Abbildung 1: Rechercheprozess bei IPnovation GmbH

Ein typischer Rechercheprozess beginnt mit dem Studium des zu untersuchenden Themas sowie der Extraktion themenrelevanter Elemente und Merkmale – im Folgenden vereinfacht als Merkmale bezeichnet. Ziel dieser Phase ist es, ein erstes technisches Verständnis des Recherchethemas zu entwickeln und eine strukturierte Übersicht über dessen wesentliche Merkmale zu erstellen. Üblicherweise werden dabei folgende Aspekte extrahiert: der subjektive Stand-der-Technik, dessen Nachteile, die technische Aufgabe (Problemstellung), die Lösung in Form konkreter Elemente und Merkmale, die Vorteile der Lösung sowie zugrunde liegende Effekte. IPnovation GmbH führt bei diesem Prozessschritt für manche Recherchethemen zusätzlich eine System- und Funktionsanalyse durch, auf die später im Detail eingegangen wird.

Eine systematisch erstellte Merkmalsübersicht des Recherchethemas bildet die Grundlage für die Entwicklung gezielter Recherchestrategien[4] durch den geschulten Rechercheur. Sie ist insbesondere bei Erfindungsmeldungs-, Neuheits-, Stand-der-Technik-, Rechtsbeständigkeits- und FTO-Recherchen von zentraler Bedeutung. Wird diese Merkmalsübersicht ungenau, fehlerhaft oder unvollständig ausgearbeitet, ist es in der Regel nicht möglich, ein belastbares und aussagekräftiges Rechercheergebnis zu erzielen.

Aufgabe-Lösungs-Ansatz

Eine weitere Methode ist der Aufgaben-Lösungs-Ansatz[5], der dem Rechercheur sowohl bei der Analyse von Veröffentlichungen als auch beim Verständnis des zu recherchierenden Themas hilft. So ist beispielsweise eine Merkmalsanalyse notwendig, um die zu lösende technische Aufgabe präzise zu ermitteln. Dabei werden strukturelle und funktionelle Unterschiede zwischen dem Recherchethema und dem nächstliegenden Stand-der-Technik systematisch herausgearbeitet. Auf Grundlage dieser Unterscheidungsmerkmale wird die technische Wirkung bestimmt und daraus die technische Aufgabe abgeleitet. Bereits auf diesen Überlegungen sollten sich qualitativ hochwertige Recherchestrategien erarbeiten lassen.

Dem geschulten Rechercheur sind weitere Methoden bekannt, um strategisch, effektiv und effizient zu recherchieren. Im Folgenden wird jedoch auf das Kernthema dieses Beitrags näher eingegangen.

Grundlagen der TRIZ-Systemanalyse

Die TRIZ-Methode steht für die systematische Theorie des erfinderischen Problemlösens, wobei die Grundlagen von Genrich S. Altschuller und Rafael B. Shapiro auf Basis der Analyse von zahlreichen Patenten[6] geschaffen wurde. Gesucht wurde eine Möglichkeit, die systematische Erfindung und Produktentwicklung ermöglicht und schneller sowie effizienter zum Ziel führt. Die klassischen TRIZ-Methoden wurden über die Jahre weiterentwickelt, sodass ein umfangreicher Methodenkoffer vorliegt. Als bekannte Methoden können beispielsweise die Innovationsprinzipien und die Widerspruchstabelle genannt werden.

Ein wesentliches Element innerhalb des TRIZ-Methodenkoffers stellt die Systemanalyse dar. Ziel dieser Methode ist es, technische Systeme ganzheitlich zu erfassen – einschließlich ihrer Funktionen, Strukturen sowie möglicher Entwicklungspotenziale. Im Fokus steht dabei eine strategische Durchdringung des Gesamtsystems, um eine fundierte Grundlage für Problemlösung, Optimierung und Innovation zu schaffen.

Abgrenzung zwischen Systemanalyse und Funktionsanalyse

Innerhalb der TRIZ-Methodik nimmt die Systemanalyse eine zentrale Rolle bei der strukturierten Erfassung technischer Systeme ein. Ziel dieser Methode ist es, ein System zunächst in seiner Gesamtheit zu durchdringen. Dazu gehört die Betrachtung der Systemkomponenten, ihrer Anordnung, ihrer Einbettung in ein Obersystem sowie etwaiger Subsysteme. Im Vordergrund steht hierbei nicht nur die physikalische Struktur, sondern auch die Interaktion der Bestandteile auf einer übergeordneten, strategischen Ebene. Die Systemanalyse dient somit als methodischer Einstieg in die strukturierte Auseinandersetzung mit einem technischen System und liefert eine fundierte Grundlage für nachgelagerte Analysen.

Ein wesentlicher nächster Schritt besteht in der Durchführung der Funktionsanalyse. Diese baut auf den Erkenntnissen der Systemanalyse auf, erweitert die Betrachtung jedoch um den funktionalen Aspekt.[7] Ziel ist es, alle relevanten Wirkzusammenhänge zwischen den Systemkomponenten zu identifizieren – also zu ermitteln, welche Komponente auf welche andere Komponente wirkt und auf welche Weise dabei eine Veränderung herbeigeführt wird. Die Funktionsanalyse richtet den Blick explizit auf die Wirkungen innerhalb des Systems und differenziert dabei zwischen nützlichen, schädlichen, übermäßigen oder unzureichenden Funktionen.

Während die Systemanalyse primär der Strukturierung und Abgrenzung des zu analysierenden Systems dient, liefert die Funktionsanalyse die inhaltliche Tiefe auf Ebene der Wirkzusammenhänge. Beide Analyseformen sind eng miteinander verknüpft und bilden gemeinsam die Grundlage für eine systematische Weiterentwicklung technischer Systeme – sei es im Rahmen der Produktentwicklung, der Problemlösung oder – wie in diesem Beitrag gezeigt – zur Ableitung und Verbesserung von Recherchestrategien.

Die Funktionsanalyse als ein zentrales TRIZ-Werkzeug

Innerhalb der TRIZ-Systemanalyse nimmt die Funktionsanalyse daher eine zentrale Rolle ein. Ihr Fokus liegt auf der Ermittlung der Wirkzusammenhänge zwischen den Komponenten eines technischen Systems[8], wobei sowohl stoffliche Elemente als auch feldartige Einflüsse berücksichtigt werden. Funktionen werden dabei grundsätzlich als gerichtete Wirkungen (Aktion) einer Quelle (Subjekt) auf ein Ziel (Objekt) verstanden[9] – etwa in Form von „Lichtstrahl entfernt Material“ oder „Greiffinger hält Werkstück“.

Mit dieser Methode lassen sich nicht nur die primären, beabsichtigten Funktionen eines Systems erfassen, sondern nicht zufriedenstellende Funktionen als auch schädliche Nebenwirkungen[10], sowie bislang unbeachtete funktionale Zusammenhänge identifizieren. Dies ermöglicht ein vollständigeres Systemverständnis, das als Grundlage für die Ausarbeitung und Optimierungen einer gezielter Recherchestrategien dienen kann.

Begriffsabgrenzung innerhalb der System- und Funktionsanalyse

Systeme

Ein technisches System im Sinne der TRIZ-System- und Funktionsanalyse ist eine vom Menschen geschaffene Anordnung aus mindestens zwei interagierenden Komponenten, die gemeinsam eine nützliche Funktion erfüllen.[11] Ein solches System existiert niemals isoliert, sondern ist immer in ein sogenanntes Obersystem eingebettet, in dem es seine Hauptfunktion realisiert. Darüber hinaus kann ein System aus mehreren Untersystemen bestehen, die einzelne Teilfunktionen übernehmen. Die Definition von Systemgrenzen sowie die klare Unterscheidung zwischen Obersystem, System und Untersystem ist entscheidend für eine präzise Analyse beziehungsweise in unserem Fall für eine erfolgreiche Recherche und hängt davon ab, wer sich mit dem technischen System auseinandersetzt. In der folgenden Abbildung 2 soll die subjektive Definition je nach Betrachtungsstandpunkt dargestellt werden.

Abbildung 2: Differenzierung von Obersystem, System und Untersystem

Für den Rechercheur ist es wichtig zu verstehen, was das System in der durchzuführenden Recherche darstellt und welche Komponenten dieses System bilden.

Komponenten

Komponenten sind Bestandteile oder Elemente eines zu untersuchenden Systems. Im Sprachgebrauch von Patentrechercheuren werden Komponenten vorrangig Elemente genannt. [12] In der TRIZ-Methodik werden zwei Arten von Komponenten unterschieden: Stoffe und Felder. Stoffe bezeichnen materielle Objekte, während Felder physikalische Felder bzw. Wirkzusammenhänge zwischen zwei Stoffen darstellen. Eine vertiefende Betrachtung dieses Prinzips erfolgt im Zusammenhang mit dem TRIZ-Werkzeug „Stoff-Feld-Modell“. [13]

Parameter

Komponenten, beziehungsweise Elemente, werden von Parametern unterschieden. Parameter beschreiben zeitlich konstante oder veränderliche Eigenschaften einer Komponente, wie etwa Masse, Temperatur, Durchmesser oder Geschwindigkeit und werden im Sprachgebrauch der Rechercheure vielfach Merkmale genannt. Während Komponenten als funktionale Einheiten eines Systems agieren, dienen Parameter der quantitativen oder qualitativen Beschreibung ihres Zustands oder Verhaltens. Eine Vermischung beider Begriffe kann zu Missverständnissen in der Systemanalyse führen und sollte – insbesondere bei der Recherchevorbereitung – vermieden werden.

Funktionen

Eine Funktion ist – wie bereits beschrieben – eine Aktion einer Komponente (Subjekt) auf eine andere Komponente (Objekt). Entscheidend dabei ist, dass zumindest ein Parameter des Objekts durch diese Aktion verändert, erhalten oder eliminiert wird. Funktionen setzen sich aus einem Substantiv und einem Verb zusammen und werden zumindest in nützliche und schädliche Funktionen unterschieden, wobei diese Unterscheidung für die Verbesserung der Recherchestrategien weniger Relevanz haben dürfte. Neben der vereinfachten Darstellung im Schema Subjekt – Aktion – Objekt (SAO) bietet eine vertiefende Analyse der Funktionen eines Systems mit Hilfe einer Systemanalyse zusätzliche Erkenntnisse.

Eine Funktionsanalyse nach dem Prinzip SAO kann beispielsweise wie in Abbildung 3 gezeigt, dargestellt werden.

Abbildung 3: Beispiele zur Funktionsanalyse nach dem Prinzip SAO

Bereits durch diese Überlegung lassen sich wertvolle Erkenntnisse für hochwertige Recherchestrategien ableiten. Subjekt, Aktion und Objekt können jeweils für sich als „Konzept“ betrachtet werden, für das ein oder mehrere Deskriptoren[14], beispielsweise Patentklassen oder Begrifflichkeiten, eingesetzt werden können. Auch für Funktionen sollte, trotz der in der Literatur häufig betonten methodischen Schwierigkeit, eine möglichst klare Beschreibung mit Hilfe von Deskriptoren angestrebt werden.

Um ein tieferes Verständnis zu erlangen, kann eine Funktion zusätzlich in die folgenden angeführten Bestandteile gegliedert werden:

• Funktionsträger (Sender-Komponente)
• Funktionsobjekt (Empfänger-Komponente)
• Parameter (Eigenschaft des Objekts, die betroffen ist)
• Art der Veränderung (z. B. erhöhen, senken, konstant halten, eliminieren)

Im Hinblick auf die zuvor genannten Beispiele nach dem Prinzip SAO können somit weitere Konzepte entwickelt und daraus Möglichkeiten für hochwertige Recherchestrategien abgeleitet werden. In der folgenden Abbildung 4 werden die zuvor angeführten Beispiele weiter ausgeführt.

Abbildung 4: Beispiele zur Erweiterung der SAO-Analyse um die Aspekte der Parameter und der Art der Veränderung

Bei dem Beispiel „Kühlkissen kühlt Haut“ wäre unter Umständen erst zu einem späteren Zeitpunkt das Konzept Temperatur und die Art der Parameteränderung, in diesem Fall verringern, vorgelegen. Durch die beschriebene methodische Vorgehensweise liegt diese Erkenntnis bereits zu Beginn der Recherche vor und unterstützt den Rechercheur schon in den frühen Phasen der Recherche mit wertvollen Erkenntnissen. Je früher derartige Erkenntnisse vorliegen, desto höher wird die Qualität der Recherche ausfallen.

Eine Funktion wird durch eine oder mehrere Wirkungen realisiert. Eine Wirkung beschreibt zum Beispiel den physikalischen, chemischen oder mechanischen Effekt, der bei der Funktionserfüllung auftritt – gewollt oder auch ungewollt. Um eine Funktion auf Korrektheit zu überprüfen, kann gedanklich der Funktionsträger weggelassen werden und geprüft werden, ob sich dadurch für das Funktionsobjekt etwas verändert. Würde eine Veränderung eintreten, ist die Funktion korrekt formuliert. Durch diese gedankliche Vorgehensweise können definierte Funktionen überprüft werden.

In einem technischen System können viele verschiedene Funktionen vorhanden sein. Für die Relevanzbetrachtung hinsichtlich einer vorzunehmenden Recherche ist eine Unterscheidung zwischen Hauptfunktionen und Nebenfunktionen wichtig. Es kann sinnvoll sein, sich auf ausgewählte Funktionen näher zu konzentrieren.

Erstellen einer Funktionsanalyse

Meitinger et al. schlagen bei einer Funktionsanalyse eines Patents vor, Hauptwörter in den Ansprüchen zu markieren und als Komponenten zu verwenden.[15] Verben dienen der Beschreibung von Funktionen, die zwischen den Komponenten stattfinden, um ein Funktionsmodell des Systems zu erstellen. Diese Vorgehensweise wird wie oben geschildert Subjekt-Aktion-Objekt-Analyse (SAO) genannt. [16]

Die Funktionsanalyse stellt ein zentrales Werkzeug innerhalb der TRIZ-Systemanalyse dar. Ihr Ziel ist es, ein funktionales Modell des technischen Systems zu erstellen, das die Wirkzusammenhänge zwischen den einzelnen Komponenten sichtbar macht. Die Funktionsanalyse hilft demnach bei der strukturierten Erfassung und dem Verständnis aller relevanten Wirkzusammenhänge innerhalb eines technischen Systems[17]. Im Mittelpunkt steht die Frage, welche Komponente auf welche andere wirkt und welche Veränderung dadurch hervorgerufen wird. Ziel ist es, nicht nur nützliche Funktionen, sondern auch schädliche oder bislang unbeachtete Wirkungen zu identifizieren und Hauptfunktionen von Nebenfunktionen zu unterscheiden[18], um vielfach dem Gedanken der „Idealen Maschine“ näher zu kommen.

Die Darstellung von Funktionen erfolgt üblicherweise in Form von gerichteten Beziehungen zwischen Funktionsträger (Sender-Komponente) und Funktionsobjekt (Empfänger-Komponente), wie diese bereits oben dargelegt wurde. Die Darstellung der Funktionen gemäß dem Erfüllungsgrad der Funktion kann dabei helfen das System besser zu verstehen. Typische Erfüllungsgrade sind beispielsweise nützlich, unzureichend, übermäßig, schädlich. Ob eine Funktion zum Beispiel schädlich oder nützlich ist, kann davon abgeleitet werden, ob der Parameter in die gewünschte oder in die ungewünschte Richtung verändert wird und in welchem Ausmaß die Änderung stattfindet.[19]

Zur Visualisierung bieten sich unterschiedliche Darstellungsformen an: von einfachen SAO-Strukturen (Subjekt – Aktion – Objekt), über Funktionsdiagramme mit Pfeildarstellungen bis hin zu tabellarischen Aufbereitungen.[20] Diese dienen dazu, ein vollständigeres Bild des Systemverhaltens zu erzeugen und sind die Grundlage für gezielte Optimierungen, Problemlösungen und die Entwicklung durchdachter Recherchestrategien.

Im Vergleich zur oben angeführten SAO-Tabelle hat sich, wenn auch zeitaufwändig, die Erstellung von Funktionsdiagrammen mit Pfeildarstellungen herausgestellt. Durch die graphische Darstellung wird ermöglicht zu Beginn und bei fortgeschrittener Recherche weitere strategische Anhaltspunkte zu erkennen. Dabei ist wichtig zu berücksichtigen, dass für die Funktionsanalyse verschiedene Modellierungszeitpunkte gewählt werden können. Für die Betrachtung ist jener Zeitpunkt des Systems auszuwählen, der für die Recherche am relevantesten erscheint. Alternativ können mehrere Modelle erstellt werden.

Um ein Funktionsdiagramm zu erstellen, werden die Komponenten eines Systems mit Symbolen eingetragen, wobei verschiedene Formen für die Symbole gebräuchlich sind. Es ist von Vorteil eine Unterscheidung in der Darstellung der Komponenten einzuführen, sodass zumindest Komponenten des Obersystems, des Systems und die Zielkomponente unterschieden werden können. Insbesondere letztere ist von zentraler Wichtigkeit, da jedes zu untersuchende System wegen ihr entwickelt wurde. Die Zielkomponente sollte im Zentrum der Betrachtung stehen, wenn es darum geht die Systemgrenzen zu definieren, die Funktionalität korrekt zu modellieren, Haupt- und Nebenfunktionen zu differenzieren, schädliche Nebenwirkungen zu identifizieren und die Kernmerkmal einer Erfindung bzw. eines Recherchethemas zu definieren. Eine übliche Darstellung ist in Abbildung 5 angeführt.