo: aumentare il numero e l’affidabilità delle funzioni e
diminuire il numero delle parti o il costo delle singole parti. L’analisi funzionale e
il “trimming” sono utilizzati dai progettisti per accrescere il valore aggiunto.
Per ogni dato sistema o processo, molte funzioni sono necessarie; un prodotto o
processo possono essere descritti in termini di parti o in termini di funzioni. Il
vecchio detto “la forma segue la funzione” significa che ogni forma (sistema o
processo) è una espressione concreta di una o più funzioni. Per esempio
un’automobile è una forma che soddisfa la funzione “trasportare le persone”. Una
6 Energia e campo sono spesso considerati uguali in TRIZ
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
39
descrizione funzionale completa è costituita da tre parti: un soggetto, un verbo e
un oggetto. Per l’automobile:
AUTOMOBILE TRASPORTA PERSONE
(soggetto) (Verbo) (oggetto)
L’automobile (sistema) include sottosistemi come il motore, la trasmissione, lo
sterzo, i freni, la radio, l’airbag e così via. Questi e altri sottosistemi possono
essere rappresentati sottoforma di un diagramma ad albero chiamato “System
Parts Diagram”. Un altro tipo di diagramma ad albero è il “Functional Tree
Diagram” che viene utilizzato per tutte le funzioni che sistemi e sottosistemi
svolgono. La funzione primaria è il trasporto, ma esistono anche altre funzioni
ausiliarie quali l’intrattenimento (fornito dalla radio) o l’estetica. Questi due tipi di
diagrammi ad albero forniscono una rappresentazione chiara del sistema.
Ogni azione in un sistema è una funzione; esistono quindi numerosi esempi di
rappresentazione funzionale. Per esempio, per quanto riguarda il processo di
pulizia dei denti:
SPAZZOLINO PULISCE DENTI
(Soggetto) (verbo) (oggetto)
Alcuni studiosi sostengono però che l’analisi precedente non è abbastanza
specifica, e la seguente è molto più vicina alla verità:
ESTREMITA’ DELLE SETOLE PULISCONO SUPERFICIE DEI DENTI
(soggetto) (verbo) (oggetto)
L’esempio sopra riportato mostra quanto sia importante nella rappresentazione
funzionale l’utilizzo delle parole. Un progettista che intendesse migliorare il
metodo di spazzolare i denti, potrebbe correre il rischio di limitare il suo scopo
investigativo al solo mondo degli spazzolini, trascurando completamente altri
metodi come l’utilizzo del getto d’acqua o degli ultrasuoni. Tale fenomeno, cioè
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
40
quello di rimanere legati al modo tradizionale di pensare viene chiamato, come
abbiamo già visto, inerzia psicologica. L’inerzia psicologica rappresenta la
principale barriera per il raggiungimento di un alto livello di creatività.
L’analisi funzionale è utilizzata principalmente da alcuni esperti TRIZ con lo
scopo di porre le basi per l’utilizzo dell’analisi Su-Field (discussa nel paragrafo
successivo) o per iniziare l’attività di problem-solving.
1.5.2. Il Functional Tree Diagram Il functional tree diagram permette di decomporre un prodotto o un processo nelle
sue parti. Ciò significa che la funzione principale viene scomposta in
sottofunzioni, le quali a loro volta vengono scomposte in altre sottofunzioni e così
via; procedendo in questo modo l’intero diagramma ad albero viene generato.
Il functional tree diagram è uno strumento molto utile per i progettisti, i problem
solvers, e gli utilizzatori del metodo TRIZ. Esso fornisce, infatti, un quadro chiaro
delle relazioni che esistono fra le varie funzioni.
1.5.3. Il System Parts Diagram Questo tipo di diagramma è utile da un punto di vista inventivo. Tutti i problemi
possono essere ridotti ad una interazione tra due oggetti, sistemi, sottosistemi o
parti. Nella costruzione di un parts diagram è necessario includere solo gli oggetti
pertinenti al problema.
Consideriamo un sistema di sicurezza airbag per il guidatore. La figura 1.8.
mostra un system parts diagram di un airbag di un’automobile.
GUIDATORE o PASSEGGERO
AUTOMOBILE OSTACOLO
TRASDUTTORE AIR BAG CONTENITORE AIRBAG
INIZIATORE
Figura 1.8. Esempio di system part diagram
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
41
Il super-system del sistema airbag è rappresentato dall’auto, per la quale il sistema
è progettato. Altri oggetti importanti sono l’operatore e l’ostacolo, cioè l’oggetto
contro cui si scontra l’auto (per esempio un’altra auto). Il sistema airbag è
costituito dall’airbag stesso, da un contenitore, da un iniziatore e da un trasduttore.
La funzione primaria del sistema è quella di proteggere l’operatore. Il contenitore,
che è situato all’interno del volante, ha la funzione di accogliere l’airbag prima
che entri in funzione. L’iniziatore fornisce il gas per gonfiare l’airbag e il
trasduttore/sensore riceve il segnale al momento dell’impatto e lo trasferisce
all’iniziatore. Tutti i componenti tranne il contenitore svolgono funzioni
importanti; infatti la funzione di contenere l’airbag è secondaria in quanto non è
strettamente necessaria affinché si realizzi la funzione primaria.
Il diagramma viene utilizzato come supporto per l’analisi e la comprensione del
problema. Inoltre è possibile creare, a partire dal system parts diagram, una
matrice funzionale che mostra le relazioni tra le parti (Tabella 1.1).
PARTI GUIDA
TORE
OSTACOLO AUTO TRASDUT
TORE
CONTE
NITORE
AIRBAG INIZIATORE
GUIDATORE guida impatta
IMPATTATORE colpisce
AUTO trasporta contiene contiene
TRASDUTTORE rileva mette in funz.
CONTENITORE contiene
AIRBAG protegge contiene
INIZIATORE gonfia
Tabella 1.1. Esempio di matrice funzionale
La matrice funzionale per il sistema airbag è costituita dalla lista delle parti del
sistema sulle colonne e sulle righe e dalle funzioni che legano ogni coppia. Le
parti situate sulle righe (colonna a sinistra) rappresentano i soggetti delle relazioni,
mentre le parti situate sulle colonne (riga in alto) rappresentano gli oggetti. Tutte
le funzioni, anche quelle dannose, devono essere prese in considerazione nella
costruzione di questa matrice.
Il compito del progettista è quello di migliorare o eliminare funzioni, di sostituire
completamente un oggetto oppure, semplicemente, di utilizzare la matrice per
analizzare le possibili soluzioni.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
42
1.5.4. Il “Functional Line Diagram” e il “Trimming” In TRIZ, il trimming è il processo di semplificazione di un progetto attraverso
l’eliminazione di alcune parti.
Per iniziare tale processo è necessario considerare le funzioni e i costi delle
diverse parti che costituiscono il sistema. L’obiettivo del trimming è quello di
creare maggior valore aggiunto per gli utilizzatori. Ciò è possibile eliminando un
oggetto, che causa un costo maggiore, dal sistema; tuttavia è indispensabile tenere
sempre in considerazione la funzione che l’oggetto svolgeva all’interno del
sistema.
Applichiamo, per esempio questo approccio al sistema airbag, con l’obiettivo di
semplificarlo, riducendo i costi. Utilizziamo a questo punto il functional line
diagram, che oltre a rappresentare in modo chiaro le varie funzioni del sistema, ha
anche il vantaggio di favorire il processo di semplificazione.
Figura 1.9. Functional line diagram del sistema airbag
Il functional line diagram (Figura 1.9.) mostra tutte le funzioni relative ad un
sistema o a un sottosistema, attraverso le triadi soggetto, oggetto, verbo. La
costruzione di tale diagramma avviene a partire dalla funzione principale del
sistema (in questo caso “l’airbag protegge l’operatore”). Quando questa viene
individuata si cercano i componenti o gruppi che la mettono in atto. Da essi si
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
43
procede a ritroso identificando di volta in volta la funzione che viene svolta su
ciascuna parte del prodotto e quale altro componente svolge questa funzione.
Come si può vedere dalla figura due componenti devono sempre essere collegati
da una funzione, espressa sempre da un verbo ed eseguita dal soggetto che
modifica un parametro del secondo componente, l’oggetto.
Proviamo ora a semplificare il sistema airbag; per far ciò, come abbiamo visto è
necessario eliminare un componente. Un possibile candidato è il contenitore
(Figura 1.10.), in quanto non svolge una funzione primaria e la sua rimozione
permetterebbe di rendere più semplice la progettazione del volante. Tuttavia, a
questo punto, è fondamentale trovare un nuovo alloggiamento del contenitore.
Figura 1.10. Eliminazione dell’oggetto “contenitore”
Una nuova locazione potrebbe essere il guidatore stesso; potrebbe , infatti,
“vestire” l’airbag come se fosse una semplice giacca (Figura 1.11.).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
44
Figura 1.11. Eliminazione dell’oggetto “contenitore”
Prima di accettare o rifiutare la soluzione è comunque indispensabile considerare i
possibili vantaggi e svantaggi. I possibili vantaggi sono che il sistema necessita
solo di piccole modifiche, che il costo è notevolmente minore, che il nuovo airbag
può essere utilizzato anche su auto che non sono predisposte per essere
equipaggiate con questo sistema e che può essere utilizzato da tutti i passeggeri,
anche quelli che si trovano sui sedili posteriori. Gli svantaggi sono, invece, che
alcune persone potrebbero non voler indossare o dimenticarsi di indossare il
nuovo airbag, che il nuovo sistema potrebbe rendere più difficoltosa la guida e che
alcune persone potrebbero essere preoccupate dall’idea di avere addosso un
oggetto esplosivo.
Una seconda possibile soluzione è quella di sostituire il sistema con un sistema
completamente nuovo che sia in grado di svolgere la stessa funzione dell’airbag.
In questo caso, ovviamente, non sarà più necessario il contenitore.
Infine, una terza possibilità è quella di considerare un oggetto che riesca a
svolgere la stessa funzione del contenitore. Questo potrebbe essere per esempio il
sedile (Figura 1.12.) oppure il pannello della portiera (soluzioni già considerate e
utilizzate dai progettisti di automobili).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
45
Figura 1.12. Inserimento dell’oggetto sedile
Il trimming è una naturale conseguenza dell’evoluzione dei sistemi tecnici; come
vedremo nel capitolo relativo a tale argomento, esiste, infatti, una tendenza dei
sistemi a fondersi e a essere semplificati.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
46
1.6. ANALISI SU-FIELDS [TERN98]
Un processo comune in campo scientifico e ingegneristico è quello di suddividere
un grosso problema in parti più piccole in modo da rendere più semplice l’analisi
e la soluzione.
Un modello grafico del minimo sistema operante è chiamato in TRIZ Substance-
Field, o Su-Field. La Su-Field Analysis è uno strumento per modellare le parti
principali di un sistema e per identificare il nucleo del problema; fu creato da G.
S. Altshuller [ALTS84] per ottenere una semplice e veloce descrizione dei
sottosistemi e delle loro interazioni.
Come ogni modello, quello Su-Field è caratterizzato da specifici termini,
convenzioni e simboli.
Il termine substance (S) è utilizzato in TRIZ con riferimento ad un oggetto
materiale di qualsiasi livello di complessità, dal singolo elemento (bullone, perno)
fino ad un sistema complesso (automobile, aeroplano), e comprende non solo i
materiali nei propri tipici stati fisici, ma anche in stati intermedi o compositi. Il
termine field (F) è utilizzato in TRIZ con un significato molto ampio ed include i
campi della fisica (elettromagnetismo, gravità, forze ed interazioni nucleari,…),
della chimica, dell’acustica e così via.
TRIZ Fields Simbolo Nome Esempi G Gravitazionale Gravità ME Meccanico Pressione, inerzia, forza centrifuga P Pneumatico Idrostatico, Idrodinamico H Idraulico Aerostatico, aerodinamico A Acustico Suono, ultrasuono T Termale Conduzione, espansione termica C Chimico Combustione, ossidazione, riduzione, elettrolisi E Elettrico elettrostatico, induttivo, capacitivo ME Magnetico Magnetostatico, ferromagnetico
O Ottico Raggi (infrarossi, ultravioletti), rifrazione, polarizzazione
R Radiazioni Onde elettromagnetiche non visibili B Biologico Fermentazione, disintegrazione N Nucleare Neutroni, elettroni, isotopi
Tabella 1.2. Elenco dei campi con simbolo ed esempio
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
47
Un generico campo che fornisce un qualche flusso di energia, di informazioni, di
forze o di interazioni per raggiungere un effetto, presuppone sempre la presenza di
una sostanza, che è una sua risorsa. Nella tabella 1.2. viene riportato un esempio
per ogni campo.
L’analisi Su-Field dei sub-systems appartenenti ad un technical system
comprende solitamente tre componenti: due sostanze e un campo (modello a
sinistra della Figura 1.13.); il tipo di sostanze (S1 e S2) dipende dall’applicazione.
Spesso S1 è un prodotto o una materia prima e S2 è uno strumento.
Nel caso invece dell’analisi di un technological process, più efficaci sono i
modelli che comprendono una sostanza e due campi (modello a destra della
Figura 1.13.); di questi ultimi, uno rappresenta l’input (F1) e l’altro l’output (F2).
Figura 1.13. Rappresentazione grafica Su-Field
Le sostanze e i campi vengono collegati attraverso delle frecce di diverso tipo a
seconda della relazione che intercorre tra gli elementi (Figura 1.14.).
Figura 1.14. Collegamenti utilizzati nell’analisi Su-Field
Le sostanze e i campi dannosi sono segnati con una tilde (~).
F
S1 S2
F1 F2
S
Application
Desired Effect
Insufficient Desired Effect
Harmful Effect
Trasformation of Model
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
48
Se l’organizzazione temporale è importante per una technique, vengono utilizzati i
simboli S(x,t) e F (x,t) nel modello.
Il modello a triangolo era già presente nei primi lavori del matematico Ouspensky
[OUSP49] e rappresenta la costruzione più piccola sia per la trigonometria sia per la
tecnologia.
Esistono quattro modelli di base:
1. sistema incompleto (richiede il completamento o un nuovo
sistema);
2. sistema completo efficace;
3. sistema incompleto inefficace (richiede un miglioramento per
renderlo efficace);
4. sistema completo dannoso (richiede l’eliminazione degli effetti
negativi).
Se uno dei tre elementi manca, l’analisi Su-Field indica dove il modello richiede
un completamento e suggerisce come raggiungere una soluzione inventiva. Se
invece sono presenti tutti e tre gli elementi, l’analisi Su-Field può suggerire il
modo per modificare il sistema migliorando la performance. Secondo TRIZ, un
sistema tecnico triangolare dovrebbe avere un suo insieme di regole che sono alla
base del problem solving. Queste regole e le 76 Soluzioni Standard permettono di
realizzare in modo veloce delle semplici strutture per l’analisi Su-Field.
Le due sostanze possono rappresentare gli interi sistemi, i sottosistemi, o i singoli
oggetti; essi possono essere classificati anche come strumenti o articoli. Un
modello completo è una triade di due sostanze e un campo.
Un problema innovativo è raffigurato come un triangolo per illustrare le relazioni
tra le due sostanze e il campo; sistemi complessi sono caratterizzati dalla presenza
di più triangoli connessi fra loro.
Ci sono quattro passi da seguire per costruire un modello Su-Field:
1. Identificare gli elementi.
Il campo agisce su entrambe le sostanze.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
49
2. Costruire il modello.
Dopo aver completato i primi due passi, bisogna fermarsi a
valutare la completezza e l’efficacia del sistema; se mancano alcuni
elementi, è necessario cercare di individuarli.
3. Scegliere le soluzioni dalle 76 Standard.
4. Sviluppare un’idea per raggiungere la soluzione.
Durante i passi 3 e 4, vengono utilizzati strumenti basati sulla conoscenza. Il
diagramma a flusso, presentato nella figura 1.15., mostra come risolvere il
problema utilizzando lo strumento TRIZ in analisi. Si può notare come ci sia una
continua alternanza tra l’utilizzo di strumenti analitici e strumenti basati sulla
conoscenza.
Figura 1.15. Diagramma di flusso per il problem solving
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
50
1.6.1. Esempio di applicazione Applichiamo i quattro passi ai quattro modelli di base.
1. Identificare gli elementi
Il nostro compito è rompere una roccia
Funzione = rompere roccia
Roccia = S1
Al sistema manca lo strumento e la fonte di energia
Strumento = S2
Fonte energetica = F
2. Costruire il modello
Sistema incompleto: se c’è solo la roccia, essa non si romperà e quindi il
modello risulta incompleto (Modello a, Figura 16). Il modello rimane
incompleto anche se sono presenti la roccia e il martello (S2) (Modello b,
Figura 16) oppure la gravità (Field F) e la roccia (Modello c, Figura
1.16.).
Figura 1.16. Modelli incompleti
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
51
In modelli incompleti come questi, l’effetto desiderato non viene
raggiunto; solo il completamento del sistema può permettere la
realizzazione della funzione utile. Un sistema completo è formato per
esempio da un martello pneumatico che fornisce l’energia meccanica
necessaria per rompere la roccia. Quindi il Modello incompleto b è
completato grazie all’applicazione di un campo meccanico (FMe) dal
martello (S2) alla roccia (S1), come mostrato in figura 1.17. Una volta che
il sistema è stato completato, è possibile analizzare la performance; si
hanno 3 eventualità: un sistema completo efficace, un sistema completo
dannoso, un sistema completo inefficace.
Figura 1.17. Modello che incorpora degli elementi per svolgere la funzione desiderata
Sistema completo efficace: se il sistema fornisce l’effetto desiderato,
l’analisi è completa (Figura 1.18.).
Tuttavia ci sono due casi in cui il sistema non svolge la funzione
desiderata:
- sopraggiunge un effetto dannoso
- i risultati sono inadeguati
Figura 1.18. Un sistema completo che svolge la funzione desiderata
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
52
3. Scegliere la soluzione dall’insieme delle Soluzioni Standard
Sistema completo dannoso: delle 76 Soluzioni Standard, molte possono
essere applicate per eliminare gli effetti dannosi (Figura 1.19.). Esistono
due modi per applicare le soluzioni standard: introduzione di un’altra
sostanza (Figura 1.20.) o introduzione di un altro campo (figura 1.21.).
Figura 1.19. Un effetto dannoso.
Figura 1.20. Introduzione di un’altra sostanza
Figura 1.21. Introduzione di un altro campo
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
53
Sistema completo inefficace: le Soluzioni Standard possono essere
applicate anche per migliorare le performance nel caso in cui il sistema
fosse inefficace (Figura 1.22.). E’ possibile incrementare le performance
del sistema aggiungendo o cambiando gli elementi del modello; per
esempio, cambiando solo la sostanza (Figura 1.23.), cambiando la sostanza
e il campo (Figura 1.24.), aggiungendo un campo tra la roccia e il martello
(Figura 1.25.), aggiungendo una sostanza o una campo e una sostanza
(Figura 1.26.). Ognuna di queste soluzioni può condurre alla formazione di
molte nuove idee progettuali. Le 76 Soluzioni Standard propongono
solamente un cambiamento strutturale del modello. Il risolutore del
problema deve anche sviluppare un’idea per supportare il cambiamento
strutturale.
Figura 1.22. Applicazione di una soluzione standard per migliorare le performance inefficaci
Figura 1.23. Miglioramento delle performance grazie all’aggiunta o al cambiamento di elementi nel modello
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
54
Figura 1.24. Cambiamento del campo o della sostanza per ottenere un miglioramento della
performance
Figura 1.25. Migliorare le performance utilizzando un campo addizionale
Figura 1.26. Migliorare le performance aggiungendo una sostanza o un campo e una sostanza
4. Sviluppare un’idea per supportare la soluzione
I cambiamenti strutturali identificati nel passo 3 conducono la ricerca
verso mezzi per il supporto del cambiamento. Poiché i cambiamenti fatti
sono attuati solo a partire dalla forma originale del problema, vengono
presentate nuove direzioni per la ricerca della soluzione. Alcune di queste
direzioni non possono essere percorse, ma l’obiettivo principale del
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
55
modello è quello di creare delle idee globali. Altri strumenti TRIZ possono
essere utilizzati per supportare questa ricerca
Sistema completo dannoso: se l’effetto dannoso nel nostro esempio è
rappresentato dalle schegge di roccia, si potrebbe utilizzare una sostanza
aggiuntiva (S3), come un cappello metallico, per eliminarlo (Figura 1.20.).
Si potrebbe altrimenti aggiungere al modello un nuovo campo (Figura
1.21.). Per esempio se la roccia contenesse umidità, il congelamento (Fth)
potrebbe causare delle crepe, prodotte dall’espansione dell’umidità; si avrà
così la rottura della roccia, che sarà però graduale e il rilascio dei
frammenti sarà minimo. Questo risultato potrebbe anche essere considerato
un “super effetto”, in quanto riduce l’apporto meccanico necessario per
svolgere la funzione.
Sistema completo inefficace: la rottura della roccia potrebbe non essere
efficiente o efficace come voluto (Figura 1.22.). Una possibilità è quella di
cambiare la sostanza S2 con una sostanza S3 (Figura 1.23.); per esempio si
potrebbe sostituire la testa originale del martello con una testa fatta di
roccia. Se si intende invece cambiare il campo e la sostanza (Figura 1.24.),
si potrebbe utilizzare un campo termico in grado di scaldare (Fth) l’acqua
(S3) in modo da produrre vapore. Il rapido cambiamento di temperatura
potrebbe così rompere la roccia. Un’altra soluzione è quella di aggiungere
un campo (Figura 1.25.), per esempio chimico (Fch), per rendere la roccia
(S1) più fragile. Infine si potrebbe aggiungere un campo e una sostanza
(Figura 1.26.); introducendo, per esempio, uno scalpello tra il martello e la
roccia. In questo modo avremo un modello così composto: l’aria
compressa (FMe1) agirà sul martello (S2), che trasferirà l’energia allo
scalpello; il martello fornirà l’energia (FMe2) allo scalpello, che la trasferirà
a sua volta alla roccia (S1).
1.6.2. Le soluzioni standard L’analisi Su-Field, utilizzata per molti anni per la soluzione di problemi tecnici in
vari campi ingegneristici così come lo studio di brevetti ha permesso di ricavare
alcuni metodi standard utili per il problem solving. Altshuller propose 76
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
56
Standards suddivisi in 5 differenti classi e illustrò ogni Standard attraverso alcune
invenzioni [ALTS86] (Tabella 1.3.).
Tabella 1.3. Classi e Soluzioni Standard
Gli Standards hanno l’obiettivo di superare o aggirare le contraddizioni tecniche e
fisiche, sintetizzando e trasformando i sistemi in analisi; essi sono utilizzati in
quelle situazioni in cui un problema è caratterizzato da un’interazione indesiderata
tra due o più sottosistemi:
- missing: alcuni parametri del sottosistema devono essere cambiati, ma non
è chiaro come procedere;
- harmful: un sottosistema produce effetti indesiderati;
- excessive: l’azione di un sottosistema su un altro è troppo forte;
- insufficient: l’azione di un sottosistema su un altro è troppo debole.
L’utilizzo degli Standards richiede la completa conoscenza circa la costruzione e
l’identificazione degli elementi di un modello Su-Field, la conoscenza dei
fenomeni fisici e chimici e la capacità di sviluppare concetti che permettano di
supportare le soluzioni trovate attraverso l’analisi Su-Field. Per lavorare con gli
Standards è necessario trovare un giusto equilibrio tra approcci analitici e basati
sulla conoscenza.
CLASSES STANDARD SOLUTIONS
1. Improving the system with no or little change 13
2. Improving the system by changing the
system
23
3. System transitions 6
4. Detection and measurement 17
5. Strategies for simplification and improvement 17
Total: 76
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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1.7. Il metodo degli agenti [SAVR00]
A differenza di tutte le euristiche TRIZ, questa è la prima ad essere stata
sviluppata indipendentemente in diversi Paesi (Russia, Israele e Stati Uniti).
Il metodo degli agenti (AM) aiuta i risolutori a trovare soluzioni concettuali ai
problemi tecnici attraverso metodi diretto, inverso o ricerche bidirezionali.,
solitamente con un supporto grafico sotto forma di semplici abbozzi. Gli agenti
giocano il ruolo di “strumento universale ideale” per il compimento della funzione
principale del sistema. L’AM rappresenta un ponte tra i due estremi di TRIZ: la
corretta esposizione del problema (CSP) e l’Ideal Final Result (IFR); il metodo
offre un processo strutturato per l’identificazione dei passi critici che conducono
alla soluzione e quindi per colmare il gap esistente tra situazione esistente e
obiettivo finale.
La struttura del metodo degli agenti segue un processo gerarchico rappresentato
dai seguenti passi:
1. Formulazione precisa del CSP e/o dell’IFR. La principale domanda
da porsi è: cosa è il CSP e l’IFR?
2. Scegliere il punto di partenza tra CSP e IFR. La principale
domanda da porsi è: cosa è importante? Se non si sa rispondere,
utilizzare la ricerca bidirezionale.
3. Creare una soluzione grafica. La principale domanda è: a cosa
assomiglia una soluzione? Da notare che è possibile creare una
soluzione grafica a partire dal CSP, dall’IFR, o da entrambi.
4. La quarta fase è uno sviluppo della struttura logica per le azioni
degli agenti. La domanda da porsi è: cosa stanno facendo gli
agenti?
5. Preparare la lista logica delle proprietà dell’agente in relazione alle
azioni che erano state decise precedentemente. La domanda
principale è: quali proprieà deve avere l’agente?
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6. Generazione della soluzione. La principale domanda da porsi in
questa fase è: come possono essere trasformati gli agenti in sistemi
tecnici o processi tecnologici.
L’AM aiuta a trovare la soluzione concettuale di un problema; i risolutori possono
quindi usare gli altri strumenti TRIZ per controllare la validità ingengneristica e/o
le conseguenze della soluzione. Gli esperti dovrebbero confermare la possibile
soluzione durante o dopo l’ultima fase.
1.8. ARIZ [SAVR00]
1.8.1. Introduzione L’algoritmo per la risoluzione di problemi inventivi (o, dall’acronimo russo,
ARIZ) è lo strumento TRIZ maggiormente riconosciuto. ARIZ è un programma di
azioni multi-step che dovrebbe essere seguito nella risoluzione di problemi tecnici
con un alto grado di difficoltà. Genrich S. Altshuller, che creò questo strumento e
sviluppo diverse versioni dell’algoritmo per circa trenta anni, riteneva che ARIZ
servisse come principale strumento di risoluzione dei problemi.
Il suo obiettivo era quello di organizzare il pensiero di un inventore con un
metodo basato sull’esperienza tratta da un alto numero di brevetti e da ricerche
psicologiche.
ARIZ è utile per la risoluzione di problemi inventivi atipici attraverso
l’elaborazione di diverse euristiche TRIZ, tuttavia meno dell’1% di tutti i
problemi richiede l’utilizzo di ARIZ (molti problemi inventivi possono essere
risolti attraverso singoli strumenti od euristiche TRIZ).
Una sua importante caratteristica è la rimozione dell’inerzia psicologica
dipendente dalle esperienze e dalle abilità del singolo individuo.
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1.8.2. ARIZ-85AS Nel 1985 fu creata una delle versioni di ARIZ più utilizzate, l’ARIZ-85AS.
Questa si basa sull’ultima versione di Altshuller e può essere considerata la
migliore versione attualmente disponibile per la risoluzione di problemi tecnici.
L’ARIZ-85AS si divide in dieci fasi:
Fase 0 – Information
0.1 Raccolta e classificazione delle informazioni circa la technique che
si vuole migliorare o creare.
0.2 Determinazione delle limitazioni e dei cambiamenti consentiti
nonché delle caratteristiche tecniche ed economiche della nuova
technique.
Fase 1 – Problem Analysis
1.1 Descrizione della technique.
1.2 Determinazione della strutture dei problemi potenziali nella
technique.
1.3 Individuazione delle contraddizioni amministrative e dei mini
problemi nella seguente forma:
Contraddizioni amministrative – Il seguente risultato potrebbe
essere ottenuto, ma (indicare il problema amministrativo).
Mini problema – E’ necessario rimuovere una HF attraverso un
minimo cambiamento nella PF o in una UF della technique
(sottosistema) o è necessario ottenere una UF senza una HF
attraverso cambiamenti minimi nella technique.
1.4 Presentazione della struttura del mini problema attraverso un
grafico.
1.5 Riduzione la struttura del mini problema a quella di un problema
generico.
1.6 Adattamento della soluzione di un problema simile a tale problema.
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1.7 Se il problema amministrativo non viene risolto, passare alla fase 2.
Se il problema viene risolto, passare alla fase 7, anche se si
raccomanda di continuare nell’analisi (dalla fase 2 alla 6) perché
durante queste fasi la struttura del problema potrebbe essere ridotta
ottenendo così altre soluzioni.
Fase 2 – Problem Reduction
2.1 Individuazione e separazione del principale conflitto tra raw object
e tool. Determinazione delle HF e della UF che sorgono durante la
trasformazione del raw object in product.
2.2 Formulazione della situazione opposta del raw object o del prodotto
che influenza la selezione della contraddizione tecnica.
Formulazione della situazione opposta della strumento che
determina una UF o l’aumento delle PF e la diminuzione della HF.
2.3 Definizione di almeno due contraddizioni tecniche (TC-1 e TC-2)
tra il prodotto e lo strumento.
2.4 Selezione della contraddizione tecnica, TC-1 o TC-2, che assicura la
performance migliore della funzione primaria della technique.
Verificare se è possibile applicare la matrice per la risoluzione della
contraddizione tecnica selezionata.
2.5 Se il problema rimane insoluto, passare alla fase successiva. Se il
problema viene risolto, passare alla fase 7, anche se anche in questo
caso si raccomanda di continuare nell’analisi o di passare alla fase 3,
dove la struttura del problema potrebbe essere ridotta ulteriormente.
2.6 Applicazione dei parametri operator indicando i limiti di stato degli
elementi.
2.7 Formulazione del modello del problema indicandone i conflitti.
2.8 Costruzione del modello Su-Field del problema. Verifica della
possibilità di applicazione delle soluzioni standard al modello del
problema.
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2.9 Se il problema rimane insoluto, passare alla fase 3. Se il problema è
risolto e non necessita di altre soluzioni, passare alla fase 7,
nonostante sia sempre consigliato di continuare l’analisi dalla fase
3.
Fase 3 – Problem Sharpening
3.1 Definizione delle zone operative e del periodo operativo.
3.2 Prima formulazione IFR sulla base dell’analisi precedente.
3.3 Rafforzamento della formulazione dell’IFR.
3.4 Formulazione delle contraddizioni fisiche a livello macro.
3.5 Formulazione delle contraddizioni fisiche a livello micro.
3.6 Formulazione del secondo IFR.
3.7 Verifica della possibilità di applicazione degli standard per la
risoluzione del problema formulato nell’IFR-2.
3.8 Se il problema rimane insoluto, passare alla fase 4. Se il problema è
risolto, passare alla fase 7, anche se è consigliato procedere
nell’analisi alla fase 4.
Fase 4 – Resources Applications
4.1 Determinazione della possibilità di risoluzione usando un mix di
risorse.
4.2 Determinazione della possibilità di risoluzione usando risorse
derivate e/o alternative.
4.3 Determinazione della possibilità di risoluzione usando risorse di
prodotto.
4.4 Determinazione della possibilità di risoluzione usando la
combinazione di un field e una sostanza aggiuntiva.
4.5 Determinazione della possibilità di risoluzione usando risorse del
super-system, in particolare risorse di technique alternative.
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4.6 Utilizzo dell’Agent method per collegare la formulazione del
problema e l’IFR-2. Cambio dello schema in modo tale che l’Agent
agisca senza conflitti.
4.7 Considerazione della possibilità di risoluzione del problema
utilizzando gli standards.
4.8 Se la fase precedente ha portato ad una soluzione del problema,
passare alla fase 7 nel caso in cui altre soluzioni non siano
necessarie. Se non si è trovata una soluzione (tutte le risorse
substance-field e Agent sono insufficienti) o nel caso in cui siano
desiderabili altre soluzioni, passare alla fase 5. Svolgendo la fase 5,
il problema diventa più chiaro e la sua soluzione diretta utilizzando
il database di conoscenza si rende possibile.
Fase 5 – TRIZ Knowledge Bases Application
5.1 TRIZ Knowledge beses può essere applicato già dalla fase 1.6. Solo
le soluzioni che coincidono con l’IFR-2 o che sono molto simili,
sono applicabili dalla fase 5.
5.2 Considerazione della possibilità di risoluzione del problema
utilizzando analogie con problemi non usuali già risolti in
precedenza.
5.3 Considerazione della possibilità di risoluzione del problema con
l’aiuto di una lista di effetti.
Fase 6 – Problem Replacement
6.1 Se il problema è risolto, passare alla fase 7.
6.2 Se non c’è soluzione, verificare se il conflitto è corretto; in questo
caso si dovrebbe scegliere un altro prodotto e/o un altro strumento
alla fase 2.1.
6.3 Se non c’è soluzione, verificare se la formulazione delle
contraddizioni amministrative è la combinazione di molti problemi
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differenti. In questo caso, la formulazione del mini problema (fase
1.3) dovrebbe essere cambiata separando i problemi differenti e
risolvendoli in sequenza (solitamente è sufficiente risolvere un
piccolo numero di problemi).
6.4 Se non c’è soluzione, cambiare il problema selezionando un’altra
TC alla fase 2.4.
6.5 Se non c’è soluzione, ritornare alla fase 1.3 e riformulare il mini
problema.
6.6 Se non si è risolto il problema nelle precedenti fasi (6.2-6.5),
formulare e risolvere il maxi problema.
Fase 7 – Solutions Analysis
7.1 Verifica delle soluzioni ottenute:
• Si possono trovare le substances e i fields necessari in altri
sottosistemi della technique o in altre risorse disponibili?
• E’ possibile non introdurre nessuna nuova substances e i
fields ma utilizzare risorse derivate?
• E’ possibile utilizzare sostanze auto-adattanti?
7.2 Valutazione di ogni soluzione ottenuta.
Domande di controllo:
• La soluzione soddisfa i bisogni dell’IFR-1?
• Si è eliminata ogni contraddizione fisica?
• Il sistema ottenuto include almeno un elemento
controllabile?
• La soluzione ottenuta per il problema si adatta alle
condizioni reali?
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Se la soluzione non soddisfa anche solo una di queste domande,
ritornare alla fase 1.1.
7.3 Selezione della migliore soluzione tra quelle ottenute.
7.4 Individuazione di quali novità brevettuali vengono introdotte dalla
soluzione scelta.
7.5 Quale sotto problema sorge dall’elaborazione tecnica della
soluzione selezionata?
7.6 Formulazione del metodo e costruzione della schema principale
della technique.
Fase 8 – Selected Solution Application
8.1 Determinazione di come deve cambiare il super-system.
8.2 Verificare se la technique migliorata o il super-system possono
essere utilizzati in modo nuovo.
8.3 Utilizzare la soluzione selezionata nella risoluzione di altri
problemi.
8.4 Se si ha tempo, svolgere le fasi 7.4 e 8.3 per le soluzioni ottenute e
non utilizzate.
Fase 9 – Solving Process Analysis
9.1 Comparazione tra il progresso reale e quello teorico. Riportare le
deviazioni da ARIZ.
9.2 Comparazione del risultato ottenuto con i dati delle euristiche
TRIZ.
9.3 Stima del grado di difficoltà del problema risolto ed il livello della
soluzione ottenuta.
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1.9. L’evoluzione di una technique [SAVR00]
1.9.1. Introduzione Se consideriamo un insieme di technique che soddisfano lo stesso bisogno o
funzione primaria (PF) e che sono prodotte nell’arco di un lungo periodo
temporale si possono notare in esse innumerevoli cambiamenti. Tuttavia queste
technique hanno continuato a soddisfare lo stesso bisogno fondamentale
nonostante siano alterate le proprietà e/o i parametri dei sistemi tecnologici (TS) e
dei processi tecnologici (TP) a causa di un aumento delle aspettative, delle
conoscenze e dei cambiamenti del modo di soddisfare i bisogni. Esempi ben noti
sono le automobili e i personal computer.
Molte ricerche in varie aree della scienza e dell’ingegneria hanno mostrato che i
caratteri generali dell’evoluzione dei sistemi sono essenzialmente gli stessi per
ogni sistema; ricerche di questo tipo riguardanti l’evoluzione nei sistemi biologici
e in quelli economici sono ben note, mentre in altri settori sono ancora in fase
embrionale.
Molti sistemi tecnologici e processi tecnologici cambiano gradualmente nel
tempo, mentre altri subiscono cambiamenti rivoluzionari. Quando si devono
raggiungere nuovi parametri di technique esistenti e si è di fronte ad un problema
con un basso grado di difficoltà si è in presenza di cambiamenti incrementali; nel
caso in cui invece il problema abbia un alto grado di difficoltà o è volto a creare
una nuova technique, allora si assiste a cambiamenti di tipo radicale.
Questi cambiamenti di lungo termine sono riconosciuti dalla metodologia TRIZ
come gli assiomi dell’esistenza dell’evoluzione tecnologica (ET) dovuta
all’attività di ricerca, design e miglioramento.
Durante questa evoluzione, la costruzione di un sistema tecnologico (TS) o la
sequenza di operazioni dei processi tecnologici (TP) cambiano in accordo a certe
regole e trend.
TRIZ mostra come questi trend espressi in una evoluzione tecnologica (ET) in un
particolare ambito ingegneristico possano essere trasferiti ad altri sistemi
artificiali.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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G.S. Altshuller, Yu. S. Melechenko e A. I. Polovinkin iniziarono degli studi
riguardanti l’evoluzione tecnologica negli anni ’70 e ’80. La maggior parte degli
studiosi TRIZ crede che tutte le tecnologie si evolvano secondo delle leggi; queste
possono essere riconosciute e quindi utilizzate per un perfezionamento delle
technique.
Nonostante queste ipotesi siano spesso chiamate leggi, sarebbe più accurato
definirle andamenti o trend, perché sono solitamente ottenute attraverso processi
induttivi o abduttivi da correlazioni empiriche basate sull’analisi di un grande
numero di brevetti.
La validazione dei trend evolutivi e la costruzione di un sistema di leggi è una
delle direzioni più importanti della ricerca del TRIZ moderno per il loro uso
potenziale nella risoluzione di problemi tecnici ma soprattutto per l’importanza
delle decisioni strategiche che questo strumento permette di fare.
L’assegnazione dei trend evolutivi ad una classe tecnologica specifica ci permette
di individuare le proprietà e le caratteristiche più promettenti della nuova
generazione del sistema tecnologico e dei processi tecnologici per quella specifica
classe e di riconoscerne i percorsi evolutivi.
1.9.2. Postulati e corollari dell’evoluzione tecnologica Esistono due postulati e diversi corollari dell’evoluzione tecnologica, il concetto
fondamentale che sta alla base dei postulati è riassunto nel seguente assioma
riguardante la società umana:
Sia la quantità che la qualità dei bisogni dell’umanità crescono con il passare del
tempo.
I postulati, i corollari e i percorsi evolutivi proposti dalla metodologia TRIZ sono
applicati a questi bisogni, che sono soddisfatti con l’aiuto delle technique.
Le prime innovazioni pionieristiche hanno spesso avuto inizio da nuovi bisogni
che hanno portato alla nascita di nuove technique (o per quanto riguarda i giorni
nostri alla creazione di nuovi subsystem). In una situazione simile si sviluppa una
nuova funzione primaria che potrebbe durare tanto quanto risulta necessaria per
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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l’umanità. V.Hubka e W.Eder [HUBK88] hanno messo in evidenza che la
numerosità delle technique disponibili per ogni singola funzione primaria è
continuata ad aumentare, così come la qualità. Spesso la vita di queste funzioni è
maggiore di quella della technique creata inizialmente.
La creazione di nuove necessità o la scoperta di bisogni esistenti è uno step molto
importante nell’innovazione. Non esistono dei metodi di sintesi dei nuovi bisogni
tuttavia l’utilizzo della Quality Function Deployment (QFD) [REVE97] può aiutare
nel riconoscerli.
I corollari presentati in seguito sono stati ottenuti da deduzioni logiche e non
numeriche e dall’analisi di brevetti in accordo con i bisogni descritti fino ad ora.
Direction postulate
La posizione di un punto in uno spazio parametrico a più dimensioni può
rappresentare lo stato di una technique in un dato momento e ogni suo
cambiamento può essere rappresentato dallo spostamento verso un altro punto di
tale spazio. Può essere utile raggruppare i parametri di una technique in 3
categorie corrispondenti alle funzioni UF (Useful Functions), NF (Neutral
Functions) e HF (Harmful Functions) riducendo quindi lo spazio parametrico
multidimensionale ad uno spazio quadridimensionale (figura 1.27.).
Figura 1.27. Due esempi di stato dell’arte di una technique (1 e 2) rappresentate in uno spazio parametrico quadridimensionale
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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Ogni technique resta nel proprio stato finché soddisfa queste fondamentali
richieste:
• La sua funzione primaria (PF) e le funzioni utili (UF) corrispondono ai
bisogni richiesti.
• I costi per produrre e implementare la technique devono essere sostenibili
dalla società.
• Deve essere garantita l'esecuzione affidabile delle UF al livello
desiderato.
• Le HF devono essere accettabili per la società e per l’ambiente.
Queste condizioni governano l’innovazione delle technique. Un cambiamento in
un sistema tecnologico o in un processo tecnologico che favorisce la
soddisfazione di queste richieste è considerato un cambiamento con effetti
desiderabili mentre qualsiasi cambiamento che ne ostacola la soddisfazione è da
considerare negativo.
Spesso un cambiamento in una categoria di una funzione porta alla
riorganizzazione in altre categorie.
La direzione positiva dell’asse delle UF riflette un aumento del valore dei suoi
parametri, la direzione positiva dell’asse delle HF ne indica una diminuzione,
mentre la direzione positiva sull’asse delle NF ne evidenzia un minor numero.
Scegliendo la direzione positiva dei tre assi, si è in accordo con la definizione di
idealità della technique; tale postulato può essere espresso nel seguente modo:
Ogni evoluzione delle technique porta ad un incremento del valore di Idealità.
L’incremento del grado di idealità può essere raggiunto attraverso queste
modalità:
• Ciclo ad innovazione incrementale: questo ciclo non varia il modo di
soddisfare la funzione primaria (PF). Durante il ciclo i parametri delle
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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technique migliorano (una o più UF aumentano e/o una o più HF
diminuiscono) grazie a routine e a soluzioni inventive di basso livello;
• Innovazione radicale: attua un diverso processo per conseguire la PF.
Una volta esaurite le potenzialità del primo ciclo avviene una transizione
ad un metodo migliore grazie a soluzioni inventive di più alto livello. A
questo punto lo sviluppo della nuova technique torna ad avere un nuovo
ciclo ad innovazione graduale.
Corollari
Il “direction postulate” porta a diversi corollari e trend durante l’evoluzione
tecnologica; i più importanti e largamente accettati sono espressi di seguito in tre
gruppi.
Primo gruppo:
• Multiplication: trend che porta da un mono-system ad un bi-system o poli-
system con funzioni ausiliarie.
• Trimming: trend che causa una diminuzione del numero di sottosistemi
nella technique esistente.
• Poly-functionality: trend che porta ad un aumento del numero delle
funzioni utili attraverso l’aggiunta di nuovi sottosistemi.
• Aggregation: trend che permette la soddisfazione di diverse funzioni
grazie ad un unico sottosistema.
Gli ultimi due trend riflettono il fatto che una classe tecnologica si sviluppa prima
attraverso un aumento della complessità e successivamente attraverso una
semplificazione (figura 11.28.). Inizialmente, infatti, i sistemi tecnologici tendono
ad aumentare la propria complessità per poi evolvere verso una semplificazione,
fornendo performance migliori attraverso un sistema meno complesso.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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Figura 1.28. Il processo di Expansion-Convolution
Il progresso tecnologico dei computer è un esempio che si adatta perfettamente a
questo legge evolutiva di “Expansion – Convolution”. Il primo computer aveva
performance inferiori ad una moderna calcolatrice scientifica ed occupava una
camera intera. Successivamente le potenzialità sono aumentate esponenzialmente
passando dai 200 MHz di pochi anni fa fino a 4000 MHz (4GHz) senza aumentare
le proprie dimensioni. Le principali compagnie produttrici hanno costruito anche
network di computer costituite dall’unione di migliaia di processori (expansion)
[ORLO03].
Secondo gruppo:
• Dehumanization: trend che porta alla sostituzione delle persone nei lavori
non creativi attraverso l’uso della meccanizzazione, automazione e
computerizzazione.
• Resource: trend che porta all’ottenimento del minimo costo nell’attuare
una nuova technique attraverso l’utilizzo di diverse risorse durante il
miglioramento della stessa.
• Minimization: trend volto all’ottenimento di dimensioni, peso e consumo
energetico minimi o ottimali per ogni sottosistema di una data funzione.
• New materials: trend per la sostituzione dei materiali correnti con nuovi
materiali con proprietà migliori che possono portare a funzioni utili.
Development of a functional core
Transition to reticular (networking)
structures
Addition of sub-systems
Increase in the number of hierarchical levels in
the system
EXPANSION
Complex system
Minimum de-escalation
Partial de-escalation
Complete de-escalation
CONVOLUTION
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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Gli ultimi due trend mostrano come una technique tenda ad evolvere da un
insieme di macroscopici sottosistemi verso altri microscopici.
Terzo gruppo:
• Encapsulation: questo trend porta ad incapsulare sottosistemi ricollocabili.
• Modular construction: trend volto ad accorpare diversi elementi costruttivi
in moduli per facilitare il successivo assemblaggio.
• Standardization: trend che porta alla standardizzazione di dimensioni,
forme ed altre caratteristiche di sottosistemi.
• Typification: trend che stabilisce il numero ottimo di varianti di
caratteristiche selezionate di una particolare technique.
• Reuse: trend volto all’utilizzo di sottosistemi che sono già stati testati per
un’applicazione precedente come sottosistema di un nuovo sistema tecnico
o di un nuovo processo tecnologico.
• Recycling: trend che utilizza elementi di technique superate come materia
prima nella costruzione di una nuova technique in modo da limitare il
prelievo in natura e per ridurre i problemi ecologici.
Alcuni corollari che fanno parte dei primi due gruppi saranno esaminati più nel
dettaglio in seguito. I trend del primo gruppo sono utilizzati come base di TRIZ
per la creazione di nuove technique come innovazione radicale ed evoluzione di
TS e TP esistenti; i trend appartenenti al secondo gruppo si applicano
all’ottimizzazione ed al miglioramento durante il primo ciclo di innovazione
graduale di una technique. I trend del terzo gruppo portano ad una riduzione dei
costi durante il ciclo di innovazione incrementale. Ovviamente non esistono limiti
fissi tra i diversi gruppi, ad esempio il trimming porta anche ad un miglioramento
di tipo economico di una technique.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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Time postulate
Il termine “evoluzione” implica un cambiamento nel tempo; la metodologia TRIZ
enfatizza il tempo di una ET come un fattore di grande importanza per ogni
sistema tecnologico, processo tecnologico, sottosistema o super-system.
Questo postulato per l’evoluzione tecnologica è espresso nel modo seguente:
Ogni technique ed i relativi sottosistemi hanno una propria evoluzione diversa nel
tempo.
Il tempo di evoluzione τE può essere calcolato da questa equazione:
Subsystem performance (τ0 +τE) / Subsystem performance (τE) = υ
Il sottosistema può essere considerato come un’unica technique, τ0 è il momento
iniziale e la costante υ può assumere qualsiasi numero maggiore di 1. Questo
valore non ha importanza in ambito teorico e può essere fissato arbitrariamente.
Inoltre il tempo τE può essere diverso per ogni caratteristica della technique. Uno
stesso sistema tecnologico o un processo tecnologico può avere diversi τE per ogni
UF secondaria e di supporto. Ogni componente o sottosistema infatti evolve
secondo un proprio criterio, per questo esiste una differente curva S per ogni
sottosistema. Allo stesso modo componenti dissimili raggiungono il proprio limite
con tempistiche differenti e quello che lo raggiunge per primo frenerà l’intero
sistema, diventando così l’anello debole della catena. Fino a che questo
componente non evolverà le performance dell’intero sistema saranno limitate.
Durante l’evoluzione dell’aeroplano l’inerzia psicologica ha fatto concentrare gli
sforzi verso il miglioramento del propulsore quando in realtà altri elementi del
sistema contenevano limiti maggiori. La chiave per avvicinarsi più velocemente
all’ideal design è quella di comprendere le interazioni tra tutti i componenti che
influenzano le performance del sistema.
Da queste considerazioni deriva la seguente affermazione:
Ogni technique avente più sottosistemi evolve secondo scale temporali diverse.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
73
Questa affermazione circa la non uniformità dell’evoluzione dei sistemi
tecnologici e dei processi tecnologici è largamente utilizzata dalla metodologia
TRIZ poiché il progresso di diverse funzioni delle technique dipende dallo
sviluppo dei sottosistemi e viceversa.
Corollari
Primo corollario:
Il più importante corollario del time postulate deriva dalla non uniformità
dell’evoluzione ed è il seguente:
L’evoluzione irregolare di un sottosistema evidenzia contraddizioni all’interno di
una technique.
Molti strumenti del TRIZ sono stati sviluppati con l’obiettivo di risolvere tali
contraddizioni nei sistemi tecnici e nei processi tecnologici.
Secondo corollario:
Ogni sistema tecnologico include alcuni sottosistemi base ed ogni TS dovrebbe
avere degli strumenti di lavoro. Molti TS hanno o sono collegati ad una fonte
energetica e solitamente hanno anche una trasmissione, un sottosistema di
controllo ed un involucro. Il sistema non compierà la propria funzione nel caso in
cui un sottosistema importante non funzionasse correttamente. Questo corollario
può essere definito come la “regola di completezza” di un sistema tecnologico.
Terzo corollario:
Ogni sistema e processo tecnologico dovrebbe avere la capacità di trasferire
facilmente l’energia dalla fonte allo strumento (e quindi al prodotto); inoltre ogni
technique che richiede un controllo deve essere in grado di trasferire le
informazioni. La technique non funzionerà nel caso in cui venisse meno un link
energy/substance/information. Una technique dovrebbe inoltre essere insensibile a
variazioni delle condizioni esterne continuando nel proprio funzionamento senza
conseguenze negative o avendo sottosistemi variabili che permettono alla
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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technique di adattarsi alle mutate condizioni. Questo corollario è spesso chiamato
“rule of energy/substance/information transparency through TS or TP”.
I postulati ed i corollari a riguardo dell’evoluzione tecnologica sono alla base
della comprensione dei sentieri evolutivi.
1.9.3. Paths of evolution Molti sentieri evolutivi possono coesistere all’interno di una ET; sebbene l’ordine
dei passi non sia certo per ogni technique, molte evoluzioni di sistemi e processi
tecnologici si sono basate se di essi. La conoscenza di questi sentieri può essere
utile per filtrare e selezionare soluzioni di problemi tecnici.
Di seguito presenteremo le linee evolutive più importanti suddivise in single-
directional, bi-directional e adverse paths.
Single-directional
1. Technique physical states.
Una technique aumenta la propria Idealità quando i suoi sottosistemi
diventano più mobili, ad esempio variando il proprio stato fisico lungo la
seguente direzione:
solid -> liquid -> gas -> plasma -> field -> vacuum
2. Interactions in technique.
Una technique aumenta la propria Idealità quando l’interazione tra due
diversi sottosistemi o tra un sottosistema e un prodotto diventa più precisa.
Il cambiamento di interazione procede lungo la seguente direzione:
continuous -> vibrating -> resonant
Questo processo spesso porta ad una diminuzione dell’energia utilizzata e
ad un incremento delle performance e della produttività.
3. Degree of dimensionality.
L’aumento di Idealità avviene attraverso il passaggio da punto (zero-D) a
linea, piano e volume (3-D) lungo la direzione:
zero-D -> 1-D -> 2-D -> 3-D
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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4. Dynamization.
Questo sentiero evolutivo aumenta l’Idealità di una technique quando i
suoi sottosistemi diventano più adattabili (flessibili) ai cambiamenti nei
bisogni. Adattabilità significa passare da un sottosistema rigido ed
immobile ad uno dinamico, fino ad essere accompagnato dal cambiamento
di stato del sottosistema.
rigid -> dynamic -> multi-hinges -> elastic -> soft -> field flexibility
5. Degree of voidness.
Una technique aumenta la propria Idealità con l’ampliamento del vuoto nei
suoi sottosistemi. Il grado più basso del sottosistema è l’assenza di vuoto,
il passo successivo è l’aggiunta di un’unica cavità, seguito dalla creazione
di molti capillari, fino ad arrivare a strutture come le zeoliti.
Il cambiamento del grado di vuoto permette la riduzione della massa del
sottosistema ed evolve lungo la seguente direzione:
monolith -> inhomogeneous solid -> solid with void(s) -> solid with
capillaries -> porous solid -> solid with dispersed micro-voids
6. Degree of human involvement.
Una technique aumenta la propria Idealità con l’esclusione della
partecipazione umana dalle proprie funzioni. La tendenza a diminuire il
coinvolgimento umano ha avuto inizio con l’utilizzo degli animali come
fonte di energia; successivamente la sostituzione è passata a livello di
controllo e pianificazione.
Il primo livello consiste nel sostituire il lavoro fisico dell’uomo attraverso
l’utilizzo di strumenti meccanici ed altre forme di energia; il secondo
livello riguarda la sostituzione dell’uomo nel controllo, come ad esempio
il pilota automatico. L’ultimo livello è quello relativo all’informazione ed
Replacement at the working level
Replacement at the control level
Replacement at the information level
Figura 1.29. Passi del trend “Degree of human involvement”
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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inizia con la raccolta di informazioni attraverso strumenti come sensori o
dispositivi di misura con gradi di precisione maggiori di quello umano; in
futuro l’uomo potrebbe essere sostituito nei sotto-sistemi nel processare le
informazioni e nella preparazione ed accettazione delle soluzioni
[ORLO03].
Bi-directional and adverse
Expansion <-> Convolution
Una technique può avere inizio come un singolo elemento atto all’esecuzione di
una funzione primaria; al crescere della PF si assiste all’aumento di alcuni
elementi. Il passo successivo è la differenziazione di uno stesso elemento in zone
con diverse proprietà. La technique cresce ulteriormente, a causa della
complicazione degli elementi che vanno a formare i sottosistemi, e diventa
altamente specializzata nel momento in cui accorpa funzioni di altre technique,
aggiungendo sottosistemi ausiliari e secondari. Spesso tali funzioni secondarie
risultano essere funzioni primarie di altre technique. Successivamente la technique
inizia ad avere funzioni di altri sistemi o processi tecnologici senza aumentare il
numero dei propri sottosistemi; a questo punto la technique aumenta la propria
versatilità diminuendo allo stesso tempo i sottosistemi.
Questo tipo di evoluzione include i seguenti passi:
1. Expansion:
il numero di sottosistemi (elementi, operazioni e collegamenti) aumenta
nel tempo con l’aumento delle funzioni primarie (solitamente le PF
crescono più rapidamente del numero di sottosistemi).
2. Convolution:
il numero di sottosistemi diminuisce nel tempo mentre le PF aumentano o
rimangono costanti.
3. Reduction:
il numero di sottosistemi inizia a diminuire così come le funzioni primarie.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
77
4. Degradation:
le funzioni primarie decrescono con la diminuzione dei collegamenti, della
forza e dell’efficienza.
Questo processo bidirezionale è rappresentato dalla seguente figura.
Figura 1.30. Rappresentazione grafica del processo bidirezionale Expansion-Convolution
Di seguito verranno analizzati nel dettaglio entrambi i processi di expansion e
convolution.
Expansion
Nel momento in cui il numero di sistemi e processi che interagiscono con la
technique aumentano, le loro funzioni iniziano a cambiare. Questi cambiamenti
quantitativi, in accordo con l’assioma riguardante i bisogni della società espresso
in precedenza, portano a variazioni qualitative che crescono in modo diverso nel
tempo ed espandono la technique. L’apparente evoluzione casuale è causata dalla
discontinuità nella presenza e dall’aggravamento delle contraddizioni in alcuni
sottosistemi; il processo obbedisce al time postulate riguardo allo sviluppo non
omogeneo dei sottosistemi.
Il processo di espansione di una technique può essere illustrato dall’evoluzione di
un mono-system che consiste in un solo elemento costruito con un unico
materiale; in questo caso i fattori che ostacolano l’incremento di UF (così come le
PF) sono maggiormente evidenti.
EXPANSION CONVOLUTION
Differentiation Specialization
Versatile
Mono-system
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
78
La soluzione più semplice è quella di aumentare le caratteristiche dell’elemento
per soddisfare le UF richieste; questo processo spesso porta alla contraddizione di
peggiorare altre proprietà. Il passo successivo è quello di concentrarsi sulle
proprietà richieste eliminando allo stesso tempo le caratteristiche dannose; le
numerose modificazioni dello stesso materiale derivano dall’esistenza di diversi
elementi e di differenti condizioni operative. Ad esempio, sono stati costruiti circa
3000 tipi di acciaio e più di 100 differenti classi di transistor; questo perché
risultava impossibile che un singolo materiale potesse soddisfare tutti i diversi
bisogni.
Il processo evolutivo solitamente porta alla separazione dell’elemento di un
mono-subsystem in parti diverse o zone funzionali, dando inizio ad un processo di
specializzazione in cui ogni singola parte esegue una sola funzione. La
specializzazione, secondo le funzioni eseguite, porta alla separazione di un
elemento omogeneo in diverse parti ed alla sostituzione dei vecchi materiali con
nuovi materiali che permettono performance migliori. La specializzazione,
accompagnata dalla transizione verso nuovi materiali per ogni zona, facilità la
crescita delle UF dell’elemento e del mono-subsystem o della technique
nell’insieme. Il motivo è semplice, nel tentativo di incrementare le UF risulta
chiaro che la proprietà dalla quale dipende tale incremento dovrebbe essere
inerente non all’intero sistema ma solo alla zona operativa d’interesse.
Convolution
Dopo il periodo di espansione una technique entra in un nuovo periodo di
trasformazioni che coinvolgono la propria struttura, l’organizzazione e le
proprietà del sistema. Questo processo, detto convolution, porta ad un incremento
del grado di Idealità attraverso la riduzione della massa, del volume e spesso
anche dell’energia spesa e del numero di sottosistemi ausiliari con un simultaneo
incremento delle funzioni primarie. Ad esempio, l’acciaio e i transistor hanno
progressivamente cambiato la loro qualità durante il ventesimo secolo così da
ottenere per gli utilizzatori grandissimi vantaggi.
Una volta che una technique ha raggiunto il punto di massima espansione, sono
possibili diversi tipi di convolution:
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
79
1. eliminazione di alcuni sottosistemi da una technique e combinazione di
questi in nuove technique specializzate all’interno del super-system;
2. evoluzione dei sottosistemi all’interno della technique (miniaturizzazione,
diminuzione dell’energia utilizzata, scomparsa di alcuni HF);
3. package di una technique in un sottosistema, elemento o singolo materiale.
Tutte queste opzioni portano al medesimo risultato: la nuova technique svolge la
stessa funzione primaria della technique iniziale con le stesse o con migliori
performance. Nella prima possibilità il numero di elementi e/o sottosistemi
diminuisce mentre le PF aumentano poiché:
• la technique si “alleggerisce” e la sua struttura ed organizzazione
diventano più semplici, risparmiando tempo, spazio ed energia;
• la funzione del sottosistema è rimpiazzata dalla stessa funzione svolta dal
super-system con performance uguali o migliori;
• il sottosistema diventa una technique specializzata all’interno del super-
system.
Le performance superiori della funzione primaria sono ottenute spostando i
sottosistemi all’interno del super-system, con un conseguente aumento delle
funzioni svolte dallo stesso super-system.
La seconda opzione è già stata sufficientemente spiegata in precedenza mentre
nella terza il numero di elementi e/o sottosistemi in una technique diminuiscono a
causa di fusioni tra due o più sottosistemi in un unico sottosistema; durante questo
processo altri sottosistemi vengono eliminati, trasferendo le loro funzioni al
sottosistema rimasto che aumenta la propria versatilità. Il passo successivo è la
riduzione di tali sottosistemi in un singolo materiale (la funzione viene svolta da
una sostanza).
Tutti e tre i tipi di convolution sono correlati tra loro, inoltre differenti livelli di
una technique (elementi, sostanze, sottosistemi, super-system) possono essere in
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
80
diversi punti del sentiero evolutivo (expansion e convolution) in accordo con il
secondo postulato dell’evoluzione tecnologica.
Super-System <-> Micro-Level
Una technique aumenta la propria Idealità quando i suoi sottosistemi si fondono e
si dividono. Le due direzioni di miglioramento interno e sviluppo esterno
coesistono poiché sottosistemi differenti hanno diversi τE. In ogni stage dello
sviluppo di una technique, queste due direzioni portano ad una nuova technique a
causa della transizione a super-system (un tipo di expansion) e da un livello macro
a micro (un tipo di convolution).
La tendenza ad usare le proprietà dei sottosistemi esistenti da macro-level a
micro-level o la transizione a micro-level avviene quando un sottosistema o un suo
elemento è sostituito da un materiale o da un campo in grado di soddisfare una UF
richiesta. Esistono molti micro livelli in un materiale (molecole, atomi, ecc.), di
conseguenza esistono diverse transizioni a micro-level, così come esistono diverse
transizioni da un micro livello ad un altro inferiore.
La tendenza alla fusione tra sottosistemi avviene quando i vantaggi di una
technique bilanciano i costi per la formazione di un bi- o poly-system:
• alcune funzioni sono delegate al super-system;
• alcuni sottosistemi si allontanano dalla technique, si riuniscono in un
sottosistema e diventano parte di un super-system;
• dopo l’integrazione nel super-system, i sistemi costituiti iniziano ad avere
proprietà e funzioni.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
81
Questo trend dell’evoluzione tecnologica può essere rappresentato nel modo
seguente:
Figura 1.31. Transition of a system to microlevel
La legge di transizione di un sistema da macro a micro-level include tre sotto-
leggi:
• Cambiamento di scala
• Cambiamento di connessione
• Transazione ad un sistema più complesso
La scala di un sistema tecnologico cambia passando da super-system a system e da
system a sub-system e substance. Il passaggio finale è quello di passare
direttamente da super-system a substance, ovvero di sostituire l’intero sistema con
una sola sostanza. Il cambiamento nel grado di connessione di un sistema invece
può essere attuato aumentando la frammentazione di una sostanza, utilizzando
materiali porosi e aumentando il vuoto nella materia [PETR02].
Il passaggio da un oggetto monolitico a parti separate può avvenire secondo il
modello presentato da G. Altshuller nella seguente figura.
System
Subsystem
Substance
Transition of a system to microlevel
Change of a scale
Supersystem
Change of linking
Incr
ease
of t
he d
egre
e of
fr
agm
enta
tion
Tra
nsiti
on to
CPM
Incr
ease
of t
he d
egre
e of
vo
idne
ss
Incr
ease
of s
peci
fic e
nerg
y sa
tura
tion
of a
syst
em
Tra
nsiti
on to
fiel
ds w
ith a
hi
gher
deg
ree
of c
ontr
ol
Transition to more complex and energy-saturated forms
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
82
Figura 1.32. Rappresentazione grafica del trend “Increase of degree of fragmentation”
Ora considereremo più nello specifico i due aspetti di questo processo
bidirezionale dell’evoluzione tecnologica.
Micro-level
La transizione ad un micro livello ha inizio dalla differenziazione delle proprietà,
delle zone e delle funzioni del materiale. I bisogni di proprietà contraddittorie
della stessa sostanza che sorgono durante il processo di evoluzione di una
technique sono risolti dalla transizione ad un micro livello.
Molti aspetti della transizione a micro-level sono simili a quelli della convolution,
tanto che spesso non vengono distinte.
Super-system
L’evoluzione di una technique che ha raggiunto i propri limiti può proseguire a
livello di super-system. Una technique o i suoi sottosistemi possono essere uniti
ad altri sottosistemi o ad altre technique all’interno di un super-system con nuove
caratteristiche e parametri.
Questa transizione in un super-system è vantaggiosa per la technique quando:
• alcune funzioni passano al super-system;
• alcuni sottosistemi usciti da varie technique si uniscono in una nuova
singola technique, che diventa parte del super-system;
• i sottosistemi che si sono uniti nel super-system acquisiscono nuove
funzioni e proprietà.
INCREASE OF THE DEGREE OF FRAGMENTATION
1 2 3 4 5 6 7 8
Gel Liquid Aero-
sol Gas Field
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
83
Mono-System
Bi or poly-system
Similar functions Different functions
With similar properties
With mixed properties
With different properties
With inverse properties
Partially de-escalated (reduced) system
Completely de-escalated (reduced) new system
(mono-system)
La transizione può avvenire attraverso l’unione delle technique che formano così
bi- e poly-system. Il sottosistema iniziale o elemento singolo (mono-system) si
duplica formando un bi-system o, nel caso di unione di più mono-system, un poly-
system (figura 1.33.). Nel caso più semplice, per costruire il bi-system o il poly-
system vengono unite due o più sostanze simili.
La connessione può avvenire non solo tra sottosistemi simili con caratteristiche
lievemente differenti ma anche tra technique concorrenti con proprietà e funzioni
complementari, così come tra technique completamente differenti.
Con la formazione di un bi- o poly-system sorgono anche nuove proprietà
correlate solo al nuovo sistema.
L’unione è più efficiente nel caso di mono-system dissimili, specialmente tra
technique alternative piuttosto che tra technique simili. Un aumento
dell’efficienza nei bi o poly-system sintetizzati può essere ottenuta, in primo
Figura 1.33. Rappresentazione grafica del trend “mono-bi-poly”
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
84
luogo, sviluppando dei links tra gli elementi del sistema; conseguentemente lo
sviluppo persegue la via del rafforzamento di tali links.
I mono-system dovrebbero essere uniti in modo che le proprietà degli elementi
interagiscano in due modi: alcune proprietà si amplificano a vicenda ed altre
proprietà si neutralizzano tra loro a seguito dell’unione. Come risultato nella
nuova technique le funzioni utili iniziano a prevalere.
I bi-system non devono necessariamente essere formati da due mono-system;
spesso risulta più semplice e maggiormente profittevole trasformare un mono-
system in un bi-system attraverso la divisione del mono-system in due sottosistemi
identici per poi riunirli in un nuovo modo per ottenere più UF e per escludere
alcune HF.
Rhytms Coordination <-> De-Coordination
Un processo di coordinazione (adjustament) o un deciso processo di de-
coordinazione (de-adjustament) delle frequenze di vibrazione di tutti gli elementi
di un sistema tecnologico (dinamico e statico) o una periodicità dell’operatività di
un processo tecnologico è fondamentale per ottenere un aumento dell’Idealità di
una technique. Tutti gli elementi di un sistema o processo tecnologico possono
essere divisi tra coloro che hanno un ritmo adatto e coloro che vibrano
impropriamente.
Si possono distinguere due tipi di vibrazioni: intrinseche e forzate. La frequenza
delle vibrazioni intrinseche dipende fortemente dalle caratteristiche della sostanza
(dimensioni, massa, elasticità delle parti nei sistemi meccanici, caratteristiche
induttive nei sistemi elettrici, ecc.). Questo può essere considerato un valido
indicatore di molte caratteristiche di una sostanza. Lo stato di un sottosistema può
essere determinato attraverso il monitoraggio dei cambiamenti nelle vibrazioni
intrinseche.
Nel caso di presenza di forze esterne, le frequenze delle vibrazioni potrebbero
coincidere con quelle intrinseche, provocando così un effetto di risonanza, che
potrebbe risultare sia positivo che negativo. Per questo è necessario coordinare o
de-coordinare le vibrazioni di diversi elementi per poter aumentare le performance
di un sottosistema.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
85
Trend evolutivi classici
Una classificazione delle leggi evolutive fin qui descritte può essere fatta anche
facendo una distinzione tra le leggi con strumenti analitici e senza strumenti
analitici, in particolare:
With analytical tools:
• ideality: la direzione generale per il miglioramento del sistema avviene
attraverso l’aumento del rapporto tra effetti utili ed effetti dannosi,
aumentando così il grado di idealità;
• trimming: durante l’evoluzione di un sistema, il numero di componenti di
una technique diminuisce senza peggiorare (o migliorando) le proprie
funzionalità;
• transition to supersystem: in un processo evolutivo, il sistema tende a
fondersi con altri sistemi e continua la sua evoluzione come parte di un
super-system.
Without analytical tools:
• coordination: nel corso dell’evoluzione di un sistema, il livello di
armonizzazione tra i componenti e tra il sistema e il super-system
aumenta;
• controllability: la controllabilità è un complesso di azioni volte a
modificare i parametri di un sistema per armonizzarli con i cambiamenti
dei parametri del super-system e dell’ambiente;
• dynamization: la “dinamizzazione” del sistema può essere esterna o
interna. Quella di tipo esterna si verifica quando vengono diminuiti i gradi
di stabilità o quando avvengono cambiamenti in un oggetto da statico a
mobile, la “dinamizzazione” di tipo interno invece consiste nell’aumento
dei gradi di libertà attraverso la suddivisione del sistema in più parti
mobili;
• decrease human involvement: nell’evoluzione di un sistema, il numero di
funzioni svolte dall’uomo diminuiscono;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
86
• non-uniform development: ogni componente o sottosistema evolve
secondo un proprio criterio; in questo modo componenti diversi
raggiungono il proprio limite con tempistiche differenti e quello che lo
raggiunge per primo frenerà l’intero sistema, diventando così l’anello
debole della catena.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
87
1.10. Le curve a S [SAVR00]
Dopo aver illustrato i trend evolutivi di un sistema o processo tecnologico,
analizzeremo ora nel dettaglio i diversi momenti della vita di una technique.
Durante il ciclo di innovazioni incrementali, l’evoluzione di una technique segue
l’andamento di una curva S che rappresenta le performance in funzione del tempo
(vedi figura 1.34.). Si possono distinguere cinque momenti diversi nell’evoluzione
di una technique lungo la curva S: nascita, infanzia, crescita, maturità e declino.
Figura 1.34. Andamento dei parametri in funzione del tempo
0. Nascita:
Nasce una nuova technique attraverso un’innovazione radicale dovuta al
sorgere di un nuovo bisogno o ad una nuova scoperta scientifica. La
technique è inefficiente, irrealizzabile e con molti problemi irrisolti. Si
trova ancora in una fase di R&S come prototipo; tuttavia utilizza nuovi
modi di realizzazione della PF.
1. Infanzia:
Ha inizio il primo ciclo di innovazione incrementale; inizialmente lo
sviluppo è molto lento a causa della mancanza di profitti. Successivamente
1 2 3 40 0 1 2 3 4
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
88
si iniziano a trovare supporti per la nuova technique e vengono create
invenzioni di medio livello che aumentano l’efficienza del sistema.
2. Crescita:
Questa fase ha inizio quando la società riconosce i benefici della nuova
technique. In questo step molti problemi sono stati risolti (spesso grazie a
poche invenzioni di alto livello), l’efficienze e le performance sono
aumentate e si è creato un nuovo mercato. A seguito del maggior interesse
riguardo alla technique, aumentano anche gli investimenti in R&S. La
profittabilità spesso diventa positiva e questa situazione favorisce il
miglioramento delle performance, la formazione di nuove UF e
l’eliminazione di alcune HF.
3. Maturità:
La profittabilità della nuova technique è ormai alta così come gli impatti
economici e sociali. Il processo di sviluppo inizia a rallentare.
L’innovazione avviene solo attraverso l’ottimizzazione, i trade-off e le
invenzioni di basso livello. Quando il ciclo di innovazione incrementale si
esaurisce, la curva S inizia a mostrare una saturazione del livello di
performance.
4. Declino:
I limiti della technique sono stati raggiunti, non sono disponibili ulteriori
miglioramenti e la profittabilità diminuisce. La technique non risulta più
necessaria a causa di cambiamenti nei bisogni della società o per la nascita
di una nuova technique che utilizza altri metodi per svolgere la PF.
In uno di questi stage (solitamente durante la maturità o il declino) sorge una
nuova fase di sviluppo radicale che porta alla nascita di una nuova technique con
una propria curva S.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
89
Il ciclo di innovazione incrementale diventa sempre più corto e le innovazioni
radicali avvengono sempre più spesso:
Ogni sottosistema all’interno di un sistema o processo tecnologico ha una propria
curva S con diverse scale temporali, conformemente al secondo postulato
dell’evoluzione tecnologica. Le curve a S mostrate in figura 1.34 ovviamente
rappresentano un’approssimazione di un caso ideale; la reale evoluzione di un
sistema tecnologico è molto complicata a causa di varie influenze che ne
modificano l’andamento.
1.11. L’albero evolutivo [CHUK]
L’albero evolutivo è uno strumento grafico per la rappresentazione
dell’evoluzione di un sistema e dei suoi sottosistemi.
Il metodo per costruire un albero evolutivo è basato sull’utilizzo di un criterio
oggettivo di classificazione, quello delle leggi di evoluzione dei sistemi tecnici.
Le linee dell’albero, costruite sulla base dei trend evolutivi rappresentano
un’ottima struttura informativa che consente di avere una visione chiara delle
trasformazioni a cui il sistema in considerazione è stato sottoposto. Inoltre questo
metodo permette di prevedere quali saranno gli eventuali sviluppi futuri anche nel
caso in cui le informazioni riguardanti il sistema non siano del tutto esaustive.
τ > τ e 1/τ > 1/τ per ogni j > i α i α j β i β j E E E E
dove α = ciclo incrementale β = innovazioni radicali
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
90
Figura 1.35. La struttura dell’albero evolutivo
La figura 1.35. descrive il principio di costruzione dell’albero evolutivo nel
momento in cui vengono raccolte le informazioni. Come si può notare ogni linea
di trasformazione ha inizio in un determinato punto e ogni suo passo può essere il
punto di partenza di un’altra linea di evoluzione. Man mano che le informazioni
vengono accumulate, i rami dell’albero possono cambiare posizione; la versione
finale dovrebbe essere chiara, ordinata e senza dettagli non essenziali. Il primo
passo nella costruzione di un albero evolutivo di un sistema è rappresentato dalla
sua versione più semplice, che generalmente è un oggetto rigido, costituito da una
solo elemento, avente una forma semplice e che non possiede una struttura
interna.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
91
Figura 1.36. I passi della linea evolutiva “Segmentation of objects and substances”
Una volta precisato l’elemento di partenza dell’albero è necessario individuare la
linea evolutiva principale del sistema, quella che in altre parole costituisce il
tronco; un possibile tronco può essere la linea evolutiva basata sulla
segmentazione degli oggetti e delle sostanze rappresentata nella figura 1.36.
Il passo successivo è la costruzione dei rami, che hanno la loro base di partenza
nel tronco. Ogni ramo rappresenta una diversa trasformazione del sistema o dei
sottosistemi sulla base dei trend evolutivi. Per esempio si potrà avere un ramo
basato sul trend “Mono-Bi-Poly”, oppure uno sul trend “Expansion-Convolution”,
o “Coordination” e così via. Nella figura seguente sono rappresentati i rami del
sistema “mietitrebbiatrice”.
Figura 1.37. I rami dell’albero evolutivo di una mietitrebbiatrice
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
92
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
93
CAPITOLO SECONDO:
IL CONTESTO INDUSTRIALE
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
94
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
95
2. IL CONTESTO INDUSTRIALE 2.1. Whirlpool Corporation [BAGG06]
Whirlpool Corporation, con un giro di affari di oltre 13 miliardi di dollari7, è oggi
il primo produttore e distributore di grandi elettrodomestici al mondo. La società,
fondata nel 1911, conta circa 68.000 dipendenti a livello mondiale, di cui 14.000
in Europa. La sua sede centrale è a Benton Harbor, nel Michigan (USA), ma
possiede quasi 50 tra fabbriche, sedi commerciali e centri di ricerca e sviluppo, in
17 Paesi. La società americana commercializza i propri prodotti attraverso marchi
importanti come Whirlpool, KitchenAid, Brastemp, Bauknecht, Laden, Polar, KIC
e l’italiana Ignis, in oltre 170 paesi. I prodotti principali sono lavatrici, le cui
vendite coprono il 31% del fatturato totale, asciugatrici, forni, forni a microonde,
lavastoviglie, fornelli, congelatori e frigoriferi [WHIR06].
Nella storica sede della Ignis a Comerio, in provincia di Varese, si trova il quartier
generale europeo. Whirlpool Europe è diventata una società posseduta da
Whirlpool Corporation nel luglio del 1991, dopo l’acquisizione da parte della casa
madre del 100% della joint venture che era stata costituita nel 1989 con Philips.
Attualmente la presenza nel Vecchio Continente, che serve anche il Medio
Oriente, l’Africa e la regione Asia Pacific, si è consolidata portando Whirlpool al
terzo posto del mercato europeo di elettrodomestici, dietro Electrolux e Bosch-
Siemens, con un fatturato nel 2004 di 3,1 miliardi di dollari. L’attività europea di
Whirlpool genera circa il 23% del fatturato mondiale del gruppo e, dal suo
ingresso sul mercato a oggi, Whirlpool è diventato il marchio europeo di
elettrodomestici numero uno per volume di pezzi.
Whirlpool, in Italia da lavoro a circa 6000 persone per una produzione
complessiva pari al 50% dei volumi prodotti in tutta Europa. I siti produttivi
italiani sono 4, Trento, Siena, Napoli e Cassinetta di Biandronno (VA), dove ha
sede anche l’Engineering Center. Lo stabilimento di Cassinetta di Biandronno
7 I dati riportati hanno come fonte gli Annual Reports di Whirlpool Corporation.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
96
rappresenta il più grande insediamento industriale e di sviluppo europeo con
quattro stabilimenti operativi e più di 3.000 dipendenti.
Le principali strategie che hanno consentito a Whirlpool di diventare società
leader nel mondo sono state la capacità d’innovazione in ogni campo, dalle
tecnologie produttive alla strategia di marketing, al prodotto, l’impegno a
soddisfare le esigenze dei consumatori e la capacità di espandere i propri mercati
di sbocco.
2.2. Il prodotto [WIKI06]
Il prodotto preso in considerazione nello svolgimento di questo lavoro è la
lavatrice. La decisione è stata presa in collaborazione con il sig. Petrali
dell’Engineering Center di Whirlpool Europe. La lavatrice, come si sa, è una
macchina che serve per il lavaggio dei tessuti. Per effettuare il ciclo di lavaggio
utilizza come mezzo primario l’acqua, ma esistono altri dispositivi che eseguono
il lavaggio “a secco” facendo uso di sostanze alternative e detergenti; solitamente
sono usate solo presso esercizi specializzati.
Si possono distinguere due tipi di lavatrici: lavatrici finalizzate all’utilizzo
domestico e quelle per l’uso industriale.
Nell’uso industriale lo scopo delle lavatrici non è solo quello di lavare vestiti ma
di operare anche su fibre non lavorate, filati e pezze di stoffe. Il lavaggio può
essere finalizzato alla rimozione di sporcizia, di residui di tintura o di filati
d’appoggio utilizzati durante la lavorazione.
Per quanto riguarda la lavatrice domestica, oggetto del nostro studio, si possono
distinguere due configurazioni: ad asse verticale e ad asse orizzontale. La prima
(figura 2.1), diffusa principalmente negli Stati Uniti, in Australia e in alcune parti
dell’Europa è caratterizzata dalla presenza di un cestello, a forma cilindrica con la
base piatta, che viene caricato dall’alto. Al centro del cestello è posizionato il
cosiddetto agitatore, che ha la funzione, attraverso il suo movimento assiale, di
muovere i vestiti favorendo il loro lavaggio.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
97
Figura 2.1. Lavatrice ad asse verticale
Fonte: Repairclinic.com
Figura 2.2. Lavatrice ad asse orizzontale e a caricamento frontale
Fonte: Repairclinic.com
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
98
Nella configurazione ad asse orizzontale (figura 2.2), diffusa soprattutto in Europa
e nel Medio Oriente, la vasca e il cestello sono montati orizzontalmente e il
movimento dei vestiti è favorito dalla rotazione del cestello stesso e dalla forza di
gravità. Attualmente esistono due tipologie di lavatrici ad asse orizzontale: a
carica dall’alto, nelle quali lo sportello di carico è posto sulla parte superiore della
macchina, e a carica anteriore, in cui lo sportello è posizionato sulla parte frontale
della macchina ed è solitamente trasparente (oblò).
Tutte le lavatrici per il loro funzionamento, utilizzano diversi tipi di energia:
energia meccanica, energia termica ed un’azione chimica. L’energia meccanica è
fornita, nelle lavatrici ad asse orizzontale, dalla rotazione del cestello e in quelle
ad asse verticale anche dal movimento dell’agitatore; l’energia termica viene
fornita dalla temperatura dell’acqua, che viene scaldata attraverso una resistenza
corazzata. L’azione chimica è dovuta al detergente e ad altri agenti chimici; in
particolare le lavatrici ad asse orizzontale utilizzano detersivi speciali che sono in
grado di rilasciare differenti ingredienti chimici in base alla temperatura
dell’acqua.
Alcuni test, che hanno messo a confronto le lavatrici ad asse orizzontale e
verticale, hanno mostrato che, in generale, le prime rovinano meno i vestiti,
utilizzano meno acqua e meno energia e necessitano di un minor quantitativo di
detersivo. Esse, inoltre permettono, a livello industriale, il facile montaggio di
un’asciugatrice all’interno della stessa macchina.
Le lavatrici ad asse verticale hanno, invece, il vantaggio di completare il ciclo di
lavaggio più velocemente e permettono di rimuovere i vestiti in una fase
intermedia del ciclo. Inoltre questo tipo di lavatrice favorisce il caricamento e lo
scaricamento dei panni, dal momento che è possibile raggiungere la vasca più
comodamente e senza interrompere il lavaggio.
Il tipo di lavatrice preso in considerazione in questo lavoro è quello ad asse
orizzontale, in quanto risulta essere il più comune e il più utilizzato in Italia e in
Europa. In questo tipo di lavatrice si possono distinguere alcuni sottosistemi, la
cui descrizione, con il supporto della figura 2.3 (a cui si riferiscono i numeri)
permetterà di comprenderne il funzionamento. La funzione principale della
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
99
lavatrice è svolta dal gruppo di lavaggio, quello che, in parole semplici permette
di eliminare lo sporco dai vestiti.
Figura 2.3. Componenti di una lavatrice ad asse orizzontale Fonte: elaborazione immagine Repairclinic.com
Questo gruppo è composto da:
- vasca (1): componente cilindrico, in acciaio inox o in plastica, che ha la
funzione di contenere l’acqua e il detersivo utilizzati per il lavaggio Nella
parte posteriore della vasca è inserito il mozzo con i cuscinetti che
sostengono il perno di fissaggio della tripla staffa che sostiene il cestello;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
100
- resistenza corazzata (2): si trova nella parte inferiore della vasca e serve
per il riscaldamento dell’acqua di lavaggio;
- contrappesi (3): sono situati generalmente nella parte anteriore della vasca;
sono in cemento o in ghisa e hanno la funzione di equilibrare il sistema
controbilanciando le forze dovute alla rotazione del cestello;
- cestello (4): è il componente in cui vengono inseriti i vestiti da lavare; ha
una forma cilindrica, è in acciaio inox ed è situato all’interno della vasca.
Il cestello è caratterizzato dalla presenza di fori che permettono il
passaggio dell’acqua dalla vasca al cestello stesso e viceversa, ed è dotato
di staffe, generalmente tre, che favoriscono il rimescolamento dei vestiti. Il
cestello è sostenuto da una tripla staffa, collegata al motore che ne
permette la rotazione;
- tunnel (5): è la guarnizione situata tra la vasca e l’oblò che ha la funzione
di evitare le fuoriuscite di acqua.
Altro elemento fondamentale della lavatrice è il sistema idraulico; esso consente
all’acqua di entrare nella lavatrice alla giusta temperatura, il passaggio della stessa
alla vasca e lo scarico nella rete fognaria. Gli elementi che costituiscono il sistema
idraulico sono:
- pompa (6): la pompa ha la funzione di permettere il ricircolo dell’acqua e
di condurla verso il tubo di scarico in base alla fase del lavaggio;
- tubo di alimentazione (7): consente all’acqua di entrare nella lavatrice
dall’impianto idraulico dell’edificio;
- tubo di raccordo verso la vasca: permette all’acqua di entrare nella vasca;
- tubo di scarico: conduce l’acqua, una volta finito il lavaggio, nella rete
fognaria;
- vaschetta del detergente e relativi componenti (8): la vaschetta ha il
compito di contenere il detersivo che attraverso un tubo e l’afflusso di
acqua entra nella vasca;
- valvola di immissione dell’acqua (9): serve per bloccare o permettere il
flusso dell’acqua verso la vasca e attraverso la vaschetta del detersivo.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
101
La terza unità che costituisce una lavatrice è il gruppo motore che comprende il
motore stesso e il sistema di trasmissione ed ha la funzione di assicurare la
rotazione del cestello. I componenti del gruppo motore sono:
- motore elettrico (10);
- puleggia (11): collegata alla cinghia (12), trasmette il movimento alla
crociera con staffa;
- crociera con staffa: situata nella parte posteriore della vasca, comprende
l’albero di trasmissione, il mozzo e la staffa di fissaggio al cestello; serve
per trasmettere il moto rotatorio dalla puleggia al cestello.
Il gruppo controllo comprende tutti quegli elementi che permettono la gestione dei
programmi di lavaggio. In particolare i principali componenti sono:
- scheda elettronica (13): gestisce tutti i controlli della lavatrice;
- interruttori (14) e manopole (15): costituiscono i comandi di interfaccia tra
utente e macchina: comprendono per esempio l’interruttore per far iniziare
il ciclo, la manopola che regola la temperatura, quella che permette di
scegliere le varie opzioni di lavaggio e così via;
- “Unbalance Switch” (16): si tratta di un dispositivo che interrompe la
rotazione del cestello nel caso in cui la lavatrice sia troppo instabile
La lavatrice è poi costituita da un telaio che è composto dai seguenti elementi:
- traverse e pannelli di copertura (17): le traverse costituiscono la struttura
portante, mentre i pannelli di copertura hanno sia una funzione estetica, sia
una funzione di protezione dei componenti interni alla lavatrice;
- ammortizzatori (18): sono collegati da un lato alla parte inferiore della
vasca e dall’altro alla base della struttura portante della lavatrice; sono
solitamente due, posizionate nella parte posteriore della vasca e hanno una
funzione di supporto e di assorbimento delle vibrazioni;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
102
- molle (19): collegano la parte superiore della vasca alla struttura portante;
sono di solito due e posizionate nella parte anteriore. Così come gli
ammortizzatori servono per sorreggere la vasca e per attutire le vibrazioni;
- piedini d’appoggio del mobile (20).
Infine vi è il sistema di apertura che è rappresentato dall’oblò. Gli elementi che
costituiscono questo sistema sono:
- supporto principale (21): ha una forma circolare e nello spazio centrale è
situato il vetro;
- vetro (22): permette di vedere l’interno del cestello;
- maniglia (23): consente all’utente di aprire e chiudere l’oblò;
- sistema di chiusura (24): permette la chiusura rigida dell’oblò, necessaria
durante il ciclo di lavaggio.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
103
CAPITOLO TERZO:
L’INDAGINE BREVETTUALE
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
104
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
105
3. L’INDAGINE BREVETTUALE 3.1. Le invenzioni e i brevetti [SAVR00]
Le più importanti fonti per lo sviluppo di TRIZ sono stati i brevetti e le
informazioni tecniche. Al momento gli studiosi TRIZ hanno analizzato 2 milioni
di brevetti che rappresentano circa il 10% di tutti i brevetti presenti nel mondo.
Il principale risultato di questo studio è l’individuazione delle euristiche che
hanno favorito la soluzione di problemi non di routine. Spesso una euristica TRIZ
può aiutare ad effettuare il passo più importante nel processo di problem solving,
cioè a colmare il gap tra la situazione iniziale e quella desiderata.
Durante l’analisi dei brevetti provenienti da vari campi ingegneristici, Altshuller e
più tardi altri esperti TRIZ, scoprirono che sistemi tecnici e processi tecnologici
differenti evolvono nel tempo in modo simile. Questi studi hanno rivelato alcuni
trend generici nell’evoluzione dei technical systems e dei technological processes.
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di verificare l’esistenza di questi trend
(discussi nel primo capitolo) nel caso reale di un prodotto, la lavatrice, attraverso
l’analisi dei brevetti esistenti. Prima però di descrivere la metodologia di lavoro
utilizzata è utile fornire alcune informazioni riguardanti le invenzioni e i brevetti.
3.1.1. Ragioni, obiettivi e tipi di invenzione Ci sono due principali ragioni che portano allo sviluppo di nuove invenzioni:
- l’insorgere di un problema all’esterno di una technique (per esempio
derivante da una richiesta di mercato o dalla creatività di un inventore);
- l’insorgere di un problema all’interno di una technique (per esempio gli
sforzi volti al miglioramento della qualità o alla riduzione dei costi o nuovi
materiali e tecnologie).
Se un’invenzione soddisfa alcuni criteri, tra cui quello della novità, essa può
essere registrata sottoforma di un documento legale: il brevetto. I brevetti sono
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
106
l’unico monopolio legale valido in molti paesi. Spesso capita che separatamente
inventori sviluppino nuovi sistemi molto simili (per esempio il telefono o la
radio): in questi casi il brevetto stabilisce la priorità legale dell’invenzione.
I brevetti sono classificati a seconda del campo di applicazione. La maggior parte
di essi appartengono a settori quali la meccanica, la chimica, la termodinamica,
l’elettromagnetismo, l’elettronica, l’ottica e i software. Tuttavia un nuovo
dispositivo o una nuova tecnologia può appartenere a più di una categoria.
Al di là delle due ragioni già citate, ci sono varie motivazioni che portano alla
nascita di nuove invenzioni. Alcune di esse sono state riassunte da Edward e
Monika Lumsdaine [LUMS98]:
- come risposta ad una minaccia (radar, armi);
- come risposta ad un bisogno esistente;
- come risposta ad un bisogno futuro;
- per soddisfare una curiosità intellettuale;
- come risposta ad una emergenza;
- per aumentare le speranze di sopravvivenza e di sicurezza;
- per migliorare la qualità di vita;
- per facilitare la soluzione di problemi;
- per trasformare fallimenti in successi (post-it);
- per superare difetti;
- per ridurre i costi e diminuire gli sforzi necessari;
- per trovare nuovi utilizzi di prodotti vecchi;
- per migliorare continuamente il lavoro fatto da altri;
- per avere nuovi processi tecnologici;
- per trovare nuove applicazioni di tecnologie esistenti;
- per trovare nuovi materiali utilizzabili;
- in quanto si hanno a disposizione dei fondi per risolvere uno specifico
problema;
- per migliorare la posizione competitiva di una organizzazione.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
107
Esistono anche numerosi obiettivi delle invenzioni. Questi possono essere
suddivisi in tre categorie:
- tecnici (misura, controllo, applicazione);
- economici (ergonomia, ecologia);
- funzionali (automatizzazione, meccanizzazione, semplificazione,
riduzione, aumento, espansione, limitazione).
Spesso però un’invenzione, oltre al raggiungimento degli obiettivi prestabiliti, può
condurre anche a risultati positivi inattesi; tale fenomeno è chiamato in TRIZ
extra-effect. Il problema è che frequentemente questi effetti vengono trascurati
dall’inventore che tiene in considerazione solamente gli obiettivi decisi
inizialmente. Per evitare queste disattenzioni è possibile costruire dei
morphological boxes per ogni categoria di obiettivi.
Per quanto riguarda i tipi di invenzioni, questi sono stati proposti da diversi
ricercatori americani ed europei. John A. Kuecken [KUEC69] notò tre circostanze
che portano alla realizzazione di una invenzione:
1. La soluzione ingegnosa: viene trovata una soluzione in seguito
all’osservazione di un problema (per esempio l’uomo inventò la radio
dopo aver riscontrato il problema della comunicazione a lunga distanza).
2. L’applicazione ingegnosa: una proprietà viene notata e poi applicata nella
soluzione di un problema (per esempio l’uomo primitivo, prima notò le
proprietà del fuoco e poi lo utilizzò per scaldare la caverna).
3. L’annullatore di gap: un gap viene osservato da uno specialista che crea
qualcosa per colmarlo (per esempio una gomma da masticare al gusto di
mela).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
108
Molti anni dopo Kuecken, l’inventore e scrittore Gilbert Kivenson [KIVE82] separò
le invenzioni in alcune categorie:
- combinazione singola o multipla: una penna che scrive da una parte con
inchiostro e dall’altra con una matita crea delle proprietà non possedute
dai due strumenti presi separatamente;
- risparmiare lavoro: ogni volta che viene introdotta una nuova fonte di
lavoro, c’è sempre la possibilità di integrare la nuova fonte con i
dispositivi esistenti in modo da ridurre gli sforzi necessari o produrre di
più con lo stesso sforzo;
- soluzione diretta di un problema: il problema di ridurre la grandezza delle
valvole elettroniche fu risolto grazie all’invenzione del transistor;
- adattamento di un vecchio principio ad un vecchio problema per ottenere
un nuovo risultato: le punte delle matite per molti anni erano costituite da
grafite e argilla; non era possibile produrre questo tipo di punte con un
diametro minore di un millimetro. L’utilizzo della plastica ha permesso di
fabbricare punte robuste con un diametro di 0,6 e 0,3 millimetri, utili per
artisti e disegnatori;
- applicazione di un nuovo principio ad un vecchio problema: l’applicazione
di transistor al posto delle valvole elettroniche per la costruzione di protesi
acustiche;
- applicazione di un nuovo principio per un nuovo utilizzo: l’utilizzo dei
satelliti come mezzi di comunicazione per snellire il traffico esistente sul
suolo terrestre;
- serendipity: ne esistono due tipi:
• uno studioso è bloccato nella soluzione di un problema e un evento
casuale gli consente di giungere alla risposta;
• uno studioso scopre casualmente un nuovo principio indipendente dal
lavoro in cui è impegnato e lo applica con successo al contesto a cui si
riferisce.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
109
Vladimir Hubka, specialista in ingegneria e progettazione, propose una
classificazione dei sistemi tecnici basata sull’originalità del progetto e sul grado di
novità [HUBK88]:
- sistemi tecnici riutilizzati: alcuni sottosistemi, che svolgono determinate
funzioni, possono essere selezionati e riutilizzati senza alterazioni. Questi
comprendono parti standard come viti, chiavi, valvole e molle e parti che
possono essere usate in contesti differenti rispetto a quelli per i quali erano
state progettate;
- sistemi tecnici adattati: alcuni sistemi tecnici possono essere adattati per
svolgere nuovi compiti attraverso alcuni cambiamenti in termini di
grandezza, potenza, velocità, materiali e metodi di fabbricazione;
- sistemi tecnici riprogettati: nei sistemi tecnici riprogettati, solo le funzioni,
alcuni parametri e possibilmente i principi rimangono inalterati; nei
sistemi tecnici più complessi, le alterazioni coinvolgono la struttura;
- sistemi tecnici originali: nessun sistema tecnico può svolgere tutte le
funzioni richieste; spesso sono necessarie delle proprietà tecniche
aggiuntive o dei nuovi principi.
3.1.2. Livelli delle invenzioni Altshuller e Shapiro distinsero cinque livelli di invenzione basati sulla difficoltà
del problema, sulle differenze che si incontrano nel cercare una nuova soluzione
oppure migliorarne una già nota, sulla “distanza” tra la soluzione trovata e il
campo di conoscenze dell’inventore. I brevetti che presentavano una semplice
modifica ad un progetto furono inseriti nel livello più basso, quelli che
cambiavano in qualche modo il sistema furono considerati più inventivi e i
brevetti che riguardavano grandi scoperte scientifiche furono considerati i più
innovativi. Analizziamo ora i vari livelli di invenzione:
- Livello 1 (Regular): il primo livello include i problemi routine risolti dopo
qualche dozzina di tentativi attraverso metodi ben conosciuti all’interno di
una società. Le invenzioni appartenenti a questo livello sono caratterizzate
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
110
da piccoli e ricorrenti cambiamenti; approssimativamente circa il 32%
delle invenzioni fanno parte di questo livello8. Dal punto di vista TRIZ, i
brevetti del livello 1 non sono considerati invenzioni.
- Livello 2 (Improvement): il secondo livello include gli sviluppi di una
technique esistente (circa il 45% delle invenzioni; poche centinaia di
tentativi). I prototipi conosciuti subiscono cambiamenti qualitativi, ma non
sostanziali, solitamente grazie all’applicazione di metodi provenienti dallo
stesso campo ingengneristico del sistema esistente e a conoscenze
specifiche dell’inventore. Le soluzioni appartenenti al livello 2 offrono
piccoli miglioramenti alla technique esistente attraverso la riduzione delle
contraddizioni. Quando i problemi sono risolti ai livelli 2-5, il risolutore è
considerato inventore dal punto di vista TRIZ.
- Livello 3 (Invention Inside Paradigm): le invenzioni appartenenti a questo
livello sono caratterizzate da miglioramenti sostanziali e cambiamenti
radicali attraverso l’utilizzo di metodi e conoscenze provenienti da altre
discipline, anche lontane dal campo di applicazione del sistema esistente
(18% delle invenzioni; dozzine di migliaia di tentativi). Le invenzioni del
terzo livello migliorano significativamente i sistemi, spesso attraverso
l’introduzione di sottosistemi interamente nuovi.
- Livello 4 (Breakthrough Outside Paradigm): a questo livello appartengono
circa il 4% delle invenzioni ottenute grazie a centinaia di migliaia di
tentativi; sono caratterizzate da una nuova idea che non ha praticamente
niente in comune con il prototipo. Le soluzioni che fanno parte del quarto
livello sono innovazioni che utilizzano un principio completamente
differente per la funzione primaria; inoltre le contraddizioni vengono
eliminate in quanto la loro esistenza è impossibile all’interno del nuovo
sistema. Infine le invenzioni di questo livello sfruttano effetti fisici e non
solo, poco conosciuti negli anni precedenti.
- Livello 5 (Discovery): il quinto livello include invenzioni (meno dell’1%
del totale; milioni di tentativi) radicalmente nuove legate a grandi scoperte
nelle scienze di base e nelle nuove scienze o a nuovi bisogni. Solitamente 8 Le percentuali provengono da un’analisi effettuata tra il 1956 e il 1969 su brevetti provenienti da 14 classi.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
111
una nuova idea compare a causa del cambiamento della funzione primaria
del prototipo e all’avvento di nuovi sottosistemi in grado di svolgere la
nuova funzione. Le soluzioni appartenenti al livello 5 esistono al di fuori
dei confini delle conoscenze scientifiche contemporanee e di solito si
trovano tra la scienza e l’ingegneria. Alla base di queste invenzioni vi è la
scoperta di nuovi effetti o fenomeni, applicati in seguito a problemi
inventivi. Nella tabella 3.1. sono riassunti i cinque livelli con le relative
caratteristiche.
Livello Natura Numero di Provenienza soluzione Percentuale della soluzione tentativi Brevetti I Ovvia Qualche dozzina Campo specifico 32% II Poche modifiche Poche centinaia Singolo ramo 45% di una tecnologia
III Cambiamenti radicaliDozzine di
migliaia Altri rami 18% tecnologici
IV Soluzione largamente Centinaia di Dalla scienza: piccola 4% applicabile migliaia conoscenza di fenomeni fisici, chimici V Scoperta, Milioni Al di là dei limiti della < 1%
prima sconosciuta scienza contemporanea Tabella 3.1. Livelli di invenzione
Una scoperta di quinto livello sta alla base delle invenzioni appartenenti agli altri
quattro livelli. Per esempio il laser, tecnologia scoperta negli anni ’60 è ora
abitualmente usato negli strumenti di misura, in campo medico, nei lettori ottici e
così via.
Una questione ancora aperta è se la distribuzione delle invenzioni nei vari livelli
sia costante o vari nel tempo. A questo scopo Altshuller analizzò nel 1982 dei
brevetti russi appartenenti a 3 differenti classi; i criteri furono gli stessi utilizzati
negli anni 1956-1969. Il risultato fu che il 39% dei brevetti apparteneva al livello
1, il 55% al livello 2 e il 6% al livello 3. Invenzioni di quarto e quinto livello non
furono trovate. Il cambiamento probabilmente era dovuto alle variazioni
statistiche tra campioni.
In generale, il livello di una invenzione dipende dal problema e dalla soluzione,
dal momento che un singolo problema può avere soluzioni a differenti livelli e
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
112
una singola soluzione (solitamente vicina all’IFR) può risolvere problemi anche in
questo caso appartenenti a diversi livelli.
Il livello di un problema può essere stimato come lg (D), dove lg è il logaritmo
decimale e D è la difficoltà9 del problema. Purtroppo, per molti problemi
complicatissimo determinare la difficoltà.
Infine, è possibile affermare che il livello non è solo una proprietà di un nuova
technique, ma serve anche per mettere in evidenza le differenze che un sistema
tecnico o un processo tecnologico hanno rispetto al prototipo.
3.1.3. La realizzazione delle invenzioni Altshuller concentrò le sue indagini sui principi utilizzati nelle soluzioni
appartenenti ai livelli 2, 3 e 4. Le soluzioni di livello 1 furono ignorate perché non
innovative, mentre le soluzioni di livello 5 non furono considerate perché,
basandosi sulla conoscenza di nuovi fenomeni naturali e di nuovi bisogni umani,
non potevano essere accostate a quelle degli altri livelli. Altshuller sosteneva che
poteva aiutare chiunque a sviluppare invenzioni di livello 2, 3, e 4 grazie allo
studio di un numero elevato di brevetti. Tali studi, infatti, avrebbero permesso al
risolutore di identificare le euristiche necessarie per la soluzione di problemi
inventivi. Altshuller osservò che le stesse soluzioni erano ripetutamente utilizzate
anche in campi ingengeristici differenti e a distanza di vari anni. Da ciò capì che
le soluzioni dei livelli 1, 2 e 3 potevano essere trasferite da un campo di
applicazione all’altro, tanto che il 95% dei problemi riscontrati in un determinato
campo sono già stati risolti in altri campi. Dunque l’accesso a tali soluzioni
dovrebbe ridurre il numero di anni che intercorre tra le varie invenzioni con un
conseguente miglioramento di efficienza dei processi di innovazione e di problem
solving.
Tuttavia ci sono molte barriere che limitano lo sviluppo di invenzioni ed
innovazioni. Altshuller, a tale proposito, scrisse: “Se qualcuno decide di
sviluppare un sistema tecnico completamente nuovo quando quello vecchio è
ormai al termine della sua crescita, la strada verso il successo e verso
9 D = V/S dove V è il numero di varianti possibili e S è il numero dei passi che conducono a soluzioni accettabili
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
113
l’accettazione da parte della società è lunga e difficile. La principale difficoltà è
dimostrare che il nuovo sistema è possibile e necessario”[ALTO96]. In altre parole,
l’inventore deve essere cauto, in quanto il mercato potrebbe non accettare progetti
troppo avanzati e limitare così il loro sviluppo.
3.2. I brevetti
Come abbiamo già accennato, il brevetto è lo strumento giuridico che conferisce
all'autore di un’invenzione il monopolio temporaneo di sfruttamento
dell’invenzione stessa, ossia il diritto di escludere terzi dall’attuare l’invenzione e
dal trarne profitto. Il brevetto rappresenta pertanto un monopolio legale, se pur
limitato territorialmente e temporalmente. Tale monopolio legale si giustifica con
il fatto che il sistema brevettuale è basato su una forma di scambio: il titolare del
brevetto riceve protezione per la propria invenzione e in cambio è obbligato a
svelare e a descrivere l’invenzione. Le domande di brevetto e i brevetti già
concessi sono infatti pubblicati dagli uffici brevetti di tutto il mondo e ciò li rende
una primaria fonte di informazione tecnico-scientifica. Offrendo protezione in
cambio di divulgazione, il sistema brevettuale crea incentivi ad investire in ricerca
e sviluppo e garantisce alla società l’acquisizione immediata delle idee innovative.
Il numero di brevetti presenti nel mondo è grandissimo; ne esistono, infatti, più di
20 milioni. Ogni brevetto contiene informazioni riguardo all’innovazione in
questione, all’area tecnologica a cui si riferisce l’invenzione, all’inventore e ad
eventuali altri brevetti a cui fa riferimento [JAFF02]. In particolare il brevetto è
costituito principalmente da cinque parti:
- dati bibliografici: in questa sezione sono riportate informazioni riguardanti
l’inventore, la società, il numero del brevetto, la data di consegna e di
pubblicazione, la classe brevettuale e gli eventuali brevetti citati;
- riassunto (abstract): viene descritta in breve l’invenzione, solitamente con
l’apporto di una figura significativa;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
114
- preambolo (background of the invention): in questa parte trovano
chiarimento l’oggetto dell'invenzione, le sue applicazioni, il problema
tecnico da risolvere, le principali soluzioni note, i vantaggi offerti
dall'invenzione, la sua idea di soluzione;
- descrizione: viene descritta nel dettaglio l’invenzione con riferimento ad
alcuni disegni;
- rivendicazioni (claims): si tratta di una serie di clausole nelle quali trovano
definizione le soluzioni inventive di cui si rivendica la privativa; una
forma tipica di stesura delle rivendicazioni prevede una prima
rivendicazione, detta rivendicazione principale, che descrive l’oggetto
inventato, e una serie di rivendicazioni dipendenti dalla principale relative
a forme preferite di realizzazione di tale oggetto.
3.2.1. Le classi brevettuali Chiunque abbia intenzione di richiedere un brevetto o un marchio, sia a livello
nazionale che internazionale, deve essere in grado di comprendere se la propria
invenzione è completamente nuova o è già presente; ciò è possibile solamente
attraverso la ricerca di numerose informazioni. Per facilitare tale ricerca la
WIPO10 (World Intellectual Property Organization) creò la International Patent
Classification (IPC), un sistema di classificazione avente l’obiettivo di
organizzare le informazioni riguardanti i brevetti in modo strutturato. L’IPC fu
creato nel 1968 in un formato internazionale standard e viene riveduto ogni 5 anni
con lo scopo di migliorarlo tenendo in considerazione lo sviluppo tecnologico
(l’edizione corrente è l’ottava). Questa classificazione, che viene utilizzata da tutti
gli uffici brevetti, ha una struttura gerarchica ed è suddivisa in 8 sezioni, 120
classi, 628 sottoclassi e quasi 69.000 gruppi (dei quali approssimativamente il
10% sono “gruppi principali”, ed il resto sono “sotto gruppi”). Ad ogni invenzione
relativa ad uno specifico campo tecnologico viene assegnato (da una commissione
dell’ufficio brevetti presso il quale ci si rivolge) uno specifico codice di
10 La WIPO è un'organizzazione intergovernativa che promuove la tutela della proprietà intellettuale in tutto il mondo. La WIPO gestisce oltre 16 trattati multilaterali riguardanti gli aspetti giuridici e amministrativi della proprietà intellettuale.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
115
classificazione per la sezione, la classe, la sottoclasse, ed il gruppo nei quali
risulta rientrare.
Il livello più alto è rappresentato, come abbiamo visto, dalle sezioni. Le sezioni
indicano i campi tecnologici a cui le invenzioni appartengono; ogni sezione è
indicata attraverso una lettera dell’alfabeto (dalla A alla H):
A. Human Necessities
B. Performing Operations; Transporting
C. Chemistry; Metallurgy
D. Textiles; Paper
E. Fixed Constructions
F. Mechanical Engineering; Lighting; Heating; Weapons; Blasting
Engines or Pumps
G. Physics
H. Electricity
Il secondo livello è rappresentato dalle classi, indicate con un numero a due cifre;
ogni classe è accompagnata da un titolo che ne permette di comprendere il
contenuto. Per esempio se prendiamo in considerazione la sezione D (Textiles;
Paper), alcune delle sue classi sono:
- D 01 Natural or artificial threads or fibres; spinning
- D 02 Yarns; mechanical finishing of yarns or ropes; warping or beaming
- D 03 Weaving
- D 04 Braiding; lace-making; knitting; trimmings; non-woven fabrics
- D 06 Treatment of textiles or the like; laundering; flexible materials not
otherwise provided for
Ogni classe si suddivide a sua volta in una o più sottoclassi distinte di nuovo da
lettere. Continuando l’esempio di prima, consideriamo la classe D 06; alcune delle
sue sottoclassi sono:
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
116
- D 06 B Treating textile materials by liquids, gases or vapours
- D 06 C Finishing, dressing, tentering or stretching textile fabrics
- D 06 F Laundering, drying, ironing, pressing or folding textile articles
- D 06 G Mechanical or pressure cleaning of carpets, rugs, sacks, hides or
other skin or textile articles or fabrics; turning inside-out flexible tubular
or other hollow articles
L’ultimo livello è rappresentato dai gruppi e dai sottogruppi. Ogni gruppo è
indicato da un numero a una, due o tre cifre; per esempio, riprendendo dalla
sottoclasse D 06 F:
- D 06 F 1 Washing receptacles
- D 06 F 11 Washing machines using rollers, e.g. of the mangle type
- D 06 F 18 Washing machines having receptacles, stationary for washing
purposes, and having further drying means
- D 06 F 37 Details of washing machines of kinds covered by groups D06F
21/00 to D06F 25/00, restricted to machines of these kinds
Infine i sottogruppi sono indicati da un numero a due cifre preceduto da una barra
obliqua (“/”). Partendo dal gruppo D 06 F 37 si ha per esempio:
- D 06 F 37 /02 Rotary receptacles, e.g. drums
- D 06 F 37 /10 Doors; Securing means therefore
- D 06 F 37 /26 Casings; Tubs
Oltre all’IPC, esistono altri sistemi di classificazione; uno di questi è la “European
Classification” (ECLA), che è una estensione del sistema IPC. L’ECLA contiene
oltre 132200 suddivisioni, circa 62000 in più rispetto all’IPC ed è più precisa e
sistematica. Il compito di classificare i brevetti secondo la classificazione europea
è affidato ad alcuni esaminatori dello European Patent Office; l’ECLA, così come
l’IPC viene rivisto periodicamente.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
117
Un ultimo sistema di classificazione importante è il “United States Patent
Classification System” (USPC), che suddivide i brevetti americani in base all’area
tecnologica in cui si trova l’invenzione.
Un principio fondamentale di questo sistema è che ogni classe è creata a partire da
una prima analisi delle invenzioni presenti sui brevetti americani. Tutte le
invenzioni simili sono raggruppate nella medesima classe; queste classi sono poi
suddivise in unità di ricerca più piccole, chiamate sottoclassi.
L’USPC comprende tre grandi categorie, chimica, elettrica e meccanica che danno
origine a 400 classi, suddivise a loro volta in circa 125000 sottoclassi. Tuttavia ci
sono continui cambiamenti in questo sistema: vengono create spesso nuove classi
e sottoclassi a causa dei nuovi sviluppi scientifici e tecnologici, mentre altre
vengono eliminate quando diventano obsolete. Ciò è possibile grazie ai continui
aggiornamenti che vengono effettuati più volte all’anno.
3.2.2. Database brevettuali Per effettuare un indagine brevettuale sono disponibili alcuni database on-line in
parte a pagamento e in parte gratuiti. In particolare, in questo lavoro sono stati
utilizzati i database gratuiti dello “European Patent Office” (www.espacenet.com),
dello “United States Patent and Trademark Office” (www.uspto.gov), e i database
a pagamento “Goldfire Innovator”, messoci a disposizione dall’Engineering
Center di Whirlpool Europe, “Patbase”, fornitoci dalla Prof.ssa Caterina Rizzi e
dall’ Ing. Daniele Regazzoni dell’Università degli Studi di Bergamo e
“Delphion”, grazie alla disponibilità dell’Ing. Roberto Nani.
La procedura di ricerca dei vari database è molto simile; tutti permettono di
effettuare lo screening inserendo una o più parole da ricercare nel titolo e/o
nell’abstract, il “publication number” o l’“application number”, l’anno di
pubblicazione, la società detentrice del brevetto, l’inventore e la classe
brevettuale. Tuttavia esistono delle differenze, illustrate nei paragrafi seguenti.
Patbase
Patbase è un database che contiene brevetti e informazioni storiche che risalgono
fino agli inizi del ‘900; è stato sviluppato in collaborazione con Minesoft Ltd e
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
118
RWS Group. Patbase offre più di 10 milioni di documenti scaricabili
integralmente provenienti dalle autorità brevettuali americana, europea,
britannica, tedesca e francese; permette inoltre di effettuare nuove ricerche a
partire dalle citazioni presenti nei brevetti. La ricerca può essere condotta
utilizzando i sistemi di classificazione IPC, USPC ed ECLA. E’ possibile
utilizzare anche uno strumento di analisi statistica che permette di osservare la
frequenza con cui si ripete una determinata classe, di confrontare l’attività
brevettuale di diverse aziende, di localizzare un insieme di brevetti all’interno di
una specifica area tecnologica o semplicemente di identificare la classificazione
più appropriata per un particolare oggetto della ricerca.
Goldfire Innovator
Goldfire Innovator è di proprietà di Invention Machine Corporation, società
americana che fornisce software basati sul TRIZ per il miglioramento
dell’efficienza aziendale. Questo prodotto comprende cinque strumenti che sono
rappresentati nella figura 3.5.
Figura 3.5. Gli strumenti di Goldfire Innovator
L’optimizer workbench è uno strumento utile per l’attività di problem solving;
permette di individuare e analizzare i problemi per favorire la loro soluzione. Il
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
119
researcher è un motore di ricerca semantico dei brevetti che consente l’analisi dei
trend di evoluzione (innovation trend analysis).
Per quanto riguarda l’innovation intelligence, Goldfire permette l’accesso a più di
15 milioni di brevetti provenienti da tutto il mondo, a più di 3000 siti web
scientifici e possiede un database di oltre 8000 risultati scientifici.
Delphion
Delphion, che ora fa parte di Thomson Corporation, fu creato nel 2000 da IBM, in
particolare dalla Intellectual Property Network. Oggi, Delphion rappresenta una
delle principali fonti di ricerca di informazioni riguardanti i brevetti.
Il database comprende:
- United States Patents – Applications (US): contiene il testo completo e le
immagini di tutte le richieste di brevetto pubblicate dall’USPTO dal marzo
2001 a oggi.
- United States Patents – Granted (US): contiene testo completo ed
immagini di tutti I brevetti pubblicati dall’USPTO dal 1974 e testo
bibliografico ed alcune immagini dal 1971.
- Derwent World Patent Index (DWPI): si tratta del più grande database di
informazioni brevettuali nel mondo; ha al suo interno più di 13 milioni di
invenzioni a partire dal 1963 provenienti da 41 differenti autorità
internazionali.
- European Patents - Applications (EP-A): l’archivio EP-A contiene le
richieste di brevetto pubblicate dallo European Patent Office dal 1979.
- European Patents - Granted (EP-B): l’archivio EP-B contiene I brevetti
pubblicati dallo European Patent Office a partire dal 1980.
- German Patents – Applications: comprende le richieste di brevetto
tedesche pubblicate dal German Patent and Trademark Office dal 1968.
- German Patents – Granted: comprende i brevetti tedeschi pubblicate dal
German Patent and Trademark Office dal 1968.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
120
- INPADOC Family and Legal Status: INPADOC è uno dei più grandi
archivi di brevetti presenti nel mondo. Esso contiene documenti
provenienti da 71 paesi e informazioni legali da 42 uffici brevetti.
- Patent Abstracts of Japan (PAJ): contiene la descrizione e l’immagine più
rappresentativa di brevetti giapponesi a partire dal 1976.
- Switzerland (CH): include immagini di più di 17000 brevetti svizzeri e più
di 250000 informazioni bibliografiche dal 1969 ad oggi.
- WIPO PCT Publications (WO): PCT sta per “Patent Cooperation Treaty”.
Le pubblicazioni PCT comprendono tutte le informazioni di brevetti
provenienti da più di 175 paesi (compresi gli Stati Uniti) dal 1978 ad oggi.
Delphion consente di effettuare la ricerca di brevetti in vari modi:
- inserendo il numero del brevetto;
- utilizzando operatori booleani;
- attraverso una ricerca avanzata;
- inserendo una classe brevettuale;
- ricercando in più database contemporaneamente.
Delphion possiede inoltre alcuni strumenti analitici:
- citation link: crea mappe grafiche dei riferimenti contenuti nei brevetti;
- snapshots: permette una veloce analisi on-line dei risultati attraverso
diagrammi a barre;
- patentlab-II: supporta un’analisi off-line dei risultati con grafici e
diagrammi a 3 dimensioni;
- clustering: effettua analisi linguistiche;
- corporate tree: facilita la ricerca basata sul nome della società detentrice
del brevetto.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
121
The United States Patent and Trademark Office
Lo United States Patent and Trademark Office (USPTO) è una agenzia federale
appartenente al Dipartimento del Commercio americano. Il ruolo di questa
agenzia è quello di rilasciare brevetti per la protezione delle invenzioni. Lo
USPTO lavora in collaborazione con il Presidente degli Stati Uniti, con il
Segretario del Commercio e con gli altri uffici del Dipartimento del Commercio in
tutte quelle attività che riguardano la “proprietà intellettuale”.
All’interno del sito www.uspto.gov è possibile effettuare la ricerca dei brevetti
tramite il motore di ricerca FirstGov. Anche con questo strumento è possibile
eseguire lo screening utilizzando una ricerca rapida, un ricerca avanzata o
inserendo direttamente il numero del brevetto. Il database contiene i brevetti
depositati negli Stati Uniti a partire dal 1790. Tuttavia solo quelli dal 1976 in poi
possiedono il testo completo; gli altri sono visualizzabili solamente come
immagine.
The European Patent Office
Lo European Patent Office (EPO) ha il compito di rilasciare brevetti europei per
gli stati appartenenti alla European Patent Convention (EPC), che fu firmata a
Monaco il 5 Ottobre del 1973 ed entrò in vigore il 7 Ottobre 1977. Le attività
dell’EPO sono supervisionate dal Organisation’s Administrative Council,
composto dai delegati dei paesi membri.
L’EPO, con la collaborazione della European Patent Organisation e della
European Commission lanciò nel 1998 Esp@cenet, un servizio on-line per la
ricerca gratuita di informazioni riguardanti i brevetti. Con Esp@cenet, è possibile
effettuare la ricerca di brevetti tramite il “Worldwide Database”, che contiene
brevetti provenienti da oltre 72 paesi del mondo, tramite l’”International Patent
Classification” (IPC) oppure attraverso la “European Classification” (ECLA). Per
effettuare lo screening dei brevetti, Esp@cenet mette a disposizione:
- una ricerca rapida: consente di cercare parole nel titolo o nel riassunto
(abstract) o individuare inventore o società;
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
122
- una ricerca avanzata: consente di ricercare il brevetto inserendo una o più
parole da ricercare nel titolo e/o nell’abstract, il “publication number” o
l’”application number”, l’anno di pubblicazione, la società detentrice del
brevetto, l’inventore e la classe brevettuale;
- una ricerca numerica: permette di trovare il brevetto richiesto inserendo
semplicemente il numero che lo identifica.
3.2.3. Il metodo di ricerca Gli strumenti che consentono di effettuare indagini brevettuali costituiscono la
base di questo lavoro di tesi. L’obiettivo è infatti quello di analizzare i brevetti
relativi ad alcuni sottosistemi del prodotto lavatrice per individuarne l’evoluzione
e confrontarla con i trend evolutivi sviluppati dal metodo TRIZ. Innanzitutto è
stato scelto il sottosistema “vasca” in quanto risulta essere un elemento
fondamentale, in un certo senso il cuore della lavatrice, senza il quale il sistema
non avrebbe la possibilità di esistere. Come vedremo nel capitolo successivo,
infatti, la vasca era il componente di base delle prime lavatrici ed ha giocato un
ruolo importante in tutte le principali tappe evolutive. L’indagine brevettuale è
stata effettuata utilizzando principalmente Esp@cenet. Questo database, infatti,
oltre ad essere gratuito, quindi utilizzabile da qualsiasi postazione internet, è di
facile utilizzo e permette una ricerca rapida; inoltre, a differenza di Delphion e di
Goldfire, contiene brevetti a partire dal secolo scorso. Tuttavia, nella ricerca dei
brevetti antecedenti il 1900 è stato preferito il database dello United States Patent
and Trademark Office per via della maggior completezza. Marginalmente sono
stati utilizzati anche Patbase, Delphion e Goldfire, che hanno consentito una
ricerca molto rapida, ma incompleta, a causa di problemi logistici che rendevano
difficile il loro utilizzo.
Per quanto riguarda la vera e propria ricerca dei brevetti, sono stati individuati,
dopo alcuni tentativi i criteri (Figura 3.6.) che consentivano di ottenere i risultati
migliori.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
123
Figura 3.6. Criteri utilizzati per la ricerca dei brevetti riguardanti il sottosistema vasca Fonte: Espacenet.com
Innanzitutto, come si può notare dalla figura, è stato scelto il “Worldwide
Database” in quanto risulta essere il più completo.
E’ stata poi utilizzata l’International Patent Classification, che come si è visto in
precedenza è la classificazione più importante e maggiormente impiegata nel
mondo. Le classi che riguardano il sottosistema “vasca” sono:
- D06F37/26 Casings; Tubs
- D06F37/04 Adapted for rotation or oscillation about a horizontal or
inclined axis
La seconda classe mette in evidenza il fatto che si è voluto escludere la ricerca
delle vasche appartenenti a lavatrici ad asse verticale.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
124
In secondo luogo è stata limitata la ricerca a brevetti WO, EP, US (americani), GB
(britannici), DE (tedeschi) e IT (italiani); in questo modo sono stati esclusi quelli
asiatici, le cui invenzioni hanno avuto uno sviluppo differente.
Infine, si è deciso di ricercare solo i brevetti che contenessero la parola “tub”
(vasca in inglese) nel titolo o nel riassunto in modo da restringere il campo
ulteriormente, escludendo le innovazioni che non erano strettamente correlate
all’oggetto d’interesse.
Il secondo sottosistema preso in considerazione è stato il dispositivo di erogazione
del detersivo, che comprende la vaschetta e tutti quei componenti che consentono
al detergente di raggiungere la vasca (valvole, tubi, ecc.). La ricerca dei brevetti
relativi a questo sottosistema è stata effettuata avvalendosi solamente di
Esp@cenet; i criteri utilizzati sono sintetizzati nella figura 3.7.
Figura 3.7. Criteri utilizzati per la ricerca dei brevetti riguardanti il sottosistema dispositivo di erogazione del detersivo Fonte: Espacenet.com
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
125
Così come per la vasca è stato scelto il “Worldwide Database” e l’International
Patent Classification. La classe inserita per la ricerca è:
- D06F39/02 Devices for adding soap or other washing agents
Anche in questo caso si è deciso di limitare l’indagine a brevetti WO, EP, US,
GB, DE e IT e di restringere il campo ricercando solo quelli che presentavano nel
titolo o nel riassunto la parola “dispenser”.
Una volta scaricati i brevetti, si è proceduto all’analisi delle invenzioni, i cui
risultati sono riportati nei prossimi capitoli.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
126
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
127
CAPITOLO QUARTO:
ANALISI EVOLUTIVA
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
128
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
129
4. ANALISI EVOLUTIVA 4.1. Analisi del super-system lavatrice
4.1.1. Tappe evolutive [CANA06] Il sistema lavatrice ha avuto un’evoluzione significativa, soprattutto durante il
ventesimo secolo.
Inizialmente i vestiti venivano lavati immergendoli in acqua corrente e colpendoli
con delle pietre; tuttavia, l’utilizzo di queste ultime non fu più necessario quando
nel 1797 venne inventato l’asse per strofinare.
Nella prima metà del diciannovesimo secolo furono ideate centinaia di lavatrici
meccaniche azionabili a mano; i primi modelli lavavano i vestiti strofinandoli,
mentre modelli successivi utilizzavano dei meccanismi per muovere ed agitare i
panni nell’acqua.
Nel 1850 fu applicata la forza motrice del vapore a delle lavatrici di tipo
commerciale, anche se le lavatrici destinate all’utilizzo domestico venivano
ancora azionate a mano.
Il primo modello di lavatrice a tamburo fu introdotto da James King nel 1851 e
nel 1863 Hamilton E. Smith brevettò la prima lavatrice con la possibilità di
invertire la rotazione del cestello.
Nel 1874, William Blackstone ideò una
lavatrice in legno, azionata a mano con
un dispositivo di ingranaggi; da allora
solo in quel decennio furono brevettate
circa 5000 tipi di lavatrici diverse.
Per quanto riguarda i metodi di estrazione
dell’acqua dai vestiti, il primo strizzatoio
comparve nel 1847 mentre nel 1861 fu
brevettato uno strizzatoio formato da due
rulli (figura 4.1.); il concetto di centrifuga
Figura 4.1. Strizzatoio brevettato nel 1882 da T. J. Mayall
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
130
per l’estrazione dell’acqua apparve per la prima volta in un brevetto del 1873.
La prima lavatrice con motore elettrico (la “Thor”) fu inventata da Alva J. Fischer
e introdotta nel 1908 dalla Hurley
Machine Company (Figura 4.2.), ma non
ebbe molto successo in quanto vi era il
problema che l’acqua entrava facilmente
in contatto con il motore, provocando
corto circuiti. Per superare tale problema,
a partire dagli anni ’20 furono costruite
vasche prima in rame e poi in metallo
che avevano anche la funzione di
irrobustire la struttura della macchina
[BELL01].
La Beatty Brothers di Fergus fu la prima
società a produrre una lavatrice con
agitatore, un dispositivo che permetteva
di rimescolare i vestiti favorendo un
lavaggio efficiente (figura 4.2.). Tale
invenzione consentì la diffusione delle
prime lavatrici ad asse verticale che sostituirono in parte la configurazione ad asse
orizzontale. Ciò accadde soprattutto negli Stati Uniti, dove la Maytag Company, a
partire dal 1922 iniziò a distribuire questo tipo di macchina [MAYT06].
Altra invenzione importante degli anni ‘20 fu l’introduzione nelle lavatrici di
scaldatori d’acqua elettrici e a gas, che tuttavia non furono molto utilizzati almeno
fino agli anni ’40.
Nel 1930, ci fu un ulteriore passo verso la completa automatizzazione della
lavatrice, grazie ad una nuova pompa drenante motorizzata che consentiva di
estrarre l’acqua facilmente e non più manualmente.
Nel 1937, un distaccamento della Bendix Aviation Corporation avviò uno dei più
significativi miglioramenti nelle macchine lavatrici; si trattava di un apparecchio
Figura 4.2. Prima lavatrice con motore elettrico, brevettata da Alva J. Fischer nel 1908
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
131
inventato da John W. Chamberlain in grado di lavare, risciacquare ed estrarre
l’acqua automaticamente e in un solo processo.
La prima lavatrice automatica a carica dall’alto fu introdotta nel 1947 dalla
Nineteen Corporation, ora Whirlpool; questa lavatrice era equipaggiata con un
nuovo dispositivo, il timer, che permetteva
di predeterminare la durata del ciclo di
lavaggio, senza doverlo monitorare
costantemente.
A partire dagli anni ’50, molti produttori
americani aggiunsero alle lavatrici che
distribuivano, la funzione di centrifugazione
che sostituiva definitivamente l’utilizzo
dello strizzatoio. Nel 1957, la GE
introdusse una nuova lavatrice con 5
comandi che consentivano di controllare la
temperatura dell’acqua di lavaggio, quella
dell’acqua per il risciacquo, la velocità di
agitazione e la velocità di rotazione.
Da allora, anche con l’avvento
dell’elettronica, sono state molte le
innovazioni che hanno portato ad un netto miglioramento del sistema. Negli ultimi
anni in particolare i miglioramenti hanno riguardato la riduzione dei consumi, dei
costi di produzione ed una maggiore attenzione all’utilizzo di materiali più
facilmente riciclabili.
Di seguito sono indicate le principali tappe dell’evoluzione del sistema [MILE05]:
• 1797 Introduzione del primo asse per strofinare che utilizza bordi corrugati
per rimuovere lo sporco dai vestiti.
• 1846 Brevettata negli USA una delle prime lavatrici manuali che,
attraverso delle leve, simula il movimento delle mani per strofinare i
vestiti sul bordo della vasca..
Figura 4.3. Agitatore brevettato dai fratelli Beatty nel 1929
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
132
• 1851 James King brevetta la prima lavatrice ad usare un cestello.
• 1858 Hamilton Smith brevetta la “rotary washing machine”: la vasca
cilindrica muove l’acqua grazie all’utilizzo di pale.
• 1861 Introduzione dello strizzatoio per estrarre l’acqua dai panni.
• 1873 Introdotta la prima lavatrice che utilizza la centrifuga per estrarre
l’acqua.
• 1874 William Blackstone inventa un nuovo tipo di lavatrice. Questa
macchina è formata da una vasca e da un piatto con sei pale in legno.
• 1908 Alva Fisher inventa la prima lavatrice con motore elettrico. Il motore
è fissato ad un lato della macchina.
• 1922 Maytag aggiunge l’agitatore alle sue lavatrici.
• 1930 Introduzione di una pompa drenante a motore per l’estrazione
dell’acqua dalla vasca.
• 1937 La Bendix Corporation introduce la prima lavatrice automatica che
lava, risciacqua ed estrae l’acqua in un unico processo.
• 1947 La Nineteen Hundred Corporation (Whirlpool) inventa la prima
lavatrice automatica con carica dall’alto. Dello stesso anno sono la prima
lavatrice automatica con agitatore della GE e l’introduzione del timer.
• 1949 Introduzione del “Punched Card Control” (schede perforate).
• 1950s In questi anni i produttori iniziano a distribuire lavatrici con la
funzione di centrifugazione che rimpiazza definitivamente lo strizzatoio.
Vengono inoltre introdotti l’erogatore di detersivo e il filtro.
• 1957 GE equipaggia le proprie lavatrici con comandi per il controllo della
temperatura di lavaggio, della velocità di agitazione e di rotazione.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
133
• 1965 Whirlpool Corporation introduce il “Permanent Press Cycle”,
un’innovazione che riduce le pieghe formate durante il processo di
lavaggio [WHIR01].
• 1978 Introduzione del microchip.
• 1980 Whirlpool Corporation introduce il primo sistema senza cinghia, o
“Direct Drive”. Questa innovazione elimina il bisogno di sostituzione della
cinghia [WHIR01].
• 2001 Lavatrice che lava e asciuga riutilizzando l’aria calda prodotta dal
motore.
• 2001 Introdotta in Giappone la prima lavatrice che lava senza detersivo
sfruttando gli ultrasuoni e l’elettrolisi dell’acqua [CRIP01].
4.1.2. Analisi delle curve a S L’analisi dei cicli temporali del sistema preso in considerazione è stata svolta
partendo dall’andamento del numero di brevetti nel corso degli anni e di alcuni
fattori di performance relativi alla technique d’interesse; successivamente è stato
analizzato l’andamento del numero di brevetti per i sottosistemi già illustrati in
precedenza.
Per il reperimento dei dati è stato utilizzato il database dello “European Patent
Office” (www.espacenet.com), ed in particolare la ricerca si è svolta attraverso
l’utilizzo della classificazione IPC (International Patent Classification); un sistema
di classificazione avente l’obiettivo di organizzare le informazioni riguardanti i
brevetti in modo strutturato e già illustrato nel capitolo terzo.
Il grafico 4.1. mostra l’andamento del numero di brevetti per quanto riguarda il
campo tecnologico D06F (Laundering, drying, ironing, pressing or folding textile
articles) concentrando però la ricerca solo sulla technique “Washing machine”.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
134
0
5001000
15002000
2500
30003500
40004500
5000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.1. Numero di brevetti relativi alla classe D06F dal 1900 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet Dal grafico è possibile notare la presenza delle varie fasi del ciclo di vita della
technique; in particolare la fasi di nascita ed infanzia vanno dagli inizi del 1900
fino al 1940, la fase di crescita prosegue fino alla fine degli anni ’70 in
corrispondenza del flesso della curva di tendenza, mentre la fase di maturità
risulta quasi conclusa.
Il primo parametro di efficienza preso in esame è il consumo di energia elettrica
ed in particolare i KWh consumati per un ciclo di lavaggio.
Nel grafico 4.2. è mostrato l’andamento del parametro KWh/Cycle del 1972 al
2001.
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,8
4
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Grafico 4.2. Consumo in KWh/Cycle dal 1972 al 2001 calcolato come media pesata delle lavatrici in uso
Fonte: Association of Home Appliance (AHAM)
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
135
L’andamento di questo parametro mostra un miglioramento dei consumi del
sistema; durante gli anni, la vasca di lavaggio ha subito molte trasformazioni, tra
le quali un aumento del volume medio. Per questo motivo, per evidenziare
l’efficienza del sistema, si dovrebbe rapportare il volume della vasca, e quindi il
volume di panni lavati, ai KWh consumati al ciclo di lavaggio.
Il secondo parametro preso in considerazione è chiamato EF (Energy Factor);
questo termine di valutazione è stato applicato dal DOE (Department of Energy of
United States) come metodo di misura del consumo energetico per macchine
lavatrici ed è calcolato come il rapporto tra il volume della vasca ed il consumo in
KWh per ciclo di lavaggio [CONS02].
Questo parametro indica il volume di panni lavati con un KWh di energia
elettrica; all’aumentare di tale indicatore cresce quindi anche l’efficienza del
sistema.
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Grafico 4.3. Andamento dell’Energy Factor (Cu.ft./KWh/Cycle) dal 1972 al 2001 calcolato come media pesata delle lavatrici in uso
Fonte: Association of Home Appliance (AHAM) Dal grafico 4.3. è possibile notare un netto miglioramento dell’efficienza del
sistema lavatrice per quanto riguarda il consumo di energia elettrica. Inoltre vi è la
presenza di due curve a S; il periodo di cambiamento è temporalmente localizzato
verso la fine degli anni ’80.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
136
In seguito è stato analizzato l’andamento del numero di brevetti per ogni
sottosistema relativo alla technique presa in esame.
Il grafico 4.4. rappresenta il trend del sottosistema vasca di lavaggio; i dati sono
stati ricavati eseguendo la ricerca delle seguenti classi tecnologiche:
• D06F1/02 (Wash-tub; Supports therefore);
• D06F37/26 (Casings; Tubs);
• D06F37/20 (Mountings, e.g. resilient mountings, for the rotary receptacle,
motor, tub, or casing; Preventing or camping vibrations);
• D06F39/12 (Casings; Tubs);
• D06F39/12B (Supporting arrangements for the casing, e.g. rollers or
legs).
0
100
200
300
400
500
600
700
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.4. Numero di brevetti relativi al sottosistema vasca dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
L’andamento crescente del numero di brevetti potrebbe far pensare ad una fase di
crescita del sottosistema, tuttavia, anche a seguito dei brevetti analizzati,
l’aumento dell’attività inventiva è dovuto all’abbassamento del livello delle
innovazioni. Per questo motivo il sottosistema in considerazione risulta essere
probabilmente all’inizio della propria fase di maturità.
Le stesse considerazioni valgono per il sottosistema del cestello rappresentato nel
grafico 4.5. Le classi tecnologiche utilizzate per questo sottosistema sono due:
D06F37/02 (Rotary receptacles, e.g. drums) e D06F37/04 (Adapted for rotation
or oscillation about a Horizontal or inclined axis).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
137
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.5. Numero di brevetti relativi al sottosistema cestello dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
Per quanto riguarda la parte idraulica, il sottosistema relativo al sistema di
pompaggio e di scarico dell’acqua è stato ricavato dalla ricerca dei codici
D06F39/08 (Liquid supply or discharge arrangements) e D06F39/10 (Filtering
arrangements).
0
100
200
300
400
500
600
700
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.6. Numero di brevetti relativi al sottosistema idraulico dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
Nel grafico 4.6. è mostrato l’andamento del numero di brevetti del sottosistema
idraulico; la fase di crescita va dalla fine degli anni ’40 fino a metà degli anni ’70,
mentre la fase di maturità risulta quasi conclusa.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
138
Il seguente grafico 4.7. riguarda invece lo sviluppo del sistema di distribuzione del
detergente.
0
50
100
150
200
250
300
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.7. Numero di brevetti relativi al sottosistema “soap dispenser” dal 1920 al 2005 Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
Il numero di brevetti dal 1920 al 2005 è stato ricavato dalla ricerca delle seguenti
classi tecnologiche:
• D06F39/02 (Devices for adding soap or water softeners);
• D06F39/02B (in a liquid state);
• D06F39/02D (The powder or tablets being added directly, e.g. without the
need of a flushing liquid);
• D06F39/02S (Arrangements for selectively supplying water to detergent
compartments);
Questo sottosistema si è sviluppato in modo analogo al sistema presentato nel
grafico 4.6. con la differenza che la fase di maturità è iniziata durante i primi anni
’80 ed è attualmente in pieno svolgimento.
La curva relativa all’andamento del numero di brevetti del sottosistema di
riscaldamento (grafico 4.8.) è stata ricavata utilizzando il codice tecnologico
D06F39/04 (Heating arrangements).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
139
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.8. Numero di brevetti relativi al sottosistema “Heating arrangements” dal 1920 al 2005 Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet La forte crescita del numero di brevetti a partire dagli anni ’90 è dovuta
probabilmente all’abbassamento del livello inventivo e denota quindi una fase di
maturità ancora in svolgimento del sottosistema preso in considerazione.
L’andamento mostrato nel grafico 4.9. è relativo al sottosistema di trasmissione
del moto al cestello; anche in questo caso la fase di crescita risulta esaurita ed
anche la fase di maturità si è quasi conclusa.
0
50
100
150
200
250
300
350
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.9. Numero di brevetti relativi al sottosistema “Drive mechanism” dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
Il numero di brevetti del sottosistema “Drive mechanism” è stato ricavato dalla
ricerca dei seguenti codici tecnologici:
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
140
• D06F37/30 (Driving arrangements);
• D06F37/32 (for rotating the receptacle at one speed only);
• D06F37/34 (in opposite directions, e.g. oscillating);
• D06F37/36 (for rotating the receptacle at more than one speed);
• D06F37/38 (in opposite directions);
• D06F37/40 (for driving the receptacle and an agitator or impeller, e.g.
alternatively);
• D06F17/06 (by rotary impellers);
• D06F17/08 (Driving arrangements for the impeller).
L’andamento del sottosistema di controllo delle operazioni di lavaggio invece è
stato ricavato dalla classe tecnologica D06F33 (controlling a series of operations
in washing machine, e.g. programme-control arrangements for washing and
drying cycles), distinguendo all’interno di essa due diversi sistemi: un sistema non
elettrico ed uno elettrico.
Il primo, mostrato nel grafico 4.10, è stato ottenuto dalle seguenti classi:
• D06F33/04 (non electrically);
• D06F33/06 (substantially mechanically);
• D06F33/08 (substantially hydraulically);
• D06F33/10 (substantially pneumatically).
0
5
10
15
20
25
30
35
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.10. Numero di brevetti relativi al sottosistema “Non-electric control” dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
141
La fase di maturità si è esaurita verso la fine degli anni ’80 ed attualmente il
sottosistema si trova in una fase di declino avanzato, denotando quindi
un’obsolescenza di questi sistema di controllo.
L’andamento del sistema di controllo di tipo elettrico è mostrato nel grafico 4.11.
Tale andamento è stato ricavato dalla ricerca del numero di brevetti nella classe
tecnologica D06F33 (controlling a series of operations in washing machine, e.g.
programme-control arrangements for washing and drying cycles) per quanto
riguarda la sola sottoclasse D06F33/02 (electrically).
La crescita del numero di brevetti è costante a partire dagli anni ’50; questa
crescita, così come negli altri sottosistemi analizzati, è dovuta principalmente
all’abbassamento del livello inventivo proprio di una fase di maturità del sistema.
0
50
100
150
200
250
300
350
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450
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1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.11. Numero di brevetti relativi al sottosistema “Electric control” dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
L’ultimo sottosistema analizzato riguarda il dispositivo di chiusura della vasca; il
numero di brevetti per ogni anno è stato ricavato dalla ricerca delle classi
tecnologiche seguenti:
• D06F37/10 (adapted for rotation or oscillation about a vertical axis.
Doors; Securiting means therefore);
• D06F37/28 ( Casing; tubs. Doors; Securiting means therefore);
• D06F39/14 (Casing; tubs. Doors or covers; Securiting means therefore).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
142
0
20
40
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80
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1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Grafico 4.12. Numero di brevetti relativi al sottosistema “Opening system” dal 1920 al 2005
Fonte: Elaborazione dati Esp@cenet
Anche questo sottosistema presenta una crescita costante del numero di brevetti a
partire dagli anni ‘50 dovuta alla riduzione del livello delle innovazioni proposte
propria di una fase di maturità del sistema considerato.
In conclusione quindi si è potuto notare un diverso sviluppo dei vari sottosistemi
della technique presa in considerazione, così come enunciato nel time postulate
secondo il quale ogni sottosistemi di una technique ha una propria evoluzione
diversa nel tempo.
Tuttavia, anche se in momenti diversi, la maggior parte dei sottosistemi si trova
nella fase di maturità, evidenziando quindi che il sistema lavatrice si trova ala fine
del proprio ciclo di sviluppo.
4.1.3. Identificazione sottosistemi d’interesse Nei prossimi paragrafi verrà analizzata l’evoluzione di due sottosistemi
appartenenti al sistema lavatrice: la vasca e il dispositivo di erogazione del
detersivo. La scelta di questi due sottosistemi è stata concordata con il personale
tecnico dell’Engineering Center di Whirlpool Europe. L’obiettivo di tale analisi,
come è già stato detto, è quello di individuare eventuali trend evolutivi descritti
nel metodo TRIZ per verificare la validità delle teorie sviluppate da Altshuller e
dai suoi collaboratori anche all’interno del sistema lavatrice. La scelta è caduta
sulla vasca in quanto rappresenta uno dei sottosistemi che stanno alla base del
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
143
funzionamento della lavatrice. La vasca, infatti, svolge funzioni fondamentali, tra
le quali quella di contenere l’acqua e quella di sostenere l’intero gruppo di
lavaggio. D’altra parte, quest’ultimo, a cui la vasca appartiene, esegue la funzione
primaria del sistema lavatrice, quella cioè di lavare e pulire i vestiti.
Il dispositivo di erogazione del detersivo, comprendente la vaschetta, il tubo che
la collega alla vasca e i relativi componenti, è stato scelto, invece, in quanto di
particolare interesse per i tecnici dell’Engineering Center di Whirlpool Europe.
Nell’analisi, questo sottosistema è stato suddiviso in base alle caratteristiche ed
alle funzioni migliorate nei singoli brevetti per rendere il lavoro più strutturato e
comprensibile.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
144
4.2. Analisi evolutiva dei sottosistemi
4.2.1. L’evoluzione della vasca L’analisi evolutiva del sottosistema preso in considerazione ha inizio con il
brevetto US1389090 del 1921 riguardante una vasca in legno di forma ellittica
utilizzata per lavare i panni attraverso movimenti
rotatori od oscillatori della stessa. L’invenzione
mostrata in figura 4.1. consiste in un’unica vasca
di lavaggio con un apertura richiudibile che
permette la carica dei panni dall’alto. Tale vasca è
rinforzata da una fascia metallica esterna per
supportare le sollecitazioni meccaniche derivanti
dall’operazione di lavaggio. L’unica funzione
primaria è quella di contenimento del liquido di lavaggio, mentre la funzione di
eliminazione dell’acqua dai panni è svolta dall’uomo o da un diverso sottosistema
atto alla strizzatura. Anche la funzione di svuotamento della vasca è ancora
manuale.
Il brevetto GB176198 del 1922 (figura 4.2.) riguarda una vasca per macchina
lavabiancheria migliorata, nella quale è alloggiato un
cestello interno con la funzione di agitare i panni e di
permettere il passaggio del liquido di lavaggio tra lo
stesso e la vasca di contenimento. L’intercapedine
tra il cestello e la vasca è atta a contenere i residui
del processo di lavaggio; lo scarico viene svolto da
una valvola azionata manualmente posta sotto la
vasca stessa. In questo brevetto le funzioni primarie
aumentano; oltre alla funzione di contenimento del
liquido la vasca è anche adibita al contenimento del
cestello ed allo scarico dell’acqua attraverso la valvola integrata nello stesso
(elemento 18).
Figura 4.1. US1389090 Washing machine tub 1921
Figura 4.2. GB176198 Improvement in washing machine 1922
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
145
In seguito l’evoluzione della vasca di macchine lavabiancheria si è divisa con
l’utilizzo di diversi materiali; in particolare si sono riscontrati tre rami di sviluppo
principali: i materiali ceramici, l’acciaio smaltato e inossidabile e la plastica.
Il brevetto GB12120431970 del 1970 riguarda proprio l’utilizzo di materiali
ceramici nella costruzione della vasca di lavaggio. Questa soluzione costruttiva
porta alla riduzione dei rumori e ad una minore dispersione del calore,
diminuendo quindi i tempi di riscaldamento dell’acqua di lavaggio e l’energia
utilizzata. I materiali ceramici inoltre non sono soggetti al fenomeno della
corrosione ed hanno anche costi ridotti. Questa soluzione porta anche ad una
notevole diminuzione delle vibrazioni rispetto ad una vasca in metallo a causa del
peso elevato.
In questo momento dell’evoluzione della vasca tuttavia il materiale maggiormente
utilizzato risulta essere l’acciaio smaltato. Tali vasche sono costituite da una
fascia cilindrica metallica aperta da un lato, per consentire l’accesso al cesto
girevole entro la vasca, e chiusa dall’altro lato da un fondo metallico stampato,
saldato a detta fascia cilindrica. Sulla circonferenza esterna di queste vasche
vengono poi saldate delle squadrette metalliche, nelle quali si impegnano gli
elementi di sostegno e d’equilibratura della vasca nonché di smorzamento delle
oscillazioni della stessa durante il funzionamento della macchina; le vasche così
realizzate fungono anche da struttura portante per questi elementi. Ne consegue
che le vasche di questo tipo devono essere realizzate con elevati spessori di parete,
tali da poter resistere alle notevoli sollecitazioni meccaniche del lavaggio e della
centrifugazione. La tendenza successiva e quella di utilizzare come materiale non
più l’acciaio smaltato bensì l’acciaio inossidabile, che tuttavia costituisce un
notevole onere di costo; inoltre queste vasche presentano molte zone di saldatura
nelle quali possono prodursi dei fenomeni di corrosione, e quindi verificarsi
progressive diminuzioni della loro resistenza meccanica.
Il brevetto IT1143880 del 1977 propone quindi di realizzare vasche in acciaio
inossidabile che non presentano gli inconvenienti sopra descritti, e possono essere
realizzate con le stesse attrezzature di formatura della vasche smaltate.
In particolare, questo tipo di vasca in acciaio inossidabile presenta il vantaggio di
non fungere più da struttura portante degli elementi di sostegno, d’equilibratura e
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
146
di smorzamento, per cui è possibile realizzarla con un minore spessore di parete e
con un conseguente risparmio di materiale. Inoltre, offre l’ulteriore vantaggio di
permettere la costruzione di vasche in acciaio inossidabile con minori zone di
saldatura e, quindi, di conferire alle stesse una maggiore resistenza alla corrosione
e una migliore affidabilità funzionale.
Tale vasca (figura 4.3.) è costituita da una fascia periferica di forma conica o
cilindrica, aperta da un lato per
realizzare l’apertura di accesso al cesto
e chiusa dall’altro lato da un fondo
metallico saldato a detta fascia. Questa
vasca è caratterizzata dal fatto che al di
sopra della fascia e del fondo viene
applicato un guscio metallico imbutito
(elemento numero 12), atto a sostenere
gli organi di sospensione e di
equilibratura della vasca nonché gli
ammortizzatori della macchina e la
crociera del cesto. Il guscio viene unito
alla superficie esterna della fascia,
preferibilmente in corrispondenza della
sua zona centrale, mediante rullatura
oppure bulinatura. In sostanza, tutti gli elementi normalmente fissati alla vasca
vengono trasferiti su un guscio esterno alla stessa in modo da eliminare i punti
critici, rappresentati in particolare dalle saldature. Come si comprende facilmente,
eventuali cedimenti o indebolimenti di tali punti critici risultano assai meno gravi
e pericolosi se interessano un elemento non direttamente funzionale come la
vasca.
L’idea di far svolgere le funzioni
di contenimento del liquido di
lavaggio e di sostegno da due
elementi diversi è stata riscontrata
anche nel brevetto IT1169242 del
Figura 4.3. IT1143880 Stainless steel tub 1977
Figura 4.4. IT1169242 Tub unit for washing machine 1981
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
147
1981. Inoltre tale soluzione permette un’ulteriore riduzione del ricorso a
particolari saldati che richiedono un consumo di energia elettrica elevato e di tipo
discontinuo. Tale vasca (figura 4.4.) si allontana dal concetto di struttura unitaria
per il fatto che consiste in un involucro interno di spessore sottile di acciaio
inossidabile, contenente l’acqua di lavaggio, nonché un involucro esterno calzato
su quello interno, in acciaio da costruzione, attrezzato per l’ancoraggio degli
organi di sospensione.
Il brevetto IT1205674 del 1989 (figura 4.5.) utilizza lo stesso concetto di
separazione delle funzioni con la differenza che l’involucro esterno è costituito da
una gabbia stampata in materiale
sintetico-plastico strutturalmente
indipendente dal contenitore. Tale
gabbia è attrezzata per
l’ancoraggio degli organi di
sospensione del gruppo vasca,
delle masse di bilanciamento e dei
mezzi motore del cesto, ed è calzata
e bloccata sull’involucro interno
tramite una coppia di semi-anelli di cerchiatura avvolgenti un collare
dell’involucro interno.
Inoltre questa invenzione permette di ridurre ulteriormente lo spessore delle
vasche, essendo in questo periodo dell’evoluzione di uso pressoché universale
l’acciaio inossidabile nella costruzione delle stesse ed essendo questo un materiale
dal costo elevato.
Un importante ostacolo ad un’ulteriore riduzione dello spessore della vasca, oltre
alla funzione di sostegno della stessa, è costituito dal giunto tra la parete di fondo
ed il corpo vasca, il cui bordo deve presentare una notevole resistenza alle
sollecitazioni meccaniche. Se il bordo vasca viene realizzato con lamiera troppo
sottile, le sollecitazioni di lavaggio e centrifugazione provocano flessioni e
deformazioni della lamiera stessa nella zona del giunto, dando luogo a
disassamenti del cestello e perdite d’acqua non assicurando la solidità tra la parete
smontabile ed il corpo vasca.
Figura 4.5. IT1205674 Tub subassembly for a washing machine 1989
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
148
Per ovviare a questo inconveniente è stato proposto un sistema di fissaggio della
parete di fondo al corpo vasca che prevede l’utilizzo di una crociera in ghisa
esterna alla parete di fondo e fissata al bordo di giunzione.
Questo sistema presenta però un maggior costo di produzione dovuto al maggior
numero di operazioni di assemblaggio ed al costo dei componenti aggiunti.
Una vasca così realizzata inoltre causa l’inconveniente di avere un peso maggiore.
Nel brevetto IT1230168 del 1991 (figura 4.6.) la soluzione ideata è quella di
realizzare una vasca rinforzata per macchine lavabiancheria che presenti un
sistema di giunzione tra il
corpo vasca e la parete di fondo
tale da permettere l’uso di
lamiere più sottili senza mettere
a repentaglio la resistenza
meccanica degli elementi e la
tenuta all’acqua.
Altri scopi sono l’ottenimento
di una vasca che può essere
prodotta facilmente, e quindi
economicamente, dal punto di vista industriale, e che presenta un sistema di
giunzione tra il corpo vasca e la parete di fondo, affidabile nel tempo per quanto
riguarda la tenuta all’acqua e la resistenza meccanica.
Questi obiettivi sono raggiunti grazie ad una vasca rinforzata comprendente una
parete di fondo associata ad un corpo vasca che
presenta una configurazione cilindrica e comprende
un bordo di fondo. In corrispondenza di tale bordo
è presente un ulteriore bordo di rinforzo unito
rigidamente ad esso.
Il brevetto US2004148981 del 2004 riprende il
problema della saldatura tra il corpo vasca e la
parete di fondo proponendo una soluzione che
permette anche l’eliminazione delle staffe di
supporto necessarie per fissare il motore alloggiato
Figura 4.6. IT1230168 Reinforced tub 1991
Figura 4.7. US2004148981 Tub assembly in drum 2004
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
149
posteriormente alla vasca nel caso di una trasmissione di tipo diretto (direct
drive). Nella figura 4.7. sono mostrate tali staffe (elemento numero 62) saldate al
corpo vasca (elemento numero 22) che fissano la struttura portante il motore
attraverso delle viti (elemento numero 62a). Il bordo di fondo (elemento numero
23) risulta saldato al corpo vasca 22.
La soluzione proposta (figura 4.8.) permette di non avere componenti sporgenti
dal retro del corpo vasca ed elimina l’utilizzo
delle staffe semplificando la costruzione. Il
bordo di fondo (elemento numero 203) è
inserito all’interno del corpo vasca (elemento
numero 202) in modo da poter ricavare una
cavità posteriore alla vasca stessa. Questi due
elementi sono fissati tra loro tramite delle viti
(elemento numero 8). Tali viti svolgono anche
la funzione di sostenere il blocco motore
contenente anche il mozzo. Questo sistema può
essere utilizzato anche nel caso di un sistema
tradizionale di trasmissione del moto tramite
cinghia, per fissare l’alloggiamento dei supporti
dell’albero motore minimizzandone la protrusione
posteriore.
Per quanto riguarda l’utilizzo della plastica per la
costruzione della vasca di lavaggio, soluzione che
risulta ad oggi quella più utilizzata, il brevetto
US3477259 del 1969 (figura 4.9.) è il primo ad
introdurre parti in questo materiale. Tale brevetto
riguarda una vasca in plastica sorretta da una
struttura esterna in metallo che ne permette
l’ancoraggio agli organi di sospensione ed
equilibratura. L’introduzione della plastica
permette una notevole riduzione dei costi di
Figura 4.8. US2004148981 Tub assembly in drum 2004
Figura 4.9. US3477259 Improving in or relating to washing machine
1969
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
150
produzione, limitata tuttavia dalla necessità di utilizzare elementi aggiuntivi per
l’ancoraggio. L’introduzione graduale di questo materiale risulta evidente anche
dal brevetto IT1067355 del 1976 che riguarda un corpo vasca in materia plastica
con due dischi di fondo in acciaio. Per ridurre le difficoltà ed i costi di
fabbricazione e manutenzione delle vasche in metallo, sono state proposte anche
altre soluzioni di vasche realizzate in plastica. Ad esempio il brevetto FR1362919
del 1964 prevede una vasca monopezzo di materia plastica comprendente tutti gli
elementi supplementari (cuscinetti, raccordi, ecc.). Si tratta però di una vasca a
caricamento dall’alto con cesto supportato da entrambi i lati e quindi con ridotti
problemi dovuti a sollecitazioni dinamiche. Altri brevetti (come il brevetto
GB1555746 e DE7231098) propongono vasche in cui solo alcuni elementi, quelli
meno soggetti a sollecitazioni meccaniche e/o termiche, sono di materia plastica.
Il brevetto DE1585866 descrive una macchina lavatrice con vasca in materia
plastica, provvista però di un mantello di rinforzo metallico al quale sono collegati
tutti gli elementi di supporto. Il brevetto FR1513957 propone ancora una vasca in
materia plastica la quale è sostenuta da una intelaiatura portante che conferisce
alla vasca la resistenza necessaria in esercizio e che è collegata agli elementi di
comando e di supporto. Infine, il brevetto IT162400 descrive una vasca in materia
termoplastica formata da due semigusci uniti mediante flangie imbullonate. Altre
soluzioni note riguardano vasche in plastica con notevoli spessori di parete, le
quali tuttavia non risolvono in maniera soddisfacente i problemi tecnici derivanti
dalla sostituzione del metallo con la plastica. Questi problemi sono dovuti
principalmente alle maggiori deformazioni cui è soggetta la plastica quando è
sottoposta a sollecitazioni meccaniche notevoli, specie quando il cesto centrifuga
il carico di biancheria ad una elevata velocità e a sensibili sbalzi termici dovuti
alle diverse fasi di lavaggio della macchina. Il brevetto IT1136452 del 1980
(figura 4.10) consiste in una vasca di lavaggio in plastica in un unico pezzo,
ottenuta preferibilmente mediante stampaggio ad iniezione, sulla quale sono
ricavati anche tutti gli elementi supplementari come i cuscinetti, i raccordi, i
condotti di carico e scarico. Tale vasca in materia plastica per macchine
lavabiancheria a caricamento frontale di tipo domestico è formata da un corpo
unico avente una parete di fondo, nella quale è inserita una bussola per
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
151
l’alloggiamento dei cuscinetti per l’albero passante atto a supportare il cesto, e
una fascia cilindrica portante le masse di
zavorra e nella quale sono ricavate
aperture di carico e scarico del liquido di
lavaggio nonché flangie per l’attacco
degli organi di comando del cesto e di
sospensione del complesso cesto-vasca.
Tale vasca è caratterizzata dal fatto che
la fascia cilindrica presenta due sezioni
di diverso diametro; quella posteriore ha
un diametro inferiore rispetto a quella
anteriore. Nella zona di raccordo tra le
due sezioni è ricavata una nervatura
anulare provvista di elementi di rinforzo
trasversali, nella quale sono ricavate le
sedi di attacco degli organi di
sospensione del complesso cesto-vasca.
La parete di fondo della vasca è inoltre provvista di nervature radiali, sagomate in
modo tale da sopportare le sollecitazioni dinamiche e termiche delle operazioni di
lavaggio.
La rotazione del cestello, infatti, sollecita fortemente la parte centrale della parete
di fondo della vasca, sottoponendola a notevoli
stress meccanici, specialmente durante
l’operazione di centrifuga di un carico non
bilanciato.
La prevenzione della flessione della parete di
fondo in una vasca in materiale plastico
stampato risulta molto più difficoltosa rispetto
ad una vasca in materiale metallico; la soluzione
a tale problema è stato risolto con l’introduzione
di particolari geometrie a “greca” (figura 4.11.)
ed utilizzando composizioni di materiali e
Figura 4.10. IT1136452 Wash tub of plastic material 1980
Figura 4.11. GB2121834 Wash tub 1984
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
152
procedure per ottenere un prodotto maggiormente rigido.
In figura 4.11. è mostrato il brevetto GB2121834 del 1984 nel quale la parete di
fondo è formata da un profilo a “greca” con spessori diversi (lo spessore X è
superiore allo spessore Y) e da una sezione anulare per aumentarne la rigidità.
Questo obiettivo è raggiunto anche tramite l’introduzione di più del 20% in peso
di fibra di vetro. Un altro obiettivo è quello di ridurre i tempi di raffreddamento
dello stampo, risultato molto importante nell’ottica di una produzione su larga
scala.
Per quanto concerne la produzione di vasche in plastica con l’obiettivo di ridurre
le difficoltà e i costi di fabbricazione e manutenzione delle vasche in metallo,
come già visto in precedenza sono state proposte diverse soluzioni di vasche
formate da un corpo monopezzo provvisto di sedi per l’attacco degli organi di
sospensione, di contrappeso e di azionamento.
Tali soluzioni però presentano lo svantaggio di richiedere uno stampo di grandi
dimensioni ed un’attrezzatura complicata per il posizionamento degli inserti nello
stampo.
Inoltre, le operazioni di assemblaggio dei vari componenti sulla vasca richiedono
ripetuti e svantaggiosi spostamenti su assi diversi della vasca stessa.
Sono pure note delle vasche di lavaggio costituite da due semigusci imbullonati.
Questo tipo di vasche presenta però lo svantaggio di non integrare le squadrette di
attacco per gli elementi di zavorratura che devono quindi essere fissati sopra la
vasca mediante anelli cavalieri metallici oppure iniettati all’interno dei contenitori
scatolati ricavati di pezzo con la vasca stessa.
Da rilevare che gli elementi di zavorra riportati all’esterno della vasca sono di
solito costituiti da masse di cemento che vengono compresse per aumentarne la
densità. Tale compressione non può, per evidenti motivi, essere esercitata sul
cemento iniettato negli alloggiamenti e ne consegue che a parità di peso con le
masse riportate, si ha un maggiore volume d’ingombro delle masse iniettate negli
alloggiamenti.
Oltre a ciò questi alloggiamenti devono essere provvisti di staffe d’ancoraggio per
evitare rumorose vibrazioni delle masse di cemento durante il processo di
lavaggio.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
153
Un altro svantaggio di questo tipo di vasche in plastica è quello derivante dalla
loro forma perfettamente circolare che richiede un diametro assai superiore a
quello del cesto in modo da delimitare con quest’ultimo un interspazio sufficiente
all’inserimento delle resistenze riscaldanti. Ovviamente, il fatto che la vasca sia
perfettamente circolare provoca uno svantaggioso aumento del suo spazio
d’ingombro all’interno del mobile nei punti in cui non è necessario l’inserimento
degli elementi riscaldanti. Da rilevare poi che nelle vasche di lavaggio fino ad ora
analizzate l’apertura di scarico è solitamente realizzata al centro della parte
inferiore della vasca e che il detersivo che entra in vasca con il primo carico
d’acqua va a depositarsi nel sistema di scarico e vi rimane inutilizzato se non è
previsto un condotto di ricircolo tra il sistema di scarico ed un ulteriore apertura
ricavata nella vasca. Oltre a tale inconveniente la posizione centrale del
bocchettone di scarico non agevola la fuoriuscita del liquido di lavaggio quando il
cesto è in fase di centrifugazione. Infatti, la direzione di flusso del liquido è
praticamente ortogonale all’asse longitudinale dell’apertura di scarico. Quindi si
rende necessario l’impiego di deflettori che convoglino la soluzione di lavaggio
verso il bocchettone di scarico.
Da aggiungere anche il fatto che nelle vasche di lavaggio il soffietto di scarico è
collegato con l’altra sua estremità all’elemento filtrante il quale, a sua volta, è
inserito nel collettore di una pompa di scarico fissata al mobile della macchina. E’
evidente che tale costruzione richiede un elevato numero di raccordi e numerose
operazioni manuali per il loro assemblaggio. Lo stesso dicasi per il fissaggio del
motore che viene solitamente provvisto di quattro sedi di ancoraggio che vengono
fissate, mediante pioli trasversali e con l’interposizione di distanziatori, a
corrispondenti staffe forate che sporgono dalla parete inferiore della vasca. E’
pure noto che per regolare il tensionamento della cinghia di trasmissione si varia
la posizione del motore rispetto alla vasca. A questo scopo almeno una coppia di
fori coassiali praticati nelle staffe della vasca sono formati ad asola per permettere
lo spostamento del motore nella posizione desiderata. Anche questa soluzione
richiede però una serie di operazioni manuali che non permettono quasi mai di
mantenere in modo affidabile il desiderato tensionamento della cinghia.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
154
Un altro svantaggio riscontrato è quello costituito dalla realizzazione del
manicotto in gomma che oltre a collegare la vasca con il distributore degli additivi
funge da sifone di intrappolamento per una quantità d’acqua sufficiente ad
occludere il condotto di caricamento dell’acqua e ad impedire la fuoriuscita del
vapore che si crea in vasca durante il processo di lavaggio.
Per conseguenza tale manicotto viene realizzato con una forma ad “U” che
assolve le funzioni sopradescritte ma che richiede, per contro, uno stampaggio
piuttosto complesso. Risulta chiaro che gli svantaggi sopradescritti ostacolano un
assemblaggio automatizzato della vasca poiché causano lo spostamento su diversi
assi della medesima e richiedono numerosi interventi manuali. Il brevetto
IT1181072 del 1985 (figura 4.12.) riguarda la realizzazione di una vasca di
lavaggio in plastica che risolve gli inconvenienti suddetti e consente un sistema di
assemblaggio altamente automatizzato. Tali scopi vengono raggiunti con una
vasca in materia plastica per macchine lavabiancheria a caricamento frontale di
tipo domestico formata da due gusci, sostanzialmente cilindrici, intercoppiati in
senso longitudinale mediante rispettive
Figura 4.12. IT1181072 Plastic tub for a laundry washing machine 1985
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
155
flangie imbullonate e presentanti mezzi per il carico e lo scarico del liquido di
lavaggio, mezzi per il filtraggio di detto liquido in fase di scarico e mezzi per
l’attacco dei contrappesi, per l’ancoraggio regolabile degli elementi di
azionamento del cesto e per il collegamento della vasca al mobile della macchina
lavabiancheria.
I due semigusci comprendono rispettive ed adiacenti porzioni inferiori della loro
superficie interna aventi un profilo piano; il semiguscio anteriore include
un’apertura di scarico disposta lateralmente a detta porzione, un corpo filtrante
immediatamente comunicante con l’apertura di scarico e il tensionamento della
cinghia di trasmissione che collega l’albero del motore con la puleggia calettata
sull’albero del cestello.
Fino ad ora tutti brevetti analizzati riguardano vasche in plastica o in altri
materiali con zavorre esterne ad esse o munite di recipienti sagomati che possono
essere riempiti con un adatto materiale di contrappeso, per esempio cemento. Nel
caso di tali recipienti, le temperature delle masse di riempimento possono essere
in caso estremo prossime al congelamento; questo porta a lunghi tempi di
riscaldamento del bagno e quindi ad un
prolungamento della durata del programma. Inoltre
si hanno elevati costi energetici.
Il brevetto DE3834112 del 1990 (figura 4.13)
propone una soluzione che permette di limitare la
dispersione di calore dal vano del bagno di lavaggio
attraverso una vasca formata da due parti, una
superiore provvista di una cavità interna ed una
inferiore, che sono avvitate tra loro in modo stagno
con l’ausilio di una guarnizione. La parte superiore
ha un’apertura chiudibile (elemento numero 4) che
permette di riempire la cavità con una zavorra di
compensazione costituita da materiale scorrevole e
sfuso. Come zavorra di bilanciamento si utilizza
polvere o rottame di ferro a grana grossa. Le Figura 4.13. DE3834112 Top loading washing machine 1990
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
156
grandezze della grana sono regolate tra loro in modo che le particelle (elementi
numero 5) della massa nella parte superiore riempita si tocchino solo in modo
puntiforme. La pluralità di cavità contenenti aria così formate permettono una
cattiva conduzione del calore e servono all’isolamento termico. Tali particelle
possono essere anche rivestite con un materiale termoisolante.
La stessa parte superiore viene stampata ad iniezione o soffiata con l’ausilio di
una elevata percentuale di propellente, in modo che la sua parete presenti
innumerevoli microfori, che nella loro globalità rappresentano anch’essi un
cattivo conduttore termico.
Tutti gli angoli del vano, le cavità o nicchie sul sistema oscillante dovuti alla
costruzione possono venir provvisti di contrappesi. In questo modo è possibile
ottenere una posizione ottimale del baricentro all’interno del sistema. Come
ulteriore vantaggio è da considerare la diminuzione dei rumori durante il
funzionamento e la possibilità di ridurre gli ingombri esterni grazie
all’integrazione costruttiva del peso di compensazione con la vasca di lavaggio.
Come visto fino ad ora, l’evoluzione delle vasche in plastica si è diretta verso la
costruzione di due parti stampate; l’unione di questi due gusci dovrebbe essere sia
economica che rapida. Il metodo più comune è l’utilizzo di morsetti metallici,
tuttavia questo metodo aumenta la complessità e la difficoltà di assemblaggio.
Inoltre l’utilizzo di parti addizionali aumenta i costi di fabbricazione.
Un ulteriore svantaggio di questa tecnica riguarda il fatto che non facilita il
posizionamento e l’allineamento delle due parti prima dell’unione delle stesse.
Inoltre la formazione di grandi parti in materia plastica può portare a variazioni
della grandezza ed a deformazioni che devono essere risolte nel momento di
assemblare i due stampi.
Il brevetto EP0765963 del 1997 (figura 4.14.) propone un metodo di unione
rapido delle due parti della vasca che permette l’adattamento di eventuali
deformazioni nelle dimensioni dei due membri formanti la vasca.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
157
Tale soluzione è applicata ad una macchina lavabiancheria ad asse orizzontale con
carica dall’alto, ma può essere utilizzata anche nel caso di una macchina con
carica frontale.
Il bordo del guscio superiore è sagomato in modo da formare un canale del profilo
ad “U” mentre il bordo della parte inferiore della vasca ha un profilo
corrispondente opposto, in modo da essere ricevuto all’interno del bordo
superiore. Il bordo inferiore è provvisto di protrusioni esterne (elemento numero
74) che permettono l’ancoraggio a delle flangie solidali al bordo superiore.
Le due parti della vasca sono formate preferibilmente da materia flessibile in
modo che le flangie si flettano esercitando una forza diretta verso il bordo
inferiore.
Questa soluzione permette l’eliminazione dei morsetti metallici semplificando
l’assemblaggio e diminuendo i costi di produzione.
Un’altra strada intrapresa dal processo evolutivo riguarda la possibile integrazione
di altri sottosistemi con il sottosistema centrale, rappresentato dalla vasca. Una
soluzione di questo tipo è proposta nel brevetto US5711170 del 1998 (figura
4.15.) e riguarda una vasca integrata nella struttura esterna.
I brevetti visti fino ad ora sono costituiti da un cestello rotante inserito all’interno
di una vasca; tale vasca è sostenuta da sospensioni inferiori ed organi di
equilibratura che ne permettono il movimento relativo al mobile esterno.
Figura 4.14. EP0765963 Automatic washer and tub therefor 1997
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
158
Nuove tecniche di equilibratura dinamica del carico (come mostrato nel brevetto
GB2271172 del 1994) permettono di
aumentare notevolmente il bilanciamento
della vasca tramite delle vasche riempite
con acqua che ruotano con il cestello
contenente i panni, compensando così la
distribuzione irregolare del carico.
La possibilità di bilanciamento dinamico
elimina il bisogno di elementi di supporto
permettendo così l’integrazione tra vasca e
struttura esterna.
Un’altra soluzione che prevede un’integrazione tra vasca e struttura esterna è
proposta dal brevetto EP1433890 del 2004 (figura 4.16.) nel quale viene descritta
una macchina lavabiancheria con la vasca (elemento numero 4) solidale alla
struttura esterna (elemento numero 2) e la parete di fondo (elemento numero 12)
collegata alla vasca tramite una guarnizione (elemento numero 14). Gli elementi
di equilibratura e smorzamento (elementi numero 24 e 28) non sono collegati alla
vasca, che rimane fissa, ma sono collegati alla parete di fondo e quindi al cestello
tramite i supporti numero 22 e 26. La guarnizione permette al sistema parete di
fondo e cestello di oscillare rispetto alla vasca senza permettere il passaggio del
liquido di lavaggio all’esterno della vasca stessa.
Figura 4.16. EP1433890 Drum type washing machine 2004
Figura 4.15. US5711170 Integrated tub and cabinet structure 1998
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
159
Questa soluzione permette di aumentare la capacità di carico mantenendo
invariate le dimensioni esterne ed aumentando così l’idealità del sistema.
Una parte importante dell’evoluzione del sistema vasca riguarda il sottosistema
relativo al supporto dell’albero motore che permette la rotazione del cestello.
Nelle soluzioni presentate per vasche in materia plastica formate da un piatto
posteriore, i due supporti per l’albero del cestello sono mantenuti in asse da un
manicotto in metallo interposto tra essi. Sono state descritte anche vasche in
plastica monopezzo con la parte posteriore portante un manicotto metallico con
sedi per dei supporti atte a contenere l’albero del cestello. Queste vasche hanno il
vantaggio di essere ottenibili economicamente utilizzando materia plastica poco
costosa iniettata in una singola operazione.
Dall’altro lato però, il primo tipo di vasca descritta risulta particolarmente critica
nella zona dei supporti per l’albero del cestello durante la rotazione dello stesso.
In queste condizioni i supporti sono soggetti a forti sollecitazioni meccaniche che
possono portare alla deformazione del materiale della vasca in corrispondenza dei
supporti stessi.
La vasca del secondo tipo descritto necessita invece di sedi per i supporti del
manicotto in metallo accuratamente stampate, ed i supporti stessi devono essere
alloggiati nelle sedi così ottenute. Risulta evidente che la costruzione di questo
tipo di vasca sia piuttosto complicata.
Figura 4.17. EP029115 Method for making a laundering tub for a laundry washing machine 1987
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
160
Per eliminare questi problemi e per ottenere una maggior durata del supporto nelle
vasche in materia plastica è possibile utilizzare materiali in grado di reggere tali
forza meccaniche. In questo caso, tuttavia, la produzione della vasca assumerebbe
costi troppo elevati e risulterebbe quindi non economico per l’utilizzo in macchine
lavabiancheria. La soluzione del brevetto EP029115 del 1987 (figura 4.17.) è un
metodo di ottenimento del manicotto attraverso uno stampaggio ad iniezione in
due fasi di plastica avente un’alta resistenza alle sollecitazioni meccaniche, vale a
dire, una prima fase che utilizza un primo stampo (elemento numero 16) per
l’ottenimento di un elemento spaziatore dimensionato per mantenere i supporti in
asse, ed una seconda fase nella quale l’elemento spaziatore è posizionato in un
secondo stampo (elemento numero 20) insieme ai supporti; il materiale plastico è
iniettato tra l’elemento spaziatore ed i supporti per l’ottenimento del manicotto.
Successivamente il manicotto è posizionato in un terzo stampo (elemento numero
26) attraverso il quale viene ottenuta la vasca con l’iniezione di un altro materiale
plastico più economico ed avente minore resistenza alla sollecitazioni meccaniche
rispetto a quello utilizzato in precedenza.
La funzione del mozzo quindi è quella di supportare l’albero e le relative
sollecitazioni meccaniche ma anche di sigillare la vasca per evitare l’uscita del
liquido di lavaggio; tale liquido può raggiungere temperature fino a 90°C ed è a
contatto diretto con la zona centrale della parete posteriore della vasca.
Queste due azioni sul mozzo possono portare ad un’eccessiva usura della parte
considerata fino a comprometterne la capacità di mantenere in asse i supporti.
Figura 4.18. GB2261881 Plastics washing tub 1993
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
161
Il brevetto GB2261881 del 1993 (figura 4.18.) descrive una vasca per macchina
lavabiancheria in materia plastica con il mozzo fissato ad essa tramite un perno.
Una protezione termica (elemento numero 15) è inserita nella zona centrale per
evitare che il liquido di lavaggio, portato ad alte temperature, entri nelle cavità
(elemento numero 14) della parete posteriore derivanti dal profilo a “greca”.
Le sollecitazioni meccaniche e termiche sopra descritte possono portare a dover
sostituire gli elementi di sostegno dell’albero motore e, nel caso di soluzioni come
quelle descritte nel brevetto EP029115 illustrato in figura 4.17, risulterebbe
necessaria la sostituzione di tutto il sistema vasca. Nel caso di un mozzo non
inglobato nello stampo ma fissato tramite viti, tale operazione di smontaggio
potrebbe portare comunque all’usura della parte in plastica nella zona delle viti.
Il brevetto US5699682 del 1997 (figura 4.19.) propone un metodo di montaggio
del mozzo senza la
necessità di utilizzo di perni
o viti, ma attraverso un
manicotto formato da due
parti che permettono di
serrare il mozzo tramite
incastro. Lo smontaggio in
caso di riparazione è
semplificato e la tenuta del
liquido di lavaggio è
assicurata da una
guarnizione (elemento
numero 12) interposta tra la parte interna del manicotto (elemento numero 11) e la
parete di fondo della vasca.
Per evitare che le alte temperature del liquido di lavaggio che vengono a contatto
con la parte centrale della parete di fondo e la rotazione dell’albero motore portino
ad un graduale decadimento delle proprietà meccaniche, una soluzione è stata la
produzione del manicotto in ghisa inglobato nello stampo in materia plastica della
vasca.
Figura 4.19. US5699682 Washing tub of a clothes washing machine 1997
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
162
Questa soluzione tuttavia porta ad uno spessore elevato e non uniforme della
sezione della parete di fondo, con la conseguenza di lunghi tempi necessari al
raffreddamento dello stampo che portano alla riduzione della produttività e ad alti
costi di processo produttivo.
Il brevetto EP1538252 del 2005 risolve tali problemi descrivendo una vasca in
plastica per macchina lavabiancheria con una parete di fondo dalla struttura
modificata in modo da resistere
alle sollecitazioni già descritte
e che permette tempi di
raffreddamento molto più bassi
grazie anche alla spessore
ridotto della parete.
Nella figura 4.20. è mostrata la
parete posteriore 13 formata da
settori alternati (elementi 14 e
15) con le cavità orientate
rispettivamente all’interno e
all’esterno della vasca. Ogni
settore è formato da delle
nervature (elemento numero
16) orientate sia radialmente che in
direzione circolare, incrociate tra loro, in modo da aumentare la rigidità della
struttura. La parte centrale della parete posteriore 13 è provvista di un particolare
profilo in corrispondenza della porzione anulare interna (elemento 17) che
circonda il mozzo centrale (elemento numero 18).
Figura 4.20. EP1538252 Plastic tub for a clothes washing machine 2005
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
163
Figura 4.21. EP1538252 Plastic tub for a clothes washing machine 2005
La figura 4.21. mostra due sezioni della parete posteriore lungo le linee A-A e B-
B mostrate in figura 4.20.
Il manicotto (elemento numero 19) in ghisa è inglobato nello stampo in materia
plastica della vasca e il rivestimento in plastica ha uno spessore uniforme minore
delle soluzioni precedenti, mantenendo però la stessa rigidezza grazie alla
particolare geometria utilizzata.
4.2.2. L’evoluzione del sistema di erogazione del detergente
Geometria della vaschetta
L’evoluzione più evidente del sistema di erogazione del detersivo è relativa al
miglioramento della geometria del cassetto e della vaschetta.
Inizialmente, le vaschette erano costituite da un solo scompartimento; basti
osservare il brevetto americano del 1929 (figura 4.22.) o quello del 1961 (figura
4.23.).
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
164
Successivamente si pensò di suddividere la vaschetta in più vani in modo tale che
ognuno di essi potesse contenere un detergente differente per ogni fase del
lavaggio, generalmente pre-lavaggio, lavaggio e risciacquo.
Per esempio il brevetto GB1130201 del 1968 propone un dispositivo di
erogazione del detersivo nel quale la vaschetta è costituita da due camere (figura
4.24.); è presente, per entrambe le camere, un solo foro di sbocco (elemento 27)
che permette al detersivo e all’acqua di raggiungere la vasca. Gli scompartimenti
vengono svuotati uno alla volta, in base alla fase del lavaggio, grazie a due
condotti che portano un getto d’acqua per ogni scompartimento.
Figura 4.22. US1703753 Liquid dispenser 1929
Figura 4.23. US2991911 Liquid dispenser for washing appliance 1961
Figura 4.24. GB1130201 Improvement relating to detergent dispensers for washing machines 1968
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
165
Il brevetto GB1168466 propone una vaschetta suddivisa in quattro vani (figura
4.25.): uno per il detergente per il pre-lavaggio (elemento 3), uno per il detergente
destinato al lavaggio (elemento 7), uno per il candeggiante liquido (elemento 4) e
l’ultimo per il candeggiante in
polvere (elemento 8). Ci sono
poi tre valvole magnetiche che
aprendosi in momenti diversi, in
base alla fase di lavaggio,
consentono all’acqua di entrare
nei diversi vani; per esempio la
valvola 16 permette all’acqua di
entrare attraverso il condotto 15
nel vano 3 per poi fluire con il detergente nel canale 12 che conduce alla vasca. La
stessa cosa vale per la valvola 18 che permette all’acqua di entrare nel vano 7 e
uscire sempre dal canale 12. Infine, la terza valvola (elemento 20) consente
all’acqua di svuotare gli ultimi due vani, quelli contenenti il candeggiante.
Una geometria diversa viene presentata nel brevetto GB1327038 del 1973 in cui i
due vani che compongono la vaschetta non sono disposti parallelamente, bensì in
sequenza (figura 4.26.).
Figura 4.25. GB1168466 Dispenser for detergents 1969
Figura 4.26. GB1327038 Washing machines 1973
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
166
I vani sono separati da una parete (elemento 57) che tuttavia presenta un foro che
li collega. Nel vano (elemento 59) più vicino al canale che conduce alla vasca
viene inserito il detersivo per il pre-lavaggio, nell’altro (elemento 58) quello per il
lavaggio. Nella parte superiore vi è un coperchio caratterizzato dalla presenza di
due ugelli (43 e 44), uno per ogni vano, atti ad introdurre l’acqua nella vaschetta.
Il funzionamento è molto semplice: prima viene svuotato il vano contenente il
detersivo per il pre-lavaggio e successivamente quello contenente il detersivo per
il lavaggio attraverso il foro presente nella parete. Entrambi i detergenti vengono
condotti nella vasca attraverso un solo canale di sbocco (elemento 26).
Il brevetto italiano IT1220287 del 1990 affronta invece un problema legato al
cassetto. Generalmente, come abbiamo visto da alcuni brevetti appena discussi, il
cassetto distributore è montato scorrevole longitudinalmente su apposite guide,
così da consentire l’estrazione per il riempimento con il detersivo, ad ogni ciclo di
funzionamento. L’apertura del cassetto deve quindi essere attuata manualmente
dall’utilizzatore. Tuttavia in questi tipi di distributori vi è il rischio di impuntatura
del cassetto, durante i movimenti di apertura e chiusura, a causa delle
incrostazioni che con l’uso possono formarsi sulle guide di scorrimento. Per
risolvere tale malfunzionamento il brevetto in questione (figura 4.27.) propone
una vaschetta suddivisa in tre vani, angolarmente girevole attorno ad un asse
verticale, che può assumere due posizioni: una di carico e una di lavoro. Altra
caratteristica del cassetto presentato è l’apertura a molla (elemento 25) che viene
azionata attraverso un semplice pulsante.
Figura 4.27. IT1220287 Cassetto distributore di detersivi per macchine lavatrici 1990
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
167
Un altro obiettivo, legato alla geometria delle vaschette, che gli inventori hanno
cercato di raggiungere è quello di creare una vaschetta in grado di contenere sia
detersivi in polvere che detersivi liquidi; questi ultimi, a differenza degli altri,
necessitano infatti di una paratia in grado di impedire che il liquido defluisca
prematuramente nel condotto che porta alla vasca. Una possibile soluzione
proposta nei brevetti è l’utilizzo di inserti in grado di adattare la vaschetta per
entrambi i tipi di detersivi. Tuttavia questi inserti hanno l’inconveniente che,
essendo facilmente spostati, spesso durante il funzionamento della lavatrice
possono andare persi.
Per risolvere tale problema, il brevetto IT1204920 del 1989 (figura 4.28.) propone
una vaschetta che presenta una parete di delimitazione (elemento 3) composta da
una parte fissa (elemento 4) e da una parte mobile (elemento 7). Le due parti sono
collegate da una cerniera a nastro (elemento 6). Nel caso in cui si intende
introdurre detersivo in polvere la parte mobile viene sollevata lasciando così uno
spazio nella parte inferiore; se invece si vuole inserire detersivo liquido la paratia
mobile, il cui contorno libero corrisponde al profilo del fondo (elemento 1), viene
abbassata. In ognuna delle due posizioni di funzionamento la parte mobile può
essere fissata mediante degli elementi di arresto.
Figura 4.28. IT1204920 Lavatrice con una vaschetta di introduzione a sciacquo del detersivo 1989 Una soluzione diversa per lo stesso problema viene presentata nel brevetto
IT1230514 del 1991 (figura 4.29.). La particolarità di questa invenzione sta nel
fatto che la vaschetta proposta è girevole nella propria direzione di introduzione di
180 gradi. Osservando la figura 8 si può notare come la camera superiore sia
destinata a contenere detersivo in polvere, mentre la camera inferiore, a forma di
conca, detersivo liquido. Nella posizione rappresentata nella figura verrebbe
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
168
svuotata la camera superiore; nel caso in cui la vaschetta venga ruotata di 180
gradi, la vasca di lavaggio sarà alimentata invece con il detersivo liquido.
Figura 4.29. IT1230514 Vaschetta di introduzione a sciacquo per detersivo liquido e polveriforme 1991
Selezione scomparto
La necessità di diversi trattamenti in base alle fasi di lavaggio, com’è stato
illustrato in precedenza, ha portato alla formazione di dispositivi costituiti da più
scomparti per ogni sostanza da rilasciare. Il problema che sorge riguarda quindi le
modalità di selezione di tali scomparti per l’immissione del flusso d’acqua e per il
successivo trascinamento della sostanza prescelta nel bagno di lavaggio.
Nel brevetto GB1161216 del 1968 (figura 4.30.) il dispositivo è formato da due
contenitori in plastica atti a contenere il detersivo per due diverse fasi di lavaggio.
Il piano inclinato permette un migliore deflusso dell’acqua proveniente da un tubo
fisso (elemento numero 19) per ogni scomparto del dispositivo. L’apertura dei due
tubi avviene tramite l’utilizzo di un’elettrovalvola attivata da un timer in base alla
fase di lavaggio selezionato.
Figura 4.30. GB1161216 Improvements in or relating to domestic washing machines 1968
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
169
Una soluzione migliore al problema è presentata nel brevetto US2988908
rappresentato in figura 4.31.
Figura 4.31. US2988908 Cleaning agent dispenser for washing machine 1961
In questo caso l’introduzione dell’acqua nei due scomparti avviene tramite lo
stesso tubo (elemento numero 58) che ruota in due posizioni diverse per lo
svuotamento degli scomparti 26 e 27. Lo spostamento del tubo avviene tramite un
solenoide (elemento nomero 57) che crea un campo magnetico nel caso in cui sia
attraversato da corrente elettrica.
Nel brevetto GB1264739 del 1972 (figura 4.32.) viene utilizzato lo stesso
concetto visto nel brevetto precedente. Il dispositivo è formato da diverse camere,
un ugello per l’immissione dell’acqua viene posizionato sullo scomparto da
svuotare attraverso una camma comandate da un timer.
Figura 4.32. GB1264739 Programmable additive dispenser for a washing machine 1972
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
170
Un’altra soluzione per selezionare i diversi scomparti è presentata nel brevetto
IT1096924 del 1979 (figura
4.33.), nel quale un piano
deflettore provvisto di cerniera,
disposto in opposizione a
ciascuna entrata dell’acqua, è
mantenuto in posizione di riposo
da un mezzo elastico e può ruotare
in due direzioni grazie al flusso
d’acqua proveniente da due ugelli
(elementi 1 e 2). Attivando solo il
primo ugello viene irrorato lo
scomparto 5 per il prelavaggio, lo
scomparto 6 viene svuotato tramite
l’utilizzo del solo ugello 2 mentre gli scomparti 7 e 8 sono raggiunti attivando in
sequenza gli ugelli 1 e 2 e viceversa.
Un metodo di risoluzione simile è presentato anche nel brevetto IT1042741 del
1980 rappresentato in figura 4.34.
In questo caso, una elettrovalvola doppia
permette di aprire il passaggio dell’acqua
nell’uno o nell’altro di due condotti o in tutte
e due contemporaneamente. I due condotti
che partono dall’elettrovalvola doppia
sboccano ciascuna alle estremità di un
dispositivo di distribuzione composto da un
tubo munito internamente di due spallamenti
e nel quale scorre un cassetto formato da
un’asta di lunghezza superiore alla distanza
fra gli spallamenti. L’asta del cassetto è
munita di due pistoni con sezione inferiore alle sezione interna del tubo che
svolgono la funzione di bloccare il passaggio dell’acqua. L’apertura di uno degli
elementi valvolari della elettrovalvola doppia provoca l’otturazione, sotto l’azione
Figura 4.33. IT1096924 Lavatrice con distributore dell’acqua 1979
Figura 4.34. IT1042741 Dispositivo per la distribuzione differenziata dell’acqua in macchine lavatrici e simili 1980
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
171
della pressione, della parte centrale da parte del pistone disposto sul lato di arrivo
dell’acqua, la quale defluisce attraverso l’orificio situato sullo stesso lato.
L’inversione degli elementi valvolari provoca lo stesso processo sul lato opposto.
Quando un elemento valvolare è aperto, l’apertura dell’altro permette il passaggio
dell’acqua non soltanto nei due orifici disposti all’esterno dello spazio delimitato
dagli spallamenti, ma anche nell’orificio disposto nello spazio fra la guida a tenuta
e lo spallamento che si trova dal lato di arrivo dell’acqua del secondo elemento
valvolare.
Un altro metodo di selezione degli scomparti è presentato nel brevetto IT1118631
del 1986 (figura 4.35.) nel quale un dispositivo alimentatore di detersivo è in
grado di eseguire l’alimentazione di acqua, di detersivo e di ammorbidente
soltanto con due valvole a solenoide. L’apertura del condotto 29 permette
l’immissione dell’acqua direttamente nel bagno di lavaggio, mentre l’apertura del
condotto 28 consente lo svuotamento dello scomparto contenente il detersivo.
L’apertura di entrambi i condotti provoca uno scontro tra i due flussi, deviando
così il getto verso il condotto 60.
Questo condotto porta al riempimento dello scomparto contenente
l’ammorbidente, che viene scaricato nel bagno di lavaggio tramite un condotto a
sifone.
L’impiego di dispositivi distributori dell’acqua comprendenti un sistema di due
valvole elettriche migliora sicuramente i primi sistemi presentati, tuttavia portano
a costi maggiori rispetto al sistema utilizzato nel brevetto IT1200684 del 1989
(figura 4.36.). Questo brevetto risolve il problema di alimentare diversi condotti
utilizzando un’unica valvola elettrica per il comando del liquido entrante.
Figura 4.35. IT1118631 Dispositivo alimentatore di detersivo per macchine lavatrici 1986
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
172
L’impiego del dispositivo consente di guidare il flusso dell’acqua nel modo
necessario per le operazioni di
prelavaggio, lavaggio, risciacquo o di
introduzione di additivi nelle fasi
appropriate del ciclo operativo della
macchina. La valvola elettrica è
posizionata sull’imboccatura 2 di
ingresso dell’acqua, l’impostazione del
componente 4 permette la selezione
della direzione del flusso verso una delle
uscite 11, a seconda del programma della
macchina, ed è controllata da un meccanismo che agisce sul rubinetto 7.
Nel brevetto IT1242805 del 1994 rappresentato in figura 4.37. il selettore rotante
del condotto è spostabile nelle diverse posizioni di regolazione grazie ad un
meccanismo d’azionamento costituito da un pistone 14 e dalle due leve 15 e 16,
fulcrate tra loro nel punto 17. All’interno del pistone 14 sono alloggiati due
sensori PTC 20 e 21 i cui rispettivi involucri scatolari metallici 22 e 23
contengono della cera e risultano collegati con un conduttore di fase 24 del
circuito elettrico della macchina.
Figura 4.36. IT1200684Dispositivo distributore dell’acqua per macchine lavatrici 1989
Figura 4.37. IT1242805 Dispositivo di controllo dell’introduzione di detersivo per macchine lavatrici 1994
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
173
Il dispositivo di controllo è costituito da un interruttore a semiconduttori come un
triac 32, collegato con un conduttore neutro 33 del circuito elettrico della
macchina e con un terminale dei sensori PTC 20 e 21, attraverso un elemento a
conduzione unidirezionale come un diodo 34 e 35. Ciascuno di tali elementi a
conduzione unidirezionale è polarizzato con un senso di conduzione opposto a
quello del restante elemento, in modo che durante ogni semionda positiva o
negativa della corrente elettrica alternata attraverso il triac 32 venga messo in
conduzione soltanto quel diodo che è polarizzato per condurre tale semionda,
mantenendo contemporaneamente interdetto l’altro diodo.
La corrente passante attraverso ogni sensore PTC determina il rapido
riscaldamento dello stesso e della cera contenuta nel relativo involucro scatolare, e
quindi anche una corrispondente dilatazione termica degli elementi metallici
associati con questo sensore PTC con conseguente spostamento della rispettiva
estensione laterale della leva 15, portando così allo spostamento angolare del
selettore rotante 13 nella relativa posizione di regolazione.
Nel brevetto EP1541740 del 2005 mostrato in figura 4.38. viene presentato un
dispositivo per la selezione dello scomparto
che utilizza una soluzione diversa da quella
mostrata in precedenza.
Il dispositivo è formato da uno statore
(elemento numero 32), fissato ad un
supporto della macchina lavatrice, e da un
rotore (elemento numero 30a), il quale è
solidale ad un ugello per l’immissione
dell’acqua. La rotazione dell’elemento 30a
permette la selezione dello scomparto secondo
la fase del programma in esecuzione.
Figura 4.38. EP1541740 Detergent dispenser for washers 2005
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
174
Sistemi di attuazione della funzione di erogazione
Uno dei componenti importanti che gli inventori hanno cercato di migliorare è il
sistema di attuazione della funzione distributiva
del detersivo; si tratta, in altre parole, del
dispositivo atto ad azionare per sganciamento o
spostamento un elemento o gruppo in seguito ad
un comando che consente la fuoriuscita del
sapone.
Il primo brevetto relativo a tale meccanismo è del
1929 (US1703753) e propone un dispositivo per
l’erogazione di una predeterminata quantità di
detergente attraverso un gocciolamento
intermittente del liquido. L’invenzione presentata è
costituita da una ruota a cricco, da una corda e da un contenitore (figura 4.39.).
Il funzionamento è meccanico e la rotazione della ruota dentata permette il
rovesciamento della vaschetta contenente il sapone attraverso la corda che
connette i due elementi.
Il primo sistema di attuazione a impulso
elettromagnetico è presente invece nel
brevetto US2692165 del 1954 (figura
4.40.) in cui una valvola (elemento 2)
blocca o permette l’ingresso di acqua
all’interno della vasca. Tale valvola è
azionata da un solenoide (elemento 3),
cioè da un avvolgimento cilindrico di
filo conduttore disposto a elica, nel cui
interno, al passaggio della corrente si manifesta un campo magnetico. Il solenoide
è comandato a sua volta da un timer.
Un nuovo dispositivo relativo alla funzione in questione viene proposto nel
brevetto US3160319 del 1964 (figura 4.41.). L’invenzione ha come oggetto una
striscia di bi-metallo (elemento 16) collegata al contenitore del detersivo; nel
momento in cui l’acqua raggiunge una temperatura predeterminata, la striscia di
Figura 4.40. US2692165 Sealed detergent and germicide dispenser 1954
Figura 4.39. US1703753 Liquid dispenser 1929
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
175
bi-metallo si deforma, permettendo
l’apertura del coperchio della vaschetta
(elemento 22) e la fuoriuscita del
detersivo.
Tale meccanismo assicura che il
detergente venga aggiunto nel momento
giusto del ciclo di lavaggio, per esempio
quando comincia il processo di lavaggio
con acqua calda. Un altro vantaggio di
questo dispositivo è che può essere
indipendente dal sistema di programmazione e controllo della lavatrice in quanto
il suo funzionamento dipende esclusivamente dalla temperatura dell’acqua.
Fino agli anni ’90 i sistemi di attuazione brevettati possono essere riassunti nel
modo seguente:
1. meccanico: come quello proposto nel brevetto del 1929;
2. elettromagnetico: secondo il quale l’attuazione si verifica per
l’azionamento del nucleo mobile di un elettromagnete ad ogni impulso
elettrico (brevetto del 1954);
3. termomeccanico: secondo il quale l’attuazione si verifica per azionamento
di un perno a tenuta idraulica scorrevole entro un involucro riempito con
cera a forte dilatazione; la dilatazione della cera, ottenuta per
somministrazione di calore tramite un termistore o PTC (Positive
Temperature Coefficient) o una resistenza elettrica, provoca lo
spostamento del perno;
4. a bi-metallo – resistenza: secondo il quale l’attuazione si verifica per
azionamento di un bi-metallo riscaldato da una resistenza elettrica o da un
termistore (brevetto del 1964).
Tuttavia ognuna di queste soluzioni presenta degli svantaggi. I sistemi
elettromagnetici sono costosi, possono comportare la possibilità di interruzioni
dell’avvolgimento e, in esercizio, possono essere rumorosi a causa delle
vibrazioni. I sistemi termomeccanici sono anch’essi costosi e possono essere
vulnerabili nella tenuta idraulica del perno scorrevole. Infine, i sistemi a bi-
Figura 4.41. US3160319 Detergent dispenser for washing machines 1964
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
176
metallo sono, strutturalmente, relativamente semplici, ma presentano difficoltà
applicative in quanto i loro elementi caratterizzanti sono sensibili alla temperatura
ambientale e alle sue variazioni.
Il brevetto IT1239896 del 1993 (figura 4.42.) ha come obiettivo il superamento di
questi problemi. Il brevetto propone, infatti, un
sistema di attuazione termomagnetico, costituito da
un attuatore in materiale magnetico del tipo invar,
ovvero una lega di ferro e nichel.
Questa lega è caratterizzata dal fatto che ad una certa
temperatura (temperatura di Curie) perde le sue
proprietà magnetiche e diventa amagnetica.
L’invenzione presenta quindi un magnete permanente
(elemento 23) collegato ai gruppi preposti al rilascio
del detersivo e l’elemento di attuazione (elemento
24) messo in cooperazione col magnete stesso. Fino a che la temperatura
dell’attuatore rimane al di sotto di un determinato valore, non avviene alcuna
erogazione di detersivo; superando tale valore, invece, il magnete permanente
non coopera più con l’elemento di attuazione, provocando l’apertura dello
sportello (elemento12) e la conseguente erogazione di detersivo all’interno della
vasca.
La somministrazione di calore all’attuatore avviene tramite termistore, ovvero un
mezzo ad alta affidabilità di funzionamento
Misurazione del detersivo
Un altro problema affrontato dai brevetti analizzati è quello di dosare il
quantitativo esatto di detersivo necessario.
Già nel brevetto US1703753 del 1929 (figura 4.43.) viene
proposta una soluzione a tale problema. La dose esatta di
detersivo viene regolata in base a quanto si ruota il
contenitore attraverso una corda.
Il brevetto GB901388A del 1962 mostrato in figura 4.44.
invece riguarda un contenitore di detersivo formato da Figura 4.43. US1703753 Liquid dispenser 1929
Figura 4.42. IT1239896 Dispensatore di sostanze immagazzinate 1993
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
177
due scomparti. La carica di detersivo viene eseguita nello scomparto più grande
(elemento numero 34), che svolge anche la funzione di deposito di detersivo per
lavaggi successivi, mentre lo scomparto più piccolo (elemento numero 35) viene
caricato attraverso la rotazione manuale del dispositivo ed è atto a contenere la
dose necessaria per un solo lavaggio.
Figura 4.44. GB901388A Detergent dispenser for automatic clothes washing machine 1962
Lo scomparto 35 viene svuotato attraverso l’apertura 39 comandata da un timer in
base al programma di lavaggio selezionato.
Anche il brevetto IT1109541 del 1985 (figura 4.45.) propone un metodo per
l’alimentazione di quantità di additivo, in
questo caso in polvere, dosabili senza che la
quantità debba essere misurata manualmente.
Questo compito viene assolto grazie al fatto che
il recipiente è realizzato come provvista avente
un dispositivo che invia l’additivo allo scarico
ed il cui comando per l’aggiunta dosata
dell’additivo nella camera interna della
macchina può venire azionato in funzione del
programma di lavaggio.
Il dispositivo di frantumazione e di
alimentazione è costituito da un agitatore
formato da una pala di miscelazione 6 a forma di triangolo, da un rastrello fisso 7,
che copre in particolare la zona dell’apertura 4, e da un rastrello 8 comandabile,
che si muove sul fondo 3 e che ingrana con il rastrello fisso7. Il dosaggio esatto
Figura 4.45. IT1109541 Dispositivo per l’alimentazione controllata di additivi in polvere all’acqua di lavaggio 1985
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
178
della quantità di additivo da inviare al recipiente dipende dal tempo di attivazione
dell’albero motore 9.
Il brevetto IT1145190 del 1986 in figura 4.46. riguarda un contenitore per prodotti
detersivi liquidi ed ha anch’esso l’obiettivo di ridurre la frequenza di riempimento
e di permettere un dosaggio esatto di detersivo necessario al lavaggio.
Il contenitore per il prodotto
comprende una camera 1 divisa in
modo da delimitare un serbatoio di
riserva 3 ed un serbatoio dosatore 2.
Una pompa a soffietto 10, associata
ad un tubo di aspirazione 20 immerso
nel serbatoio di riserva e ad un tubo
di mandata 30 che sbocca nel
serbatoio dosatore. Questo sistema permette di aspirare, e quindi di inviare nel
serbatoio dosatore, una quantità scelta del liquido contenuto nel serbatoio di
riserva. Il livello del fluido può essere verificato tramite l’apertura 18.
Il brevetto IT1153363 del 1987 mostrato in figura 4.47. propone una soluzione
diversa allo stesso problema di dosaggio. Tale
dispositivo è dotato di un bocchettone di
mandata 4 raccordato ad un cilindro 6 con un
pistone 12. Il pistone, sotto la pressione della
pompa 2, si muove fra i bocchettoni di raccordo
5 e 7, chiudendo il passaggio del detersivo
dopo l’afflusso della quantità esatta necessaria.
Il pistone presenta una perdita di tenuta per
permettere al detersivo di fluire verso il
raccordo 7.
Fino ad ora sono stati presentati metodi di dosaggio del detergente con sistemi a
volume. Il brevetto IT1170345 del 1987 (figura 4.48.) presenta invece un sistema
a regolazione in contro-reazione, ovvero un sistema ad alimentazione costante con
tempo di intervento regolato da sistemi di contro-reazione sensibili alla
concentrazione del detergente nell’acqua.
Figura 4.46. IT1145190 Contenitore per prodotti detersivi liquidi 1986
Figura 4.47. IT1153363 Dispositivo dosatore per additivi di lavaggio pompabili 1987
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
179
L’apparecchiatura comprende, applicata ad una vasca lavatrice 1, una pompa
centrifuga 2 mossa da un motore 3. L’apparecchiatura è completata da un
recipiente di detergente 4 e da un regolatore conduttimetrico 5.
Figura 4.48. IT1170345 Apparecchio per il dosaggio automatico di detergenti liquidi per macchine lavatrici ad acqua 1987
La pompa è collegata mediante un condotto 6 con la vasca della lavatrice. Fino a
che il liquido nella vasca non ha raggiunto il livello 17, la pompa, azionata dal
motore 3, aspira aria. Nel momento in cui l’acqua raggiunge tale livello la pompa
si riempie di acqua attraverso il condotto 6. La pompa si alimenta di acqua e la
riporta nella vasca attraverso il condotto 8. Nella rotazione, la pompa centrifuga
aspira acqua dal condotto 6 attraverso la restrizione 7 e, a compensare il liquido
necessario al suo funzionamento, aspira una parte di detergente attraverso la
valvola di non ritorno 10. All’interno della vasca è provvisto un elettrodo 12 che
rileva la concentrazione attraverso la conducibilità elettrica ed invia un segnale al
regolatore 5. Il regolatore, in funzione del segnale ricevuto, comanda il motore 3,
inserendolo o disinserendolo, e quindi regolando la quantità di detergente
immessa nella vasca. La pulizia dell’elettrodo è assicurata dal fatto che esso ruota
con la rotazione della pompa ed è provvisto di un tampone pulitore 15 premuto da
una molla 16.
Nel brevetto IT1166545 del 1987 in figura 4.49. è presentata l’idea di immettere i
dati relativi ai quantitativi esatti necessari attraverso l’utilizzo di codici a barre
presenti sulle confezioni di detersivo. Il trasferimento dei dati avviene tramite un
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
180
dispositivo di lettura 46 collegato ad un dispositivo di comando 20. Le confezioni
utilizzate per il trasporto del detersivo vengono immesse direttamente all’interno
del dispositivo senza la necessita di travasi di liquidi.
Stoccaggio e conservazione del detersivo
La presenza di contenitori per lo stoccaggio di quantità di detersivo necessaria per
più cicli di lavaggio ha portato al
problema della conservazione del
detersivo stesso. Il brevetto
US2919052 del 1959 propone come
soluzione il mantenimento sottovuoto
del detersivo.
La stessa soluzione viene ripresa dal
brevetto US3034761 del 1962
presentato in figura 4.50. Il detersivo
è conservato nella sacca 10 chiusa da
una guarnizione 13. Un solenoide 18
permette l’apertura della valvola 30
che, attraverso la creazione di una
depressione, aspira il detersivo e lo
spinge verso la vasca di lavaggio.
Una seconda funzione del movimento della valvola è quella di rompere eventuali
grumi di detersivo creatisi in prossimità dell’uscita 28.
Figura 4.50. US3034761 Anti-caking dispenser valve 1962
Figura 4.49. IT1166545 Procedimento e dispositivo per immettere dati in un dispositivo elettronico 1987
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
181
Anche nel brevetto US3101871 del
1963 (figura 4.51.) è presente un
dispositivo finalizzato alla
conservazione del detersivo. Il
problema affrontato è quello della
risalita di vapori dalla vasca di
lavaggio al contenitore di detersivo;
una valvola (elemento numero 20)
azionata da un solenoide (elemento
numero 49) permette la chiusura del
passaggio. Un’altra funzione del
brevetto è la definizione di un sistema volumetrico di misurazione del detersivo
che può essere regolato dall’utente.
Il brevetto DE3835719 del 1993 in figura 4.52. affronta il problema degli
accumuli nei detersivi in grani. Il dispositivo
preleva da un serbatoio di alimentazione 11 la
quantità necessaria di detersivo tramite un
dispositivo di dosaggio 12. Per evitare che
l’umidità pervenga dalla camera interna o
dalla camera risciacquabile nel serbatoio di
alimentazione e provochi un incollaggio ed
una agglomerazione del detersivo, è prevista
una camera di deposito intermedio 13, la
quale viene completamente essiccata. Questa
camera di deposito intermedia serve da
chiusura tra il serbatoio di alimentazione e la
camera risciacquabile 10, essendo collegata al
serbatoio di alimentazione solo attraverso il
dispositivo di dosaggio, conformato in modo
da escludere una trasmissione di umidità.
Figura 4.51. US3101871 Metering dispenser for automatic washer 1963
Figura 4.52. DE3835719 Device for adding granular cleaning agent 1993
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
182
Risciacquo degli scomparti
Un’altra funzione importante che si intende migliorare è la pulizia efficace degli
scompartimenti in cui sono suddivise le vaschette per evitare che rimangano dei
residui di detersivo al loro interno.
Il primo brevetto individuato (figura 4.53.) che avesse come oggetto la risoluzione
di tale problema è del 1961 (US2979931). L’invenzione si riferisce ad un
dispositivo composto da un
contenitore di detersivo
(elemento 40) che viene
liberato grazie all’azionamento
di una valvola (elemento 48).
L’imbuto (elemento 30)
conduce l’acqua verso il
condotto 31; all’interno di tale
condotto, in prossimità dello
sbocco del canale 41, in cui
scorre il detersivo è presente un
elemento di interferenza del
flusso d’acqua (elemento 55). Questo elemento devia una parte del flusso d’acqua
verso il canale 41 consentendo la pulitura del canale stesso e della valvola da
eventuali residui di detersivo.
Lo stesso obiettivo vuole essere raggiunto dall’invenzione presentata nel brevetto
GB1402878 del 1975
(figura 4.54.) che propone
una soluzione
leggermente diversa. La
caratteristica principale
della vaschetta illustrata è
rappresentata dal condotto
(elemento 37) che
conduce l’acqua all’interno degli scompartimenti. Tale condotto è, infatti,
inclinato verso l’alto e ciò consente all’acqua di colpire in primo luogo la parte
Figura 4.53. US2979931 Washing machine with washing aid dispenser 1961
Figura 4.54. GB1402878 Detergent dispensers 1975
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
183
superiore dello scompartimento favorendo una buona distribuzione dell’acqua e
una pulizia più completa della vaschetta.
Per assicurare il risciacquo completo di tutti gli scompartimenti, il brevetto
DE7513925 del 1975 (figura 4.55.) propone,
oltre all’ugello principale per l’alimentazione
dell’acqua, l’aggiunta di numerosi fori disposti
lungo le pareti longitudinali e nella parte
centrale di ogni scompartimento. Questa
disposizione degli ugelli supplementari
consente la caduta a pioggia dei getti d’acqua e
garantisce una completa diluizione e risciacquo
di tutte le sostanze di lavaggio dalle varie
camere.
Tuttavia tale soluzione, secondo l’autore del brevetto DE2813366 del 1979
presenta degli inconvenienti: la presenza di un solo canale che porta agli ugelli e
la forma di questi ultimi favoriscono la formazione di vortici e ingorghi d’acqua
che impediscono una uniforme distribuzione del liquido e una completa
asportazione del detersivo dalle camere.
Per risolvere questo problema, il
brevetto tedesco del 1979 (figura
4.56.) propone l’aggiunta di due
porzioni di canale parallele a
quella principale collegata al
condotto di alimentazione
dell’acqua. Questa invenzione
consente una distribuzione
uniforme della pressione lungo
tutte le porzioni del canale
garantendo l’uscita di forti getti
d’acqua da tutti i fori. L’afflusso di acqua risulta quindi continuo e omogeneo e
favorisce un risciacquo efficace degli scompartimenti.
Figura 4.55. DE7513925 Alimentatore di acqua per lavatrici 1975
Figura 4.56. DE2813366 Componente per la conduzione dell’acqua 1979
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
184
Un miglioramento di questa invenzioni viene presentato nel brevetto IT1228173
del 1991 (figura 4.57.). L’innovazione consiste nel fatto che le piastre di fondo
(elementi 22 e 23) dei canali (elementi 16 e 17) che conducono l’acqua nelle
aperture (elemento 19) sono inclinate di un angolo compreso fra i 10 e i 25 gradi.
Questa configurazione consente
ai getti d’acqua di incontrare le
pareti in modo diretto favorendo
un completo dilavaggio senza
tuttavia provocare spruzzi.
L’ultima invenzione relativa
alla funzione “risciacquo della
vaschetta” è presente in un altro
brevetto italiano pubblicato nel
1996 (ITTO940239).
Tale brevetto propone un dispositivo di erogazione del detersivo (figura 4.58.) in
cui i mezzi di alimentazione idrica comprendono almeno un dispositivo
spruzzatore a getto oscillante che ha la funzione di emettere un getto d’acqua
ciclicamente oscillante secondo un percorso predeterminato. Questa soluzione,
secondo il suo inventore, consentirebbe un risciacquo ancora più efficiente delle
camere ed eliminerebbe completamente eventuali residui di detersivo.
Figura 4.57. IT1228173 Dispositivo per l’introduzione a sciacquo del detersivo 1991
Figura 4.58. ITTO940239 Dispositivo per l’erogazione di agenti di lavaggio per una macchina lavatrice 1996
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
185
Organi indipendenti di rilascio del detersivo
Una soluzione per la distribuzione di liquidi per il trattamento dei tessuti consiste
nello sfruttare la forza centrifuga dovuta al funzionamento della macchina
lavatrice.
Il brevetto US2955450 del 1960 (figura 4.59.) utilizza questo principio per
liberare l’ammorbidente solo al momento esatto senza dover implementare sistemi
con timer.
Figura 4.59. US2955450 Clothes treating material dispenser for automatic washers of the reversible tumbler type 1960 Il dispositivo viene fissato al cestello della macchina lavatrice in corrispondenza
dell’asse di rotazione e consiste in una chiocciola avente un’estremità chiusa 16
ed una aperta 20; l’ammorbidente viene introdotto tramite un’apertura
richiudibile. Durante il ciclo di lavaggio e di centrifuga la rotazione oraria del
cestello impedisce al fluido di uscire, nel momento in cui si inverte il senso di
rotazione l’ammorbidente passa nella parte interna del dispositivo 12 ed esce
lentamente dall’apertura 20.
Anche il brevetto US3044665 del 1962 utilizza la forza centrifuga per dispensare
l’ammorbidente nella vasca di lavaggio. Il dispositivo presentato in figura 4.60.
consiste in una sfera con due camere interne concentriche; il passaggio
dell’ammorbidente dalla camera interna a quella esterna avviene durante la fase di
centrifugazione e le sfere 9, sotto l’azione della forza centrifuga, impediscono la
fuoriuscita del liquido bloccando le aperture 3.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
186
Figura 4.60. US3044665 Free body dispenser 1962
Alla fine della fase di centrifugazione le sfere 9 ritornano nella posizione
originaria grazie alle molle mostrate in figura, permettendo così all’ammorbidente
già mescolato all’acqua di entrare nella vasca di lavaggio.
Il dispositivo presentato nel brevetto
US3108722 del 1963 (figura 4.61.) consiste
anch’esso in una sfera non più fissata al
cestello; l’ammorbidente viene introdotto
attraverso un’apertura richiudibile (non
mostrata in figura) e la forza centrifuga
provoca l’apertura della valvola grazie al
peso centrale (elemento numero 21). Il
liquido non fuoriesce dalla sfera fino alla
fine della fase di centrifuga in quanto la
sfera è mantenuta nella posizione mostrata
in figura rispetto al cestello 32 grazie al peso
19.
Anche il brevetto WO0125527 del 2001
(figura 4.62.) consiste in una dispositivo di
dosaggio del detersivo da posizionare
direttamente all’interno del cestello. Il
detersivo viene immesso manualmente
all’interno della cavità 14 attraverso l’apertura
12. Il dispositivo è fornito di una batteria
Figura 4.61. US3108722 Dispenser for fabric softner 1963
Figura 4.62. WO0125527 A smart dosing dispenser 2001
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
187
(elemento numero 15) che alimenta un chip (elemento numero 19) ed un sensore
(elemento numero 16) per monitorare la concentrazione di detersivo all’interno
della vasca di lavaggio. In base alle informazioni ottenute il detersivo viene
rilasciato nel quantitativo necessario attraverso l’apertura della valvola 11.
Sistemi di riciclaggio dell’acqua
I due brevetti che saranno descritti qui di seguito hanno come obiettivo la
riduzione del consumo di acqua attraverso il riciclaggio della stessa. Il tentativo di
risparmiare acqua si inserisce in una tendenza generale del mercato che cerca di
offrire macchine con prestazioni generali sempre più elevate, dove per prestazioni
generali si intende non solo le prestazioni di lavaggio, ma il più completo rapporto
servizio/costo.
Per questo motivo il brevetto IT1239189 del 1993 (figura 4.63.) propone una
lavatrice in cui nella parte posteriore tra la vasca e il mobile è presente un
serbatoio (elemento 9) di recupero del liquido utilizzato nella fase di risciacquo
del ciclo precedente.
L’acqua recuperata dal serbatoio può così essere utilizzata per le fasi di pre-
lavaggio e lavaggio; ciò è possibile in quanto l’acqua proveniente dalle fasi di
risciacquo risulta relativamente pulita e in secondo luogo perchè le fasi di pre-
lavaggio e lavaggio non necessitano che l’acqua sia assolutamente pulita.
Figura 4.63. IT1239189 Serbatoi di contenimento di detersivi liquidi e di recupero di
liquidi di lavaggio per macchine lavatrici 1993
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
188
Altra caratteristica innovativa di questo brevetto è la presenza di diversi
contenitori di detersivi liquidi (elemento 4) utilizzabili in più cicli di lavaggio.
Questa invenzione elimina la necessità di caricare la vaschetta all’inizio di ogni
ciclo.
Il secondo brevetto individuato relativo alla funzione “riciclo dell’acqua” è del
1996 (EP0691099). L’invenzione proposta (figura 4.64.) è molto simile a quella
del brevetto precedente,
ma presenta una
caratteristica in più. La
lavatrice oggetto della
descrizione è infatti
equipaggiata oltre che con
un serbatoio di recupero
dell’acqua, anche con un
contenitore di detersivo a
scomparti posizionato tra
il serbatoio e la vasca.
L’acqua prima di essere
recuperata nel serbatoio
passa attraverso lo
scomparto più piccolo
(elemento 21)
mescolandosi con il
detersivo. L’aggiunta di
detersivo consente una
conservazione migliore dell’acqua ed evita l’insorgere di odori sgradevoli. Lo
scomparto più grande (elemento 20) contiene invece una dose per la fase di
lavaggio; l’acqua contenuta nel serbatoio, infatti, all’inizio di questa fase, passa
attraverso lo scomparto 20 per poi dirigersi verso la vasca.
Figura 4.64. EP0691099Device for recovering and storing liquid in washing machines 1996
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
189
CAPITOLO QUINTO:
ANALISI DEI RISULTATI
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
190
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
191
5. ANALISI DEI RISULTATI 5.1. Introduzione
I brevetti discussi nel capitolo precedente sono la base per l’individuazione dei
trend evolutivi, sviluppati dal metodo TRIZ, all’interno dei sottosistemi analizzati.
Per quanto riguarda il sottosistema vasca, è stato costruito un albero evolutivo in
base alle varianti di sviluppo del sottosistema tenendo in considerazione l’ordine
cronologico di pubblicazione dei brevetti. In secondo luogo è stato realizzato un
altro albero utilizzando come criterio le leggi di evoluzione dei sistemi tecnici; in
altre parole, in questo albero, il tronco rappresenta la linea principale di
evoluzione del sottosistema e i rami le altre linee evolutive. Quest’ultimo grafico
permette di comprendere in modo chiaro quali siano stati i trend seguiti dal
sottosistema vasca, secondo la prospettiva TRIZ.
Per quanto riguarda il sistema di erogazione del detergente, non essendo stato
trovato un trend di base, è stata individuata l’evoluzione per ogni funzione
specificata nel capitolo precedente.
5.2. Individuazione dei trend evolutivi nel
sottosistema vasca
Prendiamo in esame il primo sottosistema considerato, la vasca. Osservando il
primo albero (figure 5.1 e 5.2), è possibile individuare il trend evolutivo esistente
tra un invenzione presente in un determinato brevetto e quella precedente.
Come è già stato mostrato, il primo esempio di vasca (figura 5.1) è rappresentato
da un involucro unico in legno (mono-system). L’evoluzione successiva, di grande
importanza in quanto alla base delle lavatrici moderne, è stata la suddivisione
dell’involucro in due parti: la vasca e il cestello, situato all’interno della vasca
stessa.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
192
Figura 5.1. Prima parte dell’albero evolutivo basato sulle varianti di sviluppo del sottosistema vasca
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
193
Figura 5.2. Seconda parte dell’albero evolutivo basato sulle varianti di sviluppo del sottosistema vasca
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
194
Per comprendere quale sia la legge evolutiva alla base di tale cambiamento è
possibile assumere due punti di vista. Dal punto di vista dell’intero sistema
lavatrice, è possibile parlare di convolution (secondo la terminologia utilizzata da
Semyon D. Savransky); infatti la presenza del cestello all’interno della vasca
permette lo svolgimento di due funzioni che precedentemente erano svolte da due
sistemi differenti. Le funzioni sono quelle di lavare i vestiti ed eliminare l’acqua
dagli stessi attraverso la centrifuga. Prima della suddivisione vasca – cestello, tali
funzioni erano svolte rispettivamente dalla vasca stessa e dallo strizzatoio, uno
strumento, che attraverso l’utilizzo di due rulli comprimeva i vestiti, togliendone
in parte l’acqua. Dal punto di vista del sottosistema vasca (quello che è stato
assunto in questa analisi), è stato individuato un trend di expansion. In altre parole
aumentano le funzioni utili in concomitanza con l’aumento del numero dei
sottosistemi.
In seguito la vasca ha avuto un’evoluzione differente sulla base dell’utilizzo di
diversi materiali; in particolare si sono riscontrati tre rami di sviluppo principali: i
materiali ceramici, l’acciaio smaltato e inossidabile e la plastica. Il cambiamento
del materiale può essere ricondotto al secondo gruppo del Direction Postulate,
corollario dei pattern di evoluzione; in particolare si riferisce al trend “New
Materials”. L’utilizzo di nuovi materiali con proprietà migliori è finalizzato al
miglioramento delle performance e all’aumento delle funzioni utili. I materiali
ceramici portano, per esempio, alla riduzione dei rumori e ad una minore
dispersione del calore, diminuendo quindi i tempi di riscaldamento dell’acqua di
lavaggio e l’energia utilizzata. L’utilizzo dell’acciaio, che viene applicato anche in
alcuni tipi di vasche moderne, ha fornito maggior resistenza; tuttavia, come
abbiamo visto, ha favorito il peggioramento di alcune funzioni utili e la nascita di
funzioni dannose. Queste vasche, infatti, devono necessariamente essere costruite
con spessore elevato, per resistere alle sollecitazioni meccaniche e sono
caratterizzate dalla presenza di numerose zone di saldatura, nelle quali si
producono facilmente fenomeni di corrosione. L’evoluzione successiva, cioè
l’introduzione di un guscio imbutito portante è un altro esempio di expansion.
Anche in questo caso vi è l’aggiunta di un nuovo sottosistema che favorisce la
diminuzione delle funzioni dannose e l’aumento di quelle utili; il nuovo elemento,
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
195
infatti, permette la costruzione di vasche in acciaio inossidabile con minori zone
di saldatura e con uno spessore inferiore. Tale sviluppo richiama anche il trend
polifunctionality, appartenente al primo gruppo del Direction Postulate.
Un primo caso di convolution, o più precisamente di trimming, all’interno di
questo ramo, si ha con il brevetto US2004148981 del 2004 che propone
l’eliminazione delle staffe di supporto necessarie per fissare il motore alloggiato
posteriormente alla vasca nel caso di una trasmissione di tipo diretto (direct
drive), o per fissare l’alloggiamento dei supporti dell’albero motore nel caso di
trasmissione a cinghia. Si ha quindi una diminuzione del numero di sottosistemi
con un miglioramento delle funzioni utili: tale soluzione permette di non avere
componenti sporgenti dal retro del corpo vasca ed di semplificare la costruzione.
Come si può notare dal grafico dell’albero evolutivo (figura 5.1.), dal brevetto
relativo alla vasca con guscio imbutito portante, hanno origine altri due rami. Nel
primo si ha un processo di expansion; il brevetto (IT1230168) propone, infatti,
l’aggiunta di una ghiera di giunzione tra la vasca e la parete di fondo in modo da
permettere l’uso di lamiere più sottili senza compromettere la resistenza
meccanica degli elementi e la tenuta all’acqua. Nel secondo, composto da due
brevetti, si ha dapprima una expansion, e poi un trend new materials. La prima
invenzione si riferisce all’introduzione di una struttura portante in acciaio che
compie la funzione di sostegno, precedentemente svolta dalla vasca stessa.
L’obiettivo è quindi quello di far svolgere le funzioni di contenimento dell’acqua
e di sostegno da due sottosistemi differenti con una diminuzione delle funzioni
dannose e un aumento di quelle utili; si ha infatti una riduzione del numero delle
saldature e una assottigliamento dello spessore della vasca. La seconda invenzione
di questo ramo propone semplicemente un cambiamento del materiale del
supporto, dall’acciaio alla plastica. In questo caso, si può parlare, come già
accennato, di trend new materials con un miglioramento delle funzioni positive.
E’ necessario, a questo punto, riprendere il brevetto relativo alla prima
suddivisione vasca-cestello per analizzare gli ultimi due rami che si riferiscono
all’adozione della plastica. Il primo ramo, composto da un solo brevetto, è basato,
oltre che sull’utilizzo di un nuovo materiale, ancora su un trend di expansion.
L’invenzione proposta è quella di una vasca in plastica sorretta da una struttura
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
196
esterna in metallo che ne permette l’ancoraggio agli organi di sospensione ed
equilibratura. Anche in questo caso vi è l’aggiunta di un sottosistema che svolge
una funzione, precedentemente affidata alla vasca; l’introduzione del nuovo
materiale, invece, permette un miglioramento delle performance in termini di
riduzione dei costi.
Il secondo e ultimo ramo è relativo all’evoluzione delle vasche in plastica, quelle
che oggi risultano più diffuse e utilizzate. Il primo brevetto di questo ramo ha
come oggetto una vasca appartenente ad una lavatrice a caricamento dall’alto,
costituita da una fascia in plastica e da dischi in metallo; si ha quindi, come noto,
un trend new materials. L’utilizzo della plastica è finalizzato a ridurre i costi di
produzione; tuttavia il nuovo materiale non viene impiegato per l’intero sistema,
ma solo per una parte di esso. Ciò perché non si è ancora in grado di utilizzare la
plastica anche in quelle zone maggiormente sollecitate. Il passaggio ad una vasca
costruita interamente in plastica si ha con l’introduzione di particolari geometrie a
“greca” ed utilizzando composizioni di materiali e procedure che permettono di
ottenere un prodotto maggiormente rigido. In questo caso si possono riconoscere
due trend. Il primo è il passaggio da un sistema semplice ad uno con un profilo
complesso, formato da delle nervature (mono-bi-poly system), che consente di
migliorare le performance delle funzioni positive; il secondo è una transizione a
micro-level poiché un elemento del sistema vasca viene sostituito da un materiale
in grado di soddisfare una funzione utile richiesta. Il brevetto GB2121834 del
1984 propone, infatti, l’introduzione di fibra di vetro che fornisce maggior rigidità
alla struttura.
Il primo esempio di vasca interamente in plastica presente su brevetto è un
prodotto costituito da due semigusci imbullonati. Come abbiamo visto, nel
brevetto IT1136452 del 1980, vi è un tentativo di convolution, che tuttavia non è
andato a buon fine, a causa della necessità di stampi di grandi dimensioni e di una
attrezzatura complessa. Precisamente viene proposta una vasca di lavaggio in
plastica in un unico pezzo, ottenuta mediante stampaggio ad iniezione, sulla quale
sono ricavati anche tutti gli elementi supplementari come i cuscinetti, i raccordi, i
condotti di carico e scarico.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
197
La vasca in plastica che ottiene maggior successo ed è quella che viene utilizzata
tuttora nella maggior parte delle lavatrici è quella presentata nel brevetto
IT1181072 del 1985. In questo brevetto viene migliorato, attraverso alcune
soluzioni tecniche, il primo modello di vasca in plastica presentato; in termini
TRIZ, è stato individuato cioè, un aumento di idealità, ottenuto attraverso la
riduzione delle funzioni dannose ed un aumento di quelle utili. In questa
invenzione, rispetto alle precedenti, è presente anche un trend dynamization:
infatti sono introdotti mezzi per l’ancoraggio regolabile degli elementi di
azionamento del cesto e per il collegamento della vasca al mobile della macchina
lavabiancheria.
Tornando a considerare l’albero (Figura 5.2.), si può notare come l’ultimo
brevetto citato è la base di partenza di altri sette rami che rappresentano diverse
soluzioni tecniche e che rimandano a determinati trend evolutivi. Per quanto
riguarda il primo ramo, che comprende il brevetto relativo ad una vasca cava
riempita con zavorra isolante (brevetto DE3834112), sono stati individuati due
trend: convolution e degree of voidness (aumento del grado di vuoto). Convolution
perché la nuova vasca è in grado di svolgere una funzione in più, quella di
bilanciamento del sistema (grazie alla zavorra), che prima era svolta dai blocchi di
cemento posizionati al di fuori della vasca; in secondo luogo perché viene
eliminata una funzione dannosa: la nuova vasca è, infatti, in grado di evitare,
almeno in parte, la dispersione di calore. Si ha poi un ampliamento del vuoto
poiché le particelle che costituiscono la zavorra hanno una grandezza tale che si
toccano solo in modo puntiforme creando così delle cavità contenenti aria. Tale
trend permette un aumento dell’idealità in quanto vi è un incremento
dell’isolamento termico.
Il secondo ramo evolutivo (brevetto US5711170) è un altro esempio di
convolution. Il brevetto propone una vasca integrata con la struttura interna; in
altre parole la funzione svolta dalla vasca e quella compiuta dal mobile vengono
convogliate in un unico sottosistema.
Un’evoluzione simile viene presentata nel brevetto EP1433890 del 2004 in cui
viene descritta una lavatrice con la vasca solidale alla struttura esterna e la parete
di fondo collegata alla vasca tramite una guarnizione. Anche in questo caso è
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
198
possibile parlare di convolution che conduce ad un aumento di idealità: tale
soluzione permette, infatti, di aumentare la capacità di carico mantenendo
invariate le dimensioni esterne. Inoltre è presente un trend dynamization, in
quanto, mentre la vasca rimane fissa, la parete di fondo e il cestello sono mobili,
essendo collegati agli elementi di equilibratura e smorzamento.
Il quarto ramo rimanda ad un trend trimming; il brevetto che lo costituisce
(EP0765963) propone un nuovo metodo di unione dei due stampi che permette
l’eliminazione dei morsetti metallici semplificando l’assemblaggio e riducendo i
costi di produzione.
Per quanto riguarda il ramo relativo alle greche presenti sulla parete di fondo della
vasca, è stato individuato un trend mono-bi-poly. Inizialmente, infatti, la greca
non esisteva perché la vasca era in metallo; poi sono state introdotte solamente
nervature radiali e una circolare (brevetto GB121834). Infine, nei due brevetti che
costituiscono questo ramo, la greca risulta sempre più articolata con nervature
incrociate fra loro e rivolte anche verso l’interno della vasca. Tale trend porta ad
un miglioramento della funzione svolta dalla greca stessa: in questo modo, viene
infatti aumentata la rigidità e la resistenza al calore della vasca, diminuendo anche
i tempi di produzione attraverso un raffreddamento più rapido dello stampo.
Il sesto ramo è relativo all’evoluzione del mozzo, ovvero il sottosistema che ha la
funzione di supporto dell’albero motore. In questo caso è possibile osservare un
trend trimming. Nel primo brevetto analizzato (GB2261881), viene presentato un
mozzo fissato alla vasca tramite un perno e protetto termicamente da un anello;
nel secondo viene eliminata la necessità di perni e viti, in quanto il mozzo è
costituito da due parti che vengono bloccate tramite incastro. Infine, l’ultimo
brevetto di questo ramo, propone un manicotto in ghisa inglobato direttamente
nello stampo in plastica della vasca che esclude il bisogno di utilizzare due pezzi
distinti. Vi è quindi una diminuzione degli elementi che compongono il
sottosistema che determina un aumento della sua idealità.
L’ultimo ramo, costituito dal brevetto EP029115 del 1987, richiama un trend
transition to microlevel. L’invenzione è simile a quella presentata nel brevetto
GB2121834 e propone l’utilizzo di plastiche diverse in base alle varie
sollecitazioni che la vasca deve sopportare.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
199
Passiamo ora ad analizzare l’albero basato sui trend evolutivi (figura 5.3.). Il trend
principale individuato, quello che in altre parole rappresenta il tronco, è
expansion-convolution. Si ha, infatti, dapprima una espansione del sottosistema
vasca con l’aggiunta di nuovi elementi. Come abbiamo visto, il primo brevetto è
relativo ad una vasca monopezzo in legno; poi viene introdotto un nuovo
sottosistema, il cestello; successivamente vengono aggiunti nuovi elementi, quali
il guscio imbutito, la struttura portante e la ghiera di rinforzo. Il risultato di questa
prima parte dell’evoluzione è la formazione di un sottosistema più complesso, ma
in grado di svolgere in modo più efficiente le funzioni richieste. La seconda parte
del trend è rappresentata da una fase in cui gli elementi e i sottosistemi
diminuiscono. Per esempio l’introduzione della plastica permette l’eliminazione
delle saldature e di conseguenza della necessità di utilizzare supporti per
l’ancoraggio degli organi di sospensione. Nell’ultimo stadio di questo pattern
evolutivo vi è addirittura il tentativo di unire due sottosistemi in un unico
sottosistema in grado di svolgere entrambe le funzioni. Prima viene, infatti,
proposta una lavatrice con la vasca solidale alla struttura esterna con l’obiettivo di
incrementare la capacità di carico mantenendo invariate le dimensioni esterne; poi
viene proposta una soluzione ancora più estrema, con la vasca integrata nel
mobile. Ciò è possibile grazie ad una nuova tecnica di equilibratura dinamica del
carico, che come è già stato accennato permette di aumentare notevolmente il
bilanciamento della vasca grazie a dei contenitori riempiti con acqua che ruotano
con il cestello. Tale soluzione rappresenta, come si può vedere dall’albero (figura
5.3.), un altro ramo, caratterizzato dal trend dynamization. Tornando
all’evoluzione principale, è possibile affermare che il processo di convolution
porta quindi ad un aumento del grado di idealità attraverso la riduzione del
numero di sottosistemi ausiliari e di elementi. Al termine del trend completo
(expansion-convolution) il nuovo sistema (sottosistema se considerato all’interno
del sistema lavatrice) svolge la stessa funzione primaria del sistema iniziale, ma
con migliori performance.
Sono stati poi individuati rami basati su altre leggi evolutive. Il primo, legato al
sottosistema idraulico, segue il trend decrease of human involvement.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
200
Figura 5.3. Albero costruito in base alle leggi evolutive
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
201
In altre parole il sottosistema in esame ha aumentato la propria idealità con
l’esclusione della partecipazione umana dalle proprie funzioni. Inizialmente,
infatti, la vasca era riempita e svuotata manualmente; con l’introduzione della
valvola di scolo, la fase di svuotamento risultava molto più semplice e quasi
automatizzata. Infine con l’introduzione della pompa, tutto il processo diventava
pressoché automatico e l’uomo doveva limitarsi a monitorarlo.
Il secondo ramo è basato sul trend mono-bi-poly ed è relativo alla greca che
caratterizza il piatto di fondo della vasca. Come è evidente dalla figura, all’inizio
la vasca non presentava alcun profilo “a greca”, in quanto era costruita in metallo,
materiale che resiste alle alte temperature. Con l’introduzione della plastica si è
reso necessario aggiungere delle nervature con la funzione di irrobustire la
struttura evitando deformazioni e rotture della vasca. Le nervature sono diventate
col passare del tempo sempre più articolate e numerose andando a migliorare le
performance della funzione richiesta.
Esistono poi tre rami che seguono il trend trimming (legge appartenente al primo
gruppo del Direction Postulate, secondo Savransky). Il primo è relativo
all’eliminazione delle staffe di supporto per fissare l’alloggiamento dei supporti
dell’albero motore e porta un miglioramento in termini di spazio e di semplicità di
costruzione. Il secondo è legato al sottosistema mozzo, che ha la funzione di
supportare l’albero motore. Questo elemento, come è già stato detto, è stato
semplificato attraverso soluzioni tecniche che hanno permesso di eliminare
componenti come perni e viti. Oggi, il mozzo è inglobato direttamente nello
stampo in plastica della vasca. L’ultimo trend trimming individuato si riferisce ad
un metodo innovativo di unione degli stampi: tale metodo permette di eliminare
l’utilizzo di morsetti metallici e di semplificare l’assemblaggio.
Gli ultimi due rami rappresentano un trend transition to micro-level e un trend di
ampliamento del grado di vuoto. Il primo è relativo all’utilizzo di materiali
differenti in determinate parti della vasca che determinano un miglioramento delle
funzioni utili, in particolare un incremento della resistenza del sottosistema alle
sollecitazioni meccaniche. Il secondo è legato ad un nuovo tipo di vasca cava
riempita con zavorra. La zavorra è costituita da polvere o rottame di ferro a grana
grossa, distribuita in modo tale che ci siano degli spazi tra le particelle contenenti
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
202
aria volti ad aumentare l’isolamento termico. Questo trend porta quindi ad un
aumento del grado di idealità grazie ad un miglioramento delle funzioni positive.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
203
5.3. Individuazione dei trend evolutivi nel sistema
di distribuzione del detersivo
5.3.1. Introduzione Per quanto riguarda il sistema di erogazione del detersivo, a differenza della
vasca, non è stato possibile individuare un trend di base che ha caratterizzato il
suo sviluppo. Ciò è dovuto probabilmente al fatto che questo sottosistema non
assume dal punto di vista del cliente una grande importanza; basti pensare che
negli ultimi anni è sempre più diffuso l’utilizzo delle “palline”, che vengono
inserite direttamente nel cestello e sono indipendenti dal sistema lavatrice. Ne
consegue che gli investimenti destinati al miglioramento del sistema di erogazione
del detersivo sono molto ridotti. I brevetti che hanno come oggetto questo
dispositivo sono comunque relativamente numerosi, ma le innovazioni che sono
alla loro base sono quasi per la totalità di basso livello.
Per rendere il lavoro più organico e comprensibile sono stati suddivisi i brevetti,
come si è già visto nel capitolo precedente, in base ai principali problemi che essi
affrontano. Per quanto riguarda questo sottosistema, ogni ramo rappresenta quindi
una specifica funzione che vuole essere migliorata dai brevetti che lo
costituiscono. Per ciascun gruppo di invenzioni sono stati individuati i trend alla
base del loro sviluppo.
5.3.2. Geometria della vaschetta L’analisi dell’evoluzione della geometria della vaschetta permette di individuare
facilmente il trend evolutivo che ne sta alla base. Infatti, come si può notare dalla
figura 5.4. si è passati da una vaschetta con un solo scompartimento, come quella
presentata nel brevetto americano del 1961, ad una suddivisa in due
scompartimenti, fino a giungere a vaschette con tre e quattro camere. Si tratta
quindi di un trend mono-bi-poly che ha origine dalla divisione delle fasi di
lavaggio; ogni fase necessita infatti dell’utilizzo di un diverso tipo di detersivo che
viene inserito nella vasca in momenti diversi.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
204
E’ stato poi individuato un secondo trend, di rilevanza minore, rappresentato dal
ramo più corto. I due brevetti che lo costituiscono sono relativi a invenzioni
finalizzate all’utilizzo del medesimo scompartimento per contenere sia detersivi in
polvere che detersivi liquidi. Il trend che sta alla base di questa evoluzione è
dynamization; si è passati infatti da scompartimenti che contenevano rigidamente
o detersivi liquidi o detersivi in polvere, a scompartimenti con soluzioni
innovative e dinamiche in grado di accogliere entrambi i tipi di detersivo. E’ il
caso del brevetto IT1204920 del 1989 che presenta una parete mobile e del
brevetto IT1230514 del 1991 che propone una soluzione più radicale;
quest’ultima invenzione riguarda, infatti, una vaschetta capace di ruotare di 180
gradi rispetto all’asse orizzontale. Entrambe le evoluzioni determinano un
aumento delle funzioni utili del sottosistema, con un conseguente aumento della
sua idealità.
Vaschetta con uno scomparto US2991911 1961
Vaschetta con due scomparti GB1130201 1968
Vaschetta con tre scomparti IT1220287 1990
Vaschetta con quattro scomparti GB1168466 1969
Vaschetta con parete mobile IT1204920 1989
Vaschetta girevole di 180 gradi IT1230514 1991
DYNAMIZATION
MONO-BI-POLY
Figura 5.4. Evoluzione della geometria della vaschetta
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
205
5.3.3. Selezione dello scomparto L’evoluzione del sistema di distribuzione del detersivo ha portato nel tempo
all’aumento del numero di scomparti per ovviare allo smistamento dei diversi
trattamenti per ogni fase del ciclo di lavaggio. Inizialmente, come visto nel
capitolo precedente, la selezione dello scomparto è eseguita staticamente, ad
esempio ponendo un condotto comandato da una elettrovalvola come nel brevetto
GB1161216 (vedi figura 5.5.). Nel brevetto US2988908 viene introdotto un
elemento mobile, il condotto ruota in due posizione grazie ad un solenoide
attraversato da corrente che crea un campo magnetico. I brevetti seguenti
rappresentati in figura 5.5. utilizzano metodi diversi di rotazione del condotto
sopra quattro scomparti, tuttavia l’adattabilità del sistema e l’introduzione di un
elemento mobile è tipica del trend di dynamization delle leggi evolutive dei
sistemi.
DYNAMIZATIONCondotti statici GB1161216 1968
Condotto che ruota in due posizioni US2988908 1961
Condotto che ruota in quattro posizioni IT1200684 1989
Condotto mosso tramite una camma GB1264739 1972
Spostamento del condotto tramite sensori PTC IT1242805 1994
Ugello solidale ad un rotore EP1541740 2005
Figura 5.5. Evoluzione della funzione di selezione dello scomparto
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
206
5.3.4. Sistemi di attuazione della funzione di erogazione Per quanto riguarda il sistema di attuazione della funzione di erogazione è stato
individuato un trend di base dynamization (figura 5.6.). Già il primo brevetto
analizzato (US1703753 del 1929) propone un sistema dinamico basato
sull’impiego di una ruota dentata che viene mossa o manualmente o attraverso un
motore elettrico. Il passaggio successivo è l’utilizzo di un sistema bi-metallo
(brevetto US3160319), il cui azionamento è assicurato dal calore emesso
dall’acqua di lavaggio. Infine, con gli ultimi due brevetti, che costituiscono due
invenzioni parallele, si giunge ad un cambiamento di stato del componente in
questione; entrambi sfruttano infatti un campo magnetico. Nel primo caso
(brevetto US2692165), il campo magnetico viene prodotto grazie al passaggio di
corrente elettrica (sistema di attuazione elettromagnetico); nel secondo caso
(brevetto IT1239896) un attuatore in materiale magnetico viene reso amagnetico
attraverso il suo riscaldamento (sistema di attuazione termomagnetico). Ogni
innovazione, lungo questo trend evolutivo, ha consentito un miglioramento delle
performance delle funzioni svolte dal sottosistema; in particolare è stata
semplificata notevolmente la sua struttura con una conseguente riduzione dei
costi.
Sistema di attuazione meccanico US1703753 1929
Sistema di attuazione a bi-metallo US3160319 1964
Sistema di attuazione elettromagnetico US2692165 1954
Sistema di attuazione termomagnetico IT1239896 1993
DYNAMIZATION
Figura 5.6. Evoluzione del sistema di attuazione
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
207
5.3.5. Misurazione del detersivo Il primo sistema di misurazione della quantità di detersivo è presentato nel
brevetto US1703753 del 1929 (figura 5.7.); si tratta di un dosatore manuale che
regola il detersivo in base a quanto si ruota il contenitore tramite una corda.
Anche il brevetto GB901388 del 1962 permette di selezionare la quantità esatta
attraverso un dispositivo formato da due camere separate per lo stoccaggio ed il
dosaggio della sostanza. In questo caso l’apertura della camera di dosaggio è
automatica ed è regolata da un timer in base al ciclo di lavaggio selezionato. I
brevetti IT1109541 del 1985 e IT1153363 del 1987 vanno verso la completa
automazione del sistema di distribuzione; il primo riguarda il dosaggio di un
detersivo in grani, mentre il secondo è un sistema volumetrico di misura per
detersivi liquidi. Il trend individuato è quindi quello di diminuzione del
coinvolgimento umano.
Il brevetto IT1170345 del 1987 introduce un elettrodo autopulente per la
misurazione della concentrazione del detersivo collegato al sistema di dosaggio; il
tentativo è quello di aumentare l’adattabilità del sistema evidenziando quindi la
presenza di un trend di dynamization.
Nel brevetto IT166545 del 1987, invece, è possibile individuare un tentativo di
integrazione tra sistemi, ed in particolare tra il trasporto e lo stoccaggio del
detersivo all’interno del sistema di distribuzione (convolution).
DYNAMIZATION
CONVOLUTIONDEGREE OF HUMAN INVOLVEMENT
Dosatore manuale US1703753 1929
Dosatore manuale con apertura automatica GB901388 1962
Dosatore automatico IT1109541 1985
Dosatore automatico volumetrico IT1153363 1987
Dosatore con sensore per la concentrazione IT1170345 1987
Integrazione tra trasporto e stoccaggio del detersivo IT1166545 1987
Figura 5.7. Evoluzione della funzione di misurazione del detersivo
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
208
5.3.6. Stoccaggio e conservazione del detersivo La presenza di contenitori per lo stoccaggio di quantità di detersivo necessaria per
più cicli di lavaggio ha portato ad affrontare il problema della conservazione del
detersivo stesso.
In questo particolare ramo evolutivo non sono stati trovati trend univoci di
sviluppo, tuttavia è possibile individuare i trend utilizzati in alcuni brevetti
analizzati.
La soluzione ideata nel brevetto US3034761 del 1962 (figura 5.8.) è la
conservazione in una sacca che mantiene sottovuoto il detersivo; l’introduzione di
un elemento mobile che si adatta al sistema è tipico del trend evolutivo di
dynamization.
Nel brevetto DE3835719 del 1993 (figura 5.9.), invece, viene affrontato il
problema della conservazione del detersivo introducendo un elemento che svolge
una funzione utile prima inesistente, una camera intermedia atta all’essiccazione
tra la camera di conservazione del detersivo e la vasca di lavaggio. L’aggiunta di
elementi è funzioni utili è propria del trend di espansione dei sistemi evolutivi
(expansion), e potrebbe far pensare ad una successiva convoluzione dei sistemi
stessi.
Mantenimento sottovuoto US3034761 1962
Camera di essiccazione DE3835719 1993
DYNAMIZATION EXPANSION
Figura 5.8. US3034761 Anti-caking dispenser valve 1962
Figura 5.9. DE3835719 Device for adding granular cleaning agent 1993
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
209
5.3.7. Risciacquo degli scomparti Il risciacquo efficace della vaschetta, come abbiamo visto nel capitolo 4, è stato
oggetto di studio di alcuni brevetti. Tuttavia non è stato possibile individuare un
trend che ha caratterizzato la sua evoluzione; infatti, le invenzioni relative a questa
funzione sono risultate quasi tutte a se stanti. Per questo motivo sono stati trovati
tre trend, ognuno dei quali costituito da pochi brevetti. Il più evidente,
rappresentato nella parte centrale della figura 5.10, è expansion. Il primo modello
di distributore di detersivo a sciacquo (per esempio quello proposto nel brevetto
US2988908 del 1961) è, infatti, caratterizzato dalla presenza di un canale con un
solo ugello che conduce l’acqua nella vaschetta; in seguito sono stati aggiunti
numerosi fori supplementari per consentire un risciacquo più efficace dello
scomparto (brevetto DE513925); infine con il brevetto DE2813366 del 1979 sono
state introdotte delle porzioni di canale aggiuntive per garantire l’uscita di getti
d’acqua della stessa pressione da tutti gli ugelli. L’innesto di questi componenti ha
determinato quindi un miglioramento della funzione in questione. Soluzione
diversa ma comunque legata al concetto di expansion è quella presentata nel
brevetto US2979931 del 1961 in cui vi è l’introduzione di un elemento che devia
il flusso di acqua verso il canale che collega la vaschetta favorendone il
risciacquo. L’ultima invenzione (brevetto ITTO940239) rimanda invece ad un
trend dynamization; viene, infatti, introdotto un dispositivo che permette di
ottenere un getto oscillante che va a colpire tutte le zone della vaschetta. In questo
caso si ha un incremento dell’idealità grazie al passaggio da un sistema statico,
getto d’acqua fisso, ad uno dinamico, getto d’acqua oscillante.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
210
5.3.8. Organi indipendenti di rilascio del detersivo Una soluzione per la distribuzione di liquidi per il trattamento dei tessuti consiste
nello sfruttare la forza centrifuga dovuta al funzionamento della macchina
lavatrice.
Il primo sistema di questo tipo risale al brevetto US2955450 del 1960 (figura
5.11.) e consiste in un dispositivo a chiocciola, da fissare al cestello in
corrispondenza dell’asse di rotazione, per la distribuzione dell’ammorbidente.
Successivamente il sistema si è evoluto con l’aumento dei componenti e delle
Vaschetta con un ugello per introduzione dell’acqua US2988908 1961
Erogatore con elemento di interferenza del flusso d’acqua US2979931 1961
Erogatore con ugelli supplementari DE7513925 1975
Erogatore con porzioni di canale supplementari DE2813366 1979
Erogatore con dispositivo spruzzatore a getto oscillante ITTO940239 1996
EXPANSION
DYNAMIZATION
EXPANSION
Figura 5.10. Evoluzione della funzione di risciacquo degli scomparti
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
211
funzioni utili; il brevetto US3044665 del 1962 infatti è formato da due camere
concentriche con un sistema di valvole a molla per la premiscelazione
dell’ammorbidente all’acqua. Infine il brevetto US3108722 del 1963 dispone delle
stesse funzioni del brevetto precedente ma utilizzando un minor numero di
componenti; il trend individuato è quindi di expansion–convolution.
Anche il brevetto WO0125527 del 2001 consiste in una dispositivo di dosaggio
del detersivo da posizionare direttamente all’interno del cestello. In questo caso
un sensore permette la misurazione della concentrazione della sostanza da
rilasciare nella vasca di lavaggio, permettendo così di dosarla in modo esatto. La
strada intrapresa è quindi di adattabilità al sistema alle condizioni esterne, tipica
del processo di dynamization.
EXPANSION - CONVOLUTION
DYNAMIZATION
Chiocciola US2955450 1960
Sfera formata da due camere concentriche US3044665 1962
Sfera con camera unica US3108722 1963
Dispositivo con sensore WO0125527 2001
Figura 5.11. Evoluzione degli organi indipendenti di rilascio del detersivo
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
212
5.3.9. Sistemi di riciclaggio dell’acqua La funzione relativa al riciclo dell’acqua non è strettamente legata al dispositivo
di erogazione del detersivo, ma appartiene comunque al sistema idraulico della
lavatrice; per questo motivo è stata inserita nell’analisi. I brevetti di questa
sezione si riferiscono dunque all’introduzione di un serbatoio in grado di
contenere l’acqua proveniente dalle fasi di risciacquo di un ciclo di lavaggio che
sarà poi utilizzata nelle fasi di pre-lavaggio e lavaggio del ciclo successivo. Il
sistema è in grado di svolgere una funzione in più grazie all’introduzione di un
nuovo componente; si tratta quindi di un processo di expansion. Analizzando nel
dettaglio i brevetti individuati, si può notare come il primo (IT239189) proponga
l’introduzione del serbatoio di riciclo, mentre il secondo (EP691099) si pone
come obiettivo il miglioramento della nuova funzione attraverso l’aggiunta di una
vaschetta contenete detersivo (figura 5.12.). Il detersivo, che va a mescolarsi con
l’acqua riciclata, serve per migliorare la conservazione dell’acqua stessa e per
evitare l’insorgere di odori sgradevoli.
Lavatrice con serbatoio di riciclo dell’acqua IT1239189 1993
Lavatrice con serbatoio e vaschetta detersivo EP0691099 1996
EXPANSIONLavatrice classica
Figura 5.12. Evoluzione della funzione di riciclaggio dell’acqua
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
213
CONCLUSIONI
Il lavoro svolto nell’ambito dell’evoluzione dei sistemi tecnici ha riguardato il
confronto tra le leggi evolutive definite dalla metodologia TRIZ e l’analisi
brevettuale del settore degli elettrodomestici. In particolare l’analisi si è
concentrata sull’individuazione dei trend di sviluppo nel sottosistema della vasca,
elemento centrale e fondamentale del sistema lavatrice, e del dispositivo di
erogazione del detergente, di particolare interesse per i tecnici di Whirlpool
Europe.
Il confronto tra lo sviluppo rilevato dall’analisi svolta e i trend propri della
metodologia oggetto di studio ha portato a significativi punti in comune.
Per quanto riguarda i risultati del primo sottosistema analizzato, si è potuto
riscontrare una forte analogia tra il suo sviluppo generale e la legge evolutiva di
expansion-convolution. Parallelamente a tale trend globale, anche l’attività
inventiva relativa a componenti di questo sottosistema ha mostrato notevoli
corrispondenze con altri trend. Gli sforzi destinati al miglioramento della vasca di
lavaggio, dai primi anni del ’900 fino ai nostri giorni, hanno consentito, così come
prospettato dalla metodologia TRIZ, un notevole incremento della sua idealità. Al
termine di tale sviluppo, la funzione primaria rimane invariata, ma viene svolta
con performance decisamente migliori, grazie all’aumento delle funzioni utili e
alla riduzione di quelle dannose. L’evoluzione del sottosistema vasca ha subito un
notevole rallentamento negli ultimi anni; l’analisi delle curve a S relative
all’andamento del numero di brevetti esistenti nei vari anni ha messo in evidenza
il fatto che la vasca, così come il sistema lavatrice, si trova ormai in una fase di
maturità. Ciò trova conferma nel fatto che le invenzioni più recenti sono meno
radicali e hanno come obiettivo principale la riduzione dei costi di produzione, di
assemblaggio e di trasporto.
Relativamente al dispositivo di erogazione del detergente non è stato possibile
individuare un trend generale; il motivo risiede nel fatto che gli inventori si sono
concentrati sullo sviluppo di specifiche funzioni e caratteristiche come il
miglioramento del sistema di risciacquo della vaschetta, il dosaggio automatico
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
214
del detersivo o il sistema di attuazione dell’erogatore, senza dar luogo quindi ad
una crescita organica del sottosistema. Per questo motivo è stato deciso di
raggruppare i brevetti in base a tali funzioni e ciò ha permesso di riscontrare,
nonostante l’assenza di un trend di base, correlazioni tra i singoli rami di sviluppo
e le leggi evolutive.
In conclusione il raffronto tra lo sviluppo reale dell’attività inventiva e i trend di
evoluzione ha mostrato la validità di questi ultimi anche per quanto riguarda lo
specifico settore analizzato. L’utilizzo della metodologia TRIZ, quindi, può
risultare di notevole aiuto per lo sviluppo e per l’attività di miglioramento del
sistema considerato, nonché nella previsione di possibili sviluppi futuri.
Trend evolutivi e indagini brevettuali: analisi e confronto nel settore degli elettrodomestici
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GB1327038, GB1330798, US3822571, US3826408, GB1402878, GB1436717,
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IT1169885, IT1170206, IT1170345, IT1171046, IT1171699, IT1171727,
IT1171819, IT1173059, IT1174637, IT1174947, IT1176489, IT1180669,
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