คิดค้นประดิษฐกรรม และแก้ปัญหาเชิงประดิษฐกรรมด้วย TRIZ

ความคิดสร้างสรรค์ เป็นสิ่งจำเป็นขั้นพื้นฐานของการพัฒนาในทุก ๆ ด้าน ประเทศผู้นำทางด้านเทคโนโลยีของโลก ทั้งอเมริกา ญี่ปุ่น และประเทศยุโรปต่าง ๆ ต่างให้ความสำคัญกับเรื่องของการประดิษฐ์คิดค้นสิ่งต่าง ๆ เพื่อช่วยอำนวยความสะดวก และแก้ปัญหาที่พบ ตั้งแต่เรื่องง่าย ๆ ในชีวิตประจำวัน จนไปสู่การสร้างสรรค์นวัตกรรมด้วยเทคโนโลยีชั้นสูง การมองเห็นปัญหา และการหาทางแก้ ก็คือจุดเริ่มต้นของกระบวนการคิดค้นออกแบบประดิษฐกรรมใหม่ ๆ ให้ออกมาใช้งานกันได้ ซึ่งโดยหลักการของ TRIZ แล้ว เชื่อว่า “ความคิดสร้างสรรค์ เป็นสิ่งที่สอนกันได้” โดยการนำวิธีการคิดแก้ปัญหาต่าง ๆ มาทำให้เป็นกระบวนการที่จะช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถเห็นถึงทางออกที่เป็นไปได้ และสามารถจัดการกับตัวแปรต่าง ๆ ได้ง่ายขึ้น

โดยธรรมชาติแล้ว คนเรามักจะคิดแก้ปัญหาต่าง ๆ โดยอ้างอิงจากประสบการณ์ที่ผ่านมาและความถนัดของตนเองเป็นหลัก ซึ่งมักจะทำให้เกิด “ความเฉื่อยทางจิตวิทยา” คือ ไม่สามารถจะออกไปจากรูปแบบที่เคยมีมาได้ และยังคงเกิดปัญหาเดิม ๆ กลับเข้ามาอีก แต่การแก้ปัญหาเชิงประดิษฐกรรม หรือ Inventive Problem Solving จะเป็นการโดยการสร้าง ออกแบบ หรือคิดค้นสิ่งใหม่ เพื่อลดข้อจำกัดต่าง ๆ ของปัญหาที่มีอยู่ให้น้อยลง ซึ่งจำเป็นจะต้องอาศัยความรู้ด้านอื่น ๆ ที่นอกเหนือจากประสบการณ์ หรือความถนัดของผู้ออกแบบ

TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving) หรือ “ทฤษฎีการแก้ปัญหาเชิงประดิษฐกรรม” เป็นทฤษฎีจัดการทางด้านความคิดที่กำลังเป็นที่สนใจอย่างมากในปัจจุบัน คิดค้นขึ้นโดย Genrich S. Altshuller วิศวกรชาวรัสเซีย ในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 (ปี 1946) แต่เพิ่งจะเป็นที่รู้จักในสหรัฐอเมริกา และยุโรป เมื่อไม่ถึงสิบปีมานี้เอง เป็นเสมือนกุญแจดอกสำคัญอันหนึ่ง ซึ่งนำไปสู่ความรุ่งเรืองทางด้านวิศวกรรมของสหภาพโซเวียตในยุคสงครามเย็นที่ไม่เคยถูกเปิดเผยมาก่อน เป็นเวลากว่า 50 ปี และยังคงสามารถนำมาใช้ได้เป็นอย่างดีในการคิดค้นประดิษฐกรรมใหม่ ๆ ของวันนี้

Genrich S. Altshuller ถือ วิศวกรชาวรัสเซีย ถือกำเนิดที่สหภาพโซเวียต ในปี 1926 เริ่มฉายแววความเป็นนักประดิษฐ์ตั้งแต่อายุ 14 ขวบ ด้วยการประดิษฐ์อุปกรณ์ดำน้ำ Scuba และหลงใหลในการประดิษฐ์สิ่งประดิษฐ์ต่าง ๆ จนได้มาเป็นวิศวกรเครื่องกลในเวลาต่อมา และได้เข้ารับใช้ในกองนาวิกโยธินของโซเวียต ในหน้าที่เกี่ยวกับการตรวจสอบสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ และเป็นที่ปรึกษในการคิดค้นประดิษฐกรรมให้กับนักประดิษฐ์รายอื่น ๆ ในกองทัพ

 

TRIZ คืออะไร ?

TRIZ เป็นหลักการในการคิดค้น และออกแบบประดิษฐกรรมสำหรับแก้ปัญหาต่าง ๆ ที่พบในทางอุตสาหกรรม ให้มีฟังก์ชั่นการใช้งานสูงสุด หรือเพิ่มความเป็นอุดมคติ (Ideality) และลดทรัพยากรที่ต้องใช้ (Resources) ซึ่งจะมีข้อจำกัดของความขัดแย้งกัน (Contradiction) ของตัวแปรต่าง ๆ กล่าวคือ ของสิ่งหนึ่งนั้น เมื่อเราพยายามที่จะเพิ่มคุณสมบัติหนึ่ง ก็มักมีผลในทางตรงกันข้ามกับอีกคุณสมบัติหนึ่ง เช่น ต้องการฝาขวดที่เปิดได้สะดวก แต่ไม่ต้องการให้มันเปิดได้เองง่ายเกินไป ต้องการระบบที่เข้าถึงข้อมูลได้ง่าย แต่ให้มีความปลอดภัยต่อการโจรกรรมข้อมูล ต้องการความแข็งแรง แต่ต้องการความเบา ใช้วัสดุน้อยที่สุด หรือต้องการออกแบบกล่องที่ทำให้พิซซ่าร้อนสำหรับลูกค้า แต่เย็นสำหรับเด็กส่งพิซซ่า เป็นต้น

ขณะที่ทำงานเป็นผู้ตรวจสอบสิทธิบัตรในกองนาวิกโยธิน Altshuller ได้ทำการศึกษารวบรวมปัญหาที่พบ และการแก้ปัญหาที่ได้ทำ จากสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ต่าง ๆ มากกว่า 200,000 ฉบับ ฉบับ และรวบรวมมาทำเป็นฐานข้อมูล จนถึงปัจจุบัน มีสิทธิบัตรจากทั่วโลกที่ถูกนำมาวิเคราะห์แล้ว กว่า 1,500,000 ฉบับ โดยจากทั้งหมด มีเพียง 40,000 ชิ้นเท่านั้น ที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นการแก้ปัญหาแบบ Inventive Problem Solution หรือ การสร้างประดิษฐกรรมใหม่ อย่างแท้จริง นอกนั้นเป็นเพียงแค่การปรับปรุงของเก่าให้ใช้งานดีขึ้นเท่านั้น ซึ่งเขาจึงได้นำปัญหาต่าง ๆ มาจัดหมวดหมู่ที่เป็นกลาง ไม่เฉพาะเจาะจงตามสายงาน โดยกำหนดเงื่อนไขของการแก้ปัญหาแบบ Inventive Problem Solution ไว้ดังนี้

1. จะต้องมีกระบวนการคิดที่เป็นขั้นเป็นตอน (Systematic) หรือ Step-by-Step

2. สามารถใช้เป็นแนวทางในการแก้ปัญหาในวงกว้างกับเรื่องอื่น ๆ ได้

3. สามารถทำซ้ำได้ มีความเที่ยงตรง และไม่เกิดจากผลทางด้านจิตวิทยา

4. สามารถเข้าถึงองค์ความรู้ และต่อยอดทางความคิดสร้างสรรค์ (Innovative) ได้

5. สร้างความคุ้นเคยให้กับนักประดิษฐ์ ในการหาวิธีการแก้ปัญหาต่อ ๆ ไป

Altshuller พบว่า ในทุกอุตสาหกรรมต่างก็เจอปัญหาในรูปแบบที่คล้าย ๆ กัน และถูกแก้ซ้ำแล้วซ้ำอีกด้วยหลักการเดียวกัน ซึ่งสามารถจะจำแนกแนวทางการแก้ปัญหาทั้งหมดออกได้เป็น 40 หลักการพื้นฐาน (Fundamental inventive principles) กับ 39 ตัวแปร (Parameter) ที่เกี่ยวข้องในการวิเคราะห์ปัญหา ซึ่งจะช่วยให้นักประดิษฐ์สามารถประหยัดเวลาในการหาแนวทางการแก้ปัญหาที่เคยมีผู้คิดค้นสำเร็จมาก่อนแล้ว

 

ระดับชั้นของการแก้ปัญหาเชิงประดิษฐกรรม

ชั้นที่ 1 งานออกแบบทั่วไป (Routine Design) แก้ปัญหาเฉพาะหน้าโดยใช้วิธีการที่คุ้นเคย หรือจากประสบการณ์ ความชำนาญเฉพาะทางในสาขานั้น ๆ ซึ่งในระดับนี้ยังไม่เรียกว่าเป็นการสร้างประดิษฐกรรมใหม่

ชั้นที่ 2 ปรับปรุงส่วนปลีกย่อยของระบบเดิม (Minor improvements to an existing system) โดยใช้วิธีที่ใช้ทั่วไป ในอุตสาหกรรมชนิดนั้น ๆ และการ optimization ปัจจัยด้านต่าง ๆ

ชั้นที่ 3 ปรับปรุงโครงสร้างหลัก (Fundamental improvement to an existing system) เป็นการแก้ปัญหาที่จะต้องอาศัยความรู้จากภาคอุตสาหกรรมอื่น ๆ มาช่วยด้วย

ชั้นที่ 4 สร้างผลิตภัณฑ์รุ่นใหม่ (New generation product หรือ new concept) โดยที่ยังคงความสามารถในการทำฟังก์ชั่นหลักต่าง ๆ ได้เหมือนกับ generation เดิม หรือเป็นการสร้างเทคโนโลยีใหม่ เพื่อมาแทนที่เทคโนโลยีเดิม

ชั้นที่ 5 คิดค้นนวัตกรรมใหม่ (Scientific discovery new phenomena หรือ pioneer invention) สำหรับความต้องการของระบบใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อน

หลักการของ TRIZ จะเน้นไปในการแก้ปัญหาในลำดับชั้นที่ 2 3 และ 4 เป็นหลัก ซึ่ง Altshuller กล่าวไว้ว่า 90% ของปัญหาในทางเทคนิคทั้งหลายที่พบ ที่จริงแล้วก็คือปัญหาเดิม ๆ ที่เคยมีผู้แก้ไขสำเร็จแล้ว ณ ที่ใดที่หนึ่งมาก่อนแล้ว ถ้าหากเราสามารถที่จะดำเนินตามลำดับขั้นของการแก้ปัญหา จากการใช้ประสบการณ์ ความถนัดเฉพาะทางของตน ไปจนถึงความรู้จากแหล่งภายนอก ก็จะพบว่าการแก้ปัญหาส่วนใหญ่สามารถนำมาปรับใช้จากความรู้ที่มีอยู่ภายในองค์กร ภายในกลุ่มอุตสาหกรรมเดียวกัน และแม้แต่จากกลุ่มอุตสาหกรรมชนิดอื่นได้เช่นกัน

กฎแห่งความอุดมคติ (Law of Ideality)

กฎแห่งความอุดมคติกล่าวเอาไว้ว่า ทุก ๆ ระบบ (Technical System) จะต้องมีการปรับปรุงตัวเองตลอดช่วงอายุการใช้งาน เพื่อให้เข้าสู่ความเป็นอุดมคติ (Ideality) คือ มีความเที่ยงตรงมากขึ้น (more reliable) ใช้งานได้ง่ายขึ้น (simpler) มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น (more effective) รวมไปถึงการลดต้นทุน ลดพลังงาน ลดทรัพยากรที่ใช้ ลดพื้นที่ ฯลฯ เมื่อระบบเข้าสู่ความเป็นอุดมคติที่สุด สิ่งที่จะเกิดขึ้นก็คือ กลไก (Mechanism) จะหมดไป ในขณะที่ฟังก์ชั่นการทำงานยังคงมีอยู่ หรือเพิ่มขึ้น

การเพิ่มความเป็นอุดมคติสามารถทำได้หลายวิธี เช่น

- ลดกลไก (mechanism) เช่น การขนส่งเนื้อสัตว์จากทวีปอเมริกาใต้ ต้องการเพิ่มความสามารถในการแช่แข็งเนื้อสัตว์ โดยการบินในระดับความสูงที่ 15,000 – 20,000 feet และให้มีลมเย็น ที่ต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสเข้ามา ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องแช่แข็งบนเครื่องบินเลย

- เพิ่มฟังก์ชั่นการทำงาน เช่น วิทยุที่มีเครื่องเล่นเทป CD และเครื่องขยายเสียงต่อไมโครโฟนได้ในเครื่องเดียวกัน หรือเครื่องตัดสายไฟ ที่ทำได้ทั้งตัดสายไฟ ปอกปลอกสายไฟ และงัดกล่องสายไฟได้ในอันเดียวกัน

- เพิ่มขอบเขตของระบบ เช่น ทำให้หน้าต่างเปิดกว้างขึ้น หรือแคบลงตามอุณหภูมิภายนอก โดยติดตั้งเซ็นเซอร์ไว้ที่หน้าต่าง (ระบบใหม่ หรือ super system คือ หน้าต่าง + เซ็นเซอร์)

Contradiction
หมายถึงคุณสมบัติ หรือตัวแปร เช่น น้ำหนัก อุณหภูมิ สี ความเร็ว ความแข็งแรง ฯลฯ ของระบบหนึ่ง ๆ ที่เมื่อเราพยายามที่จะเพิ่มคุณสมบัติหนึ่ง ก็มักมีผลในทางตรงกันข้ามกับอีกคุณสมบัติหนึ่ง เช่นถ้าต้องการของที่เบา ก็ต้องเสียความแข็งแรงลงไป ต้องการจะเพิ่มความเร็วของเครื่องบิน โดยการเพิ่มขนาดของเครื่องยนต์ แต่ก็จะทำให้ปีกเครื่องบินต้องรับน้ำหนักมากเกินไปได้ หรือ เครื่องประดาน้ำ ที่จะต้องมีความแข็ง ไม่แตกง่ายในน้ำลึก แต่จะต้องนิ่มสำหรับนักประดาน้ำ เป็นต้น