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Stand: Februar 2018/12.03.18/18.03/27.3.18/28.04.2018/13.5.18/8.6.18/ 21.05./22.06.2019

Grundlagen des kreativen, innovativen Problem-Bearbeitungs-Prozesses (PBP)

Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Koch unter partieller Mitarbeit von Prof. Dr. rer. oec. habil. Klaus Stanke

Bevor es losgeht, wie üblich ein Bild,  zum Entspannen, Ausruhen oder Gedanken schweifen lassen, zudem was kommt.

Und der Bezug zwischen Bild
von KPH und Text des Beitrages?

Dieser Spielplatz oder Park oder

 einfach unordentliches Gelände

 mit desolaten Sitzsteinen, Bäumen

und Grafiti-Mauern .... schreit, besser ruft bei seriöser Bertrachtung nach einer gewissen Ordnung!

Das sei bei Problemlösungsprozessen nicht anders.

Der folgende Beitrag aber leistet genau das - er ordnet das Vorgehen!

Und beide strahlen die nötige Ruhe dazu aus - Bild und Beitrag.

0.  Inhaltsverzeichnis 

Teil I:   Grundlagen des PBP mit den Punkten 1 bis 4

Teil II: Grundlagen zu den Prozessabläufen und Hinweise/Erfahrungen zur methodisch-systematischen Denk-und Arbeitsweise im PBP

Teil I: Allgemeine Grundlagen des PBP

1.    Einführung

2.    Bedeutung, Struktur und Einordnung des PBP

3.    Merkmale des PBP

4.    Darstellung einer allgemeinen Grundstruktur des PBP durch Prozess-Modelle

Teil II: Grundlagen zu den Prozess-Abläufen und zur meth-odisch-systematischen Denk- und Arbeitsweise im innova-tiven PBP

5.    Das allgemeine Prozess-Modell des PBP für Modell-Typ 3

5.1 Prozess-Stufe 1 – Problem-Ermittlung zur Gewinnung innovativer Aufgabenstellungen

5.1.1         AS 1 – Erfassen, Analyse, Abbilden des objektiven Problemsachverhaltes

5.1.2         AS 2 – Erarbeiten der innovativen Zielsetzung und des Anforderungsprofils

5.1.3         AS 3 – Analyse und Aufbereiten des Ist-Standes

5.1.4.        AS 4 – Ermitteln der Defekte/Widersprüche durch Differenzanalyse zw. SOLL und IST

5.1.5         AS 5 – Erkennen und Analyse der äußeren Widersprüche

5.1.6         AS 6 – Erkennen und Analyse der inneren Widersprüche

5.1.7         AS 7 – Identifizieren des Problemkerns und des Hauptwiderspruchs

5.1.8         AS 8 – Erfassen, Untersuchen und Bewerten möglicher Lösungsrichtungen

5.1.9         AS 9 – Ausarbeiten der innovativen Aufgabenstellung

5.2   Prozess-Stufe 2 – Problem und Aufgabenaufbereitungs-und Präzisierungs-Prozess

5.2.1         AS 1 – Bedarf und Problem klären, gegebene Aufgabenstellung prüfen

5.2.2         AS 2 - Aufgabenstellungen/ Problem einordnen in das Ganze 

5.2.3         AS 3 – Zielsetzung und Anforderungsprofil präzisieren

5.2.4         AS 4 – Ist-Stand erarbeiten und präzisieren

5.2.5         AS 5 – Defekte ermitteln, analysieren, präzisieren

5.2.6         AS 6 – Teil-Aufgabenstellungen ableiten, ordnen

5.2.7         AS 7 – Lösungsweg entwickeln, planen

5.2.8         AS 8 – Lösungsrichtungen abheben, Suchfrage durch Abstraktion vorbereiten

5.3            Prozess-Stufe 3 – Problem-Lösungs-Prozess (PLP)

5.3.1         Struktur und Merkmale des PLP

5.3.2         Orientierungs-, Konzentrations- und Abstraktions-Phase

5.3.3         Prinzip-Findungs-und -Bewertungs-Phase

5.3.4         Gestaltungs-, Quantifizierungs- und Detaillierungs-Phase

5.3.5         Verifikations-und Optimierungs-Phase

6.           Einfluss der Merkmale des PLP auf den Prozessablauf

6.1.           Einfluss der Ausgangssituation und der Aufgabenart

6.2            Arten bzw. drei Fälle der Lösungsfindung

6.3            Dekomposition – Konkretisierung – Komposition

6.4            Variantenbildung und Varianteneinschränkung

6.5            Hierarchischer Charakter des PLP

6.6            Die heuristischen Methoden als Strukturbestandteile des PLP

7.           Invariante Arbeits-Schritte für den PLP als „Lösungs-Modul“

7.1            Vorbereiten der Lösungsfindung

7.2.           Durchführen der Lösungsfindung

7.3            Nachbereiten der Lösungsfindung

8.              Zusammenfassung

9.              Literaturverzeichnis

Teil I: Grundlagen des PBP

1. Einführung

Zielsetzung und Gegenstand des Beitrags:

Dieser Beitrag soll durch eine ganzheitliche, allgemeingültige Aufbereitung und Darstellung der kreativen, methodischen Grundlagen des Problem-Bearbeitungs-Prozesses (im Folgenden PBP genannt) die zukünftige Weiterentwicklung der Erfindungs-, Konstruktions-und Innovations-Methodiken für die Innovations-Praxis, Lehre und Fortbildung unterstützen. In diesem Sinne sind die vorgestellten Ergebnisse nicht als eine weitere Innovations-Methodik ausgeprägt, sondern es stehen die Grundlagen und ihre Anwendung für die Darstellung des PBP, seiner Merkmale, der Zusammenhänge, methodischen Hinweise und Erfahrungen im Mittelpunkt. Die Grundlagen beziehen sich vor allem auf

►       die Prozessabläufe des PBP in Form von verschiedenen Prozess-Modellen in Abhängigkeit der Allgemein-

          gültigkeit, Detailliertheit und Abstraktion,

►       die Merkmale/Grundsätze des PBP, die die Abläufe modifizieren,

►       die Grundsätze der „Problemlösenden Kreativität“ nach /43/.

►       die heuristische Methoden, innovativen Prinzipien und methodische Regeln und Erfahrungen für eine

          kreative, methodisch-systematische Denk- und Arbeitsweise und auf die Nutzung der Intuition.

Es wird angestrebt, die Gültigkeit der Grundlagen für technische und nichttechnische Problemstellungen sichtbar zu machen. Zum besseren Verständnis wird jedoch gelegentlich begrifflich auf die Entwicklung von technischen Systemen Bezug genommen.

Status zur Darstellung und Nutzung der Grundlagen

Die dargestellten Grundlagen des PBP beruhen sowohl auf den Erkenntnissen der 80ziger und 90ziger Jahre als auch auf den Ergebnissen des neuen Jahrhunderts. Sie wurden in den letzten 40 Jahren nachhaltig bestätigt durch ihre vielfältige, erfolgreiche Anwendung für konkrete, innovative F/E-Projekte in Unternehmen der Wirtschaft sowie in den Erfinderschulen /1.1/.../1.4/, den ctc- Kreativitäts-Trainings-Seminaren /2.1 /,/2.2/, den WOIS-Aktivitäten /4 / und bei ihrer Anwendung in der Hochschul- und Fortbildung /3/. Ihre Anwendung war ebenso in nichttechnischen Projekten erfolgreich.

Durch ihre Anwendung für die Praxis und Lehre konnten die Grundlagen weiterentwickelt und verallgemeinert werden. In den letzten 2 Jahrzehnten wurden die verschiedenen methodischen Konzepte für die Problemlösung zur Entwicklung von Neuerungen/Erfindungen für technische Sachverhalte weiterentwickelt als Erfindungs-, Konstruktions-oder Systementwicklungs-Methoden, /5/, /6 /, /7/, /8/. Das Literaturverzeichnis in Punkt 10 enthält nur eine kleine Auswahl der dazu verfügbaren Quellen.

Die Anwendung der bisherigen Erkenntnisse und Erfahrungen in der Praxis und Lehre erfolgte jedoch gemessen an der objektiven Notwendigkeit für Innovationen und dem möglichen potentiellen Nutzen nur punktuell und viel zu selten, obwohl die bestehende methodische Substanz ausreichend für alle Problemstellungen ist.

Neue Impulse für eine umfassendere und effektivere Anwendung der bekannten Erkenntnisse, Methodiken und Erfahrungen sind deshalb notwendig. Dazu kann beitragen eine weiterentwickelte ganzheitliche, einfache, praktikable und allgemein anerkannte Innovations-Methodik, in der die sehr umfangreichen Grundlagenerkennt-nisse und Erfahrungen für eine kreative, methodisch-systematische Denk- und Arbeitsweise im Problembear-beitungsprozess knapp, überschaubar, praxisgerecht verdichtet werden. Dieser Schritt und Anspruch ist allerdings eine erhebliche Herausforderung zu einer kreativen, „schulenübergreifenden“ interdisziplinären Teamarbeit. Mit vorliegendem Beitrag soll in diesem Sinne ein Impuls gegeben werden. Bei Intersse einfach per Email melden (siehe Impressum).

Wirkungen, die durch die Nutzung der Grundlagen erreichbar sind

Die gewonnenen Anwendungserfahrungen der Grundlagen in der Praxis zeigen:

•    Die allgemeingültigen Grundlagen bieten in Form eines ganzheitlichen Prozess-Modells eine einheitliche Basis für die Entwicklung aufgabenklassenspezifischer Methodiken für die kreative Entwicklung innovativer technischer und nichttechnischer Systeme. Das gilt trotz der vielfältigen und spezifischen Problemstellungen, die in der Innovationspraxis auftreten.

Ein ganzheitliches Modell des PBP führt den Nutzer gezielt, schrittweise und methodisch-systematisch zum unmittelbaren, schöpferischen Lösungsschritt hin (durch das Erkennen des Problems, das Entwickeln einer neuerungsgerechten, präzisierten Aufgabenstellung und des Lösungswe-ges). Es unterstützt damit vor allem die treffende Problemerkennung, das Arbeiten mit einer präzisierten Problem- und Aufgabenstellung, die methodisch-systematische und intuitive Lösungsfindung, das planvolle Vorgehen im Prozess und das Erkennen und Lösen neuer Teil-Probleme bis hin zur Verifikation der Problemlösung.

• Durch die bewusste Nutzung geeigneter Prozess-Modelle und der Wesensmerkmale des PBP kann die Wirkung der bekannten Erfindungs-und Konstruktions-Methodiken und heuristischen Methoden und innovativen Prinzipien in der Praxis, Lehre und Fortbildung wesentlich erhöht werden. 

• Die Qualität der Ergebnisse und die Effizienz des PBP sowie die Wirkung der bekannten Erfindungs-und Konstruktions-Methoden, der heuristischen Methoden und der methodisch-systematischen Denk- und Arbeitsweise kann durch die Beherrschung und bewusste Nutzung der Grundlagen in der Praxis und Lehre wesentlich gesteigert werden. 

• Durch eine unzureichende Nutzung der methodischen Grundlagen werden große Potentiale für das Generieren attraktiver innovativer Problemlösungen verschenkt. Das gilt besonders für komplexe Problemstellungen, die in interdisziplinärer Teamarbeit gelöst werden sollen. 

2.       Bedeutung, Struktur, Einordnung des Problem-Bear-beitungs-Prozesses (PBP)

Bedeutung

Im PBP erfolgt das Generieren, Entwickeln und Verifizieren der Problemlösung (Erfindung/Neuerung), die im Innovationsprozess realisiert und in den Nutzungsprozess eingeführt werden soll.

Der PBP bestimmt die Innovationsqualität (Neuheitsgrad, Attraktivität) der Problemlösung als auch die Effizienz des Gesamtprozesses. Der PBP bindet z.B. für technische Problemstellungen ca. 10% des Gesamtaufwandes und in ihm werde bis zu 70% der Kosten für die Realisierung (z.B. der Herstellung) festgelegt und damit vor allem der Nutzen/die Wirtschaftlichkeit der angestrebten Systemlösung durch gedankliche Tätigkeit maßgeblich mitbestimmt.

In ihm werden die unverzichtbaren Ideen und Problemlösungen für einen erfolgreichen Innovations-Prozess durch kreatives, methodisches, systematisches und sachkompetentes Denken und Handeln erarbeitet. Er ist Anstoß, Quelle, Weg und Chance für die Entwicklung innovativer Neuerungen/Erfindungen.

Struktur

Der PBP steht am Anfang des Innovationsprozesses (Bild 1). Er ist durch drei Prozess-Stufen geprägt, den

►     Problemermittlungs- und Aufgabenfindungs-Prozess (Prozess-Stufe 1)

►     Problem- und Aufgabenaufbereitungs-Prozess, (Prozess-Stufe 2)

►     Problemlösungs-Prozess, (Prozess-Stufe 3). 

Der PBP wird in seiner Gesamtheit oft umgangssprachlich und z.T. auch in der Literatur synonym übergreifend als Problemlösungsprozess bezeichnet. Diese Bezeichnung betont den Schwerpunkt des PBP, das Lösen des Problems. Diese Bezeichnung schließt in der Regel die Problemerkennung sowie die Aufgabenfindung und -präzisierung nicht grundsätzlich aus. Sie räumt ihr jedoch nicht die große Bedeutung ein, die die Prozess-Stufen 1 und 2 für den Innovationsprozess haben. Oft zeigt sich, dass das Erkennen, Formulieren und Zerlegen des Problems und das neuerungsgerechte Aufbereiten der erfinderischen Aufgabenstellung die „halbe Lösung“ sein können. Sie schaffen den Rahmen, die Orientierung und „Initialzündung“ für die problemlösende Innovation. Diese Prozess-Stufen 1 und 2 erhalten in diesem Beitrag das notwendige Gewicht.

Einordnung in den Innovationsprozess

Der ganzheitliche Innovationsprozess umfasst gemäß Bild 1 neben den Prozess-Stufen 1 bis 3 des PBP, die Prozess-Stufen 4 bis 7. Der Innovationsprozess mit seiner innovativen Problemlösung ist erst dann erfolgreich abgeschlossen, wenn die Markteinführung und Nutzung der Problemlösung aus Prozess-Stufe 3 erfolgreich sind, d.h. wenn die Problem-lösung marktgerecht verifiziert ist, insbesondere wenn der „Markt hurra schreit“.

Nach dem PBP folgen die Prozess-Stufen:

►      Systemrealisierung (4), in der die detailliert gestaltete Lösung herstellungstechnisch vorbereitet wird, die Realisierung erfolgt und wichtige Tests zur Funktionserfüllung und wirtschaftlichen Herstellbarkeit/Machbarkeit fortgeführt werden.

►        Systemeinführung (5), in der die System- und Markteinführung sowie die erfolgreiche Erprobung/Inbetriebnahme beim Kunden, verbunden mit Optimierungsschritten, vollzogen werden.

►       Systemnutzung (6), in der die Nutzung der Innovation erfolgt und der Service und die Instandhaltung gesichert werden müssen.

►        Systembegleitung (7), die quasi parallel zur Prozess-Stufe 6 verläuft und in der durch kritische Einsatzanalysen Erkenntnisse zu Problemen, Schwachstellen, Stärken, Chancen sowie Anstöße zur Weiterentwicklung der innovativen Systemlösung abgehoben werden sollen. Außerdem sollte spätestens in dieser Phase der fachliche und methodische Erkenntnisgewinn abgehoben und nachnutzbar aufbereitet werden sowie die Nachnutzbarkeit der Lösung verfolgt werden. 

3. Merkmale des Problem-Bearbeitungs-Prozesses (PBP)

Prozessart des PBP    

Der PBP ist ein komplexer, vielschichtiger und kreativer Informationsverarbeitungsprozess, in den auch nicht informationelle Arbeits-Schritte eingelagert sein können. Im PBP erfolgt die Transformation vom objektiven Problemsachverhalt, dem Anfangszustand, bis zur verifizierten Problemlösung, dem Endzustand --> Bild 2.1.

Bild 2.1: Transformations- und Informationsprozess für die Problembearbeitung

Gegenstand und Wesen des PBP

Der Gegenstand des PBP ist das zu lösende Problem. Das Problem stellt für das Erreichen des Endzustandes, dem Ziel des PBP, eine „Barriere“ dar. Für das Erkennen und Lösen des Problems reichen die gegebenen und verfügbaren Informationen, die Methoden und Mittel sowie die Erfahrungen in der konkreten Problemsituation nicht aus, um damit die gesuchte neuerungsorientierte/erfinderische Problemlösung zu entwickeln. In diesem Fall muss die Problemlösung (PL) bei unvollständiger Information und einem neu zu entwickelnden Lösungsweg schöpferisch erarbeitet werden. In diesem Sinne ist der PBP sowohl ein komplexer Informations-Verarbeitungsprozess als auch ein problembezogener, aktiver Lernprozess, in dem Informationen verschiedenster Art (Sach-, Ziel-, Programm- und Kontrollinformationen) gesucht, identifiziert, generiert, gewonnen, analysiert, abstrahiert, konkretisiert, synthetisiert und bewertet werden.

Für den Problem-Lösungs-Prozess (PLP) sind zwei charakteristische Wege zu unterscheiden:

o       Der Weg 1, bei dem von einem abstrakten Ausgangspunkt (z.B. einer prägnanten Suchfrage) durch Konkretisieren vom Abstrakten zum Konkreten schrittweise zum Ziel vorgegangen wird.

o       Der Weg 2, bei dem von konkret vorliegenden bekannten oder analogen Lösungen durch schrittweises Abstrahieren der geeignete Ausgangspunkt gefunden werden und von dem aus durch Suchen/Identifizieren und Konkretisieren die Lösung erarbeitet werden kann.  

Komponenten des PBP

Die typischen Komponenten des PBP sind in Bild 2.1 abstrahiert dargestellt. Ihre Ausprägung ist maßgeblich für den Ablauf und die Ergebnisse des PBP.

Bedeutung haben vor allem:

♦              der Endzustand, der die innovative, konkret gestaltete und bzgl. der Funktionserfüllung, Machbarkeit und Akzeptanz verifizierte Problemlösung darstellt. Der Endzustand soll der „idealen“ Lösung möglichst nahe kommen. Ergebnisse können technische, wissenschaftliche, wirtschaftlich-organisatorische und nichttechnische Neuerungen/Erfindungen sein; so einzigartige, originelle, noch nie dagewesene, machbare, wirtschaftlich attraktive z.B. technische Problemlösungen, Erkenntnisse für Wissenschaft und Technik, gedankliche Verfahren, Konzepte, Strategien, Organisationslösungen und nicht zuletzt Lösungen für den Humanbereich.

♦              der Anfangszustand, der als Ausgangspunkt des PBP je nach den Gegebenheiten unterschiedlich sein kann. Typisch für den Ausgangspunkt des ganzheitlichen PBP sind der objektive Problemsachverhalt, das Bedürfnisspektrum, die verfügbaren Informationen zum Problemfeld und die erkennbaren Zielinformationen (Zweck, Erwartungen, Erfordernisse, Zielwerte, Chancen, Wünsche) sowie das Bekannte zu möglichen Lösungsansätze.

♦               das Transformationsverfahren vom Anfangs- zum Endzustand , das durch die Struktur des Prozessablaufs (Prozess-Stufen, Arbeitsschritte usw.) und durch eine kreative, methodisch-systematische Denk-und Arbeitsweise geprägt wird. Drei methodisch relevante Übergänge stellen eine erste Strukturierung des Transformationsprozesses dar (Bild. 2.2).

♦             die Zwischenergebnisse des Prozesses, die die Zustandsänderungsfolge objektbezogen durch Sachinformationen vom Anfangszustand bis zum Endzustand der zu entwickelnden Lösung verkörpern und damit das ergebnisorientierte Arbeiten unterstützen.

♦             die Mittel, mit denen im PBP durch die Bearbeiter auf den Gegenstand (die Operranden) eingewirkt wird

♦             die Umstände, Bedingungen, Nebenwirkungen und Anforderungen des PBP sowie

♦             der „Zustand“, in dem die Bearbeiter den PBP beginnen, z.B. Qualifikation, Kompetenz, Arbeitsweise, Kreativität, schöpferische Orientiertheit, Motivation, Erfahrung, Lernfähigkeit, Lernbereitschaft.

♦            der Auftrag, der verschieden geartet sein kann. Z.B. kann der Auftrag als komplexe Aufgabenstellung an ein F/E-Team gegeben werden oder es kann sich um eine individuelle Einzelbearbeitung mit dem Ziel einer Erfindung handeln.

Definition grundlegender Systemmerkmale für den Gegenstand (das zu entwickelnde System) des PBP

Für die Darstellung der Entwicklung von realen und antizipierten technischen und nichttechnischen Systemen im PBP werden folgende allgemeine Systemmerkmale zu Grunde gelegt. Sie sind ein Teil der sehr wirksamen systemwissenschaftlichen Arbeitsmittel für die Entwicklung von Systemen /27, Nr. 97; 12,1; 14; 15/ seitens der methodisch-systematische Denk- und Arbeitsweise.

►  Systemumgebung: Die Gesamtheit der Systeme, die auf das betrachtete System einwirken und auf die durch das System ge-wirkt wird. Die Beziehungen zwischen System und Umgebung sind gerichtet und bilden Ansatzpunkte zur Definition der Schnittstellen.

►  Verhalten: Das Verhalten eines Systems ist die Gesamtheit aller charakteristischen Wirkungen, die ein System bei gegebenem Zustand und unter bestimmten Einwirkungen aufweist.

►   Zustand: Der Systemzustand ist die Menge von Eigenschaften, die zu einem gegebenen Zeitpunkt das Verhalten des Systems im Wesentlichen bestimmen. Sie ergeben sich aus der Gesamtheit der vorangegangenen Ereignisse im und um das System.

►   Funktion: Die Systemfunktion ist die Eigenschaft eines Systems, bestimmte Eingangsgrößen (Input) in bestimmte Ausgangsgrößen (Output) bei gegebenem Zustand, geeigneten Umständen und eventuell entstehenden Nebenwirkungen zu überführen. Zu unterscheiden sind die Hauptfunktion, z.B. als Überführungsfunktion, und die Nebenfunktionen, in der Technik z.B. als Zusatz- oder Entstörungsfunktionen.

►   Funktionswertfluss: Die inhaltliche und zeitliche Verknüpfung der einzelnen Teilfunktionen/Operationen der Gesamtfunktion, die für die Überführung der Eingangsgrößen in die Ausgangsgrößen des Systems geeignet und notwendig sind.

►   Prozess und Wirksystem: Der Systemprozess mit seinem Wirksystem ist bestimmt durch die Operationen (Op) des Prozesses mit ihren Verknüpfungen, die Operanden (Od), das sind die Zustände des Prozessgegenstandes (Zustandsfolge), die Operatoren (Oi), [das sind die Einwirkungen, die die Zustandsänderungen z.B. des Operanden Zi nach Z i+1 bewirken] und die Mittel (M), die die Operatoren erzeugen.

Das Prozesswirksystem ist in Bild. 11 am Beispiel für technische Systeme und Bild. 2.1 für den PBP grafisch dargestellt.

►   Struktur: Die Systemstruktur (Systemarchitektur) ist die Gesamtheit der Strukturkomponenten und Wirksysteme (in der Technik z.B. Elemente, Wirkköper, Wirkflächen), samt ihren Verknüpfungen und Anordnungen, mit welchen sie die Funktion erfüllen können.  

Das Wirksystem der gedanklichen Tätigkeit im PBP

Das Wirksystem des PBP lässt sich bei systemwissenschaftlicher Betrachtungsweise gemäß Bild 2.1 darstellen durch das Zusammenwirken

•         der Operanden. Sie stellen den Gegenstand des PBP dar in Form der fortschreitenden Zwischenergebnisse,

•         der Operatoren, das sind die Einwirkungen, die die Zustandsänderungen des Gegenstandes ermöglichen bzw. bewirken,

•         der Mittel, das sind einerseits die Methoden, gedanklichen Verfahren, Informationen und andererseits die technischen Mittel, mit denen die Bearbeiter auf den Prozess einwirken,

•         der gedanklichen Operationen, die die Folge des Wirkpaars „Operator - Operand“ sind,

•         die Bearbeiter, die mit ihrer Qualifikation, Motivation, Organisation den PBP vollziehen.

Methodisch relevante Übergänge im PBP

Der PBP ist als Transformations- und Informationsverarbeitungs-Prozess durch drei grundlegende, methodisch relevante Übergänge gemäß Bild 2.2 geprägt:

►         Ü1 - Der Übergang 1: Vom objektiven Problemsachverhalt über die erfinderische und präzisierte Aufgabenstellung bis hin zur abstrahierten Aufgabenstellung mit dem Ansatz zur Suchfrage und erkannten Lösungsrichtungen für den Ausgangspunkt des Problemlösungs-Prozesses. 

Neben der analytischen, recherchierenden, abstrahierenden, schlussfolgernden Tätigkeit ist  für Ü1 kreatives, methodisch-systematisches, zielbildendes, vorausschauendes Arbeiten notwendig.

Die Zahl der möglichen alternativen Lösungsrichtungen u./o.-Ansätze kann vielfältig sein. Durch das Präzisieren und Abstrahieren der gefundenen Alternativen „An“ für neuerungsgerechte Aufgabenstellungen gemäß Bild 2.2 werden die priorisierte Lösungsrichtung und der  Ausgangspunkt für den Problemlösungs-Prozess im Übergang 2  erarbeitet.

►        Ü2 - Der Übergang 2: Vom zu erfüllenden Zweck, bzw. der zu erfüllenden Funktion‚ zum Zweck erfüllenden Mittel’, das heißt zur Problemlösungs-Idee bzw. zum Problemlösungskonzept.

Dieser Übergang 2 ist bzgl. der Lösungsfindung in seinem Wesen sowohl mehrdeutig als auch unbestimmt. Es können mehrere innovative Lösungsvarianten „Vm“ gefunden werden.

Der Übergang 2 ist der kreative Schwerpunkt des Problemlösungs-Prozesses, der maßgeblich durch das Polaritätspaar „diskursiv versus intuitiv“ geprägt ist. Die kreative Lösungsfindung wird durch kreatives, methodisch-systematisches Arbeiten (Analysieren, Abstrahieren, Suchen, Identifizieren, Assoziieren, Schlussfolgern, Vergleichen, Inspirieren, Konkretisieren, Generieren, Kombinieren, Variieren, Verfremden, Analogiebildung) generiert und/oder durch intuitionsförderndes Arbeiten (Phantasie, Inkubation, Inspiration, Assoziation (s.o.), Eingebung, Vision) ermöglicht.

Das Erkennen der priorisierten Lösungsvariante erfordert analysierendes, kritisches, vorausschauendes, bildhaftes und bewertendes Denken und Entscheiden verbunden mit Vorstellungskraft und/oder Intuition.

►        Ü3 - Der Übergang 3:  Von der priorisierten Problemlösungs-Idee oder dem Lösungs-Konzept zur konkret gestalteten, detaillierten und verifizierten Problemlösung.

Für diesen Übergang gelten neben den methodisch-systematischen Denk- und Arbeitsweisen vor allem Verfahren, Mittel, Regeln sowie die Sach- und Kontrollinformationen des jeweiligen Objektbereiches und der Fachdisziplin. In diesem Übergang werden durch das Konkretisieren oft Teilprobleme erkannt, die zur erfolgreichen Problem-Lösung analog über Ü1 und Ü2 bearbeitet werden müssen.

In der Praxis können die Übergänge 1 bis 3 verschmelzen.

Die für die Übergänge 1 und 2 grundlegenden Prozessabläufe verlaufen bei entsprechender Abstraktion auf gleichen Bahnen. Diese allgemeinen Prozessabläufe sowie die methodischen und systemwissenschaftlichen Grundlagen und Regeln gelten für alle Aufgabenklassen für die kreative Systementwicklung. Sie bieten damit die Chance, eine allgemeingültige, ganzheitliche Grundstruktur des PBP in Form von Prozessmodellen darzustellen.

Einflussfaktoren auf Prozessabläufe und -gestaltung — Beispiele

Die konkreten Prozessabläufe und Arbeitsweisen sind von vielen wesenstypischen Einflussfaktoren abhängig, z.B. von der Problemart und –komplexität, dem Anfangszustand, dem Einstiegspunkt in den PBP (siehe hierzu Punkt 5.1 und 6).

Die Problemart ist ein sehr komplexer Einflussfaktor mit gravierenden Wirkungen für den Prozessablauf. Sie ist gekennzeichnet durch

•        den Gegenstand des Problems, z.B. eines Produktes, Verfahrens, Konzeptes, einer Strategie, Organisationslösung, eines gedanklichen Verfahrens (Methode, Programm, Algorithmus).

•        die Komplexität des Problems, z.B. Gesamtprodukt, Teilsysteme, Elemente, Partialsystem.

•         den Schwierigkeitsgrad des zu lösenden Problemfeldes, z.B. eine überschaubare/einfache, eine anspruchsvolle oder eine außergewöhnliche Problemsituation /8/.

•        den Anspruch und Grad der angestrebten Neuerung/Erfindung, z.B. die Gewinnung einer neuartigen, originellen, einzigartigen, noch nie dagewesenen, attraktiven, höchste Anforderungen erfüllenden und einen Widerspruch lösenden Innovation, oder die Entwicklung einer fundierten, hinreichenden, durch Kompromisse gewonnen Problemlösung.

•         die Art, Vielfalt und Anspruchshöhe der zu erfüllenden Anforderungen, der Vorgaben, einschränkenden Bedingungen, (Restriktionen), zu beachtenden Umstände und Nebenwirkungen. Sie ergeben zusammengefasst das sogenannte Anforderungsprofil.

•         das verfügbare Wissen, die gegebenen und fehlenden Informationen.

•         die gegebene Aufgabenstellung, den Anfangszustand und den Einstiegspunkt in den PBP.

Der Ausgangszustand für einen PBP wird vor allem geprägt

♦         durch den Arbeits- und Erkenntnisstand und die damit vorliegenden bzw. die schon erarbeiteten Ziel-, Sach-, Programm- und Kontroll-Informationen zum Gegenstand des PBP,

♦        durch die zwingenden Restriktionen (z.B. Ressourcen, Zeit, Budget, Umstände, Forderungen), die Kompetenz, Kenntnisse, Erfahrungen, Motivation und Zusammensetzung des Bearbeiterteams.

Der Ausgangspunkt für die Problembearbeitung kann im Verlauf des Innovationsprozesses sehr verschieden sein und in verschiedenen Hierarchieebenen erfolgen. Neben der anfänglichen Problemerkennung in Prozess-Stufe 1 können im Verlauf des Innovationsprozesses neue Probleme (Sekundärprobleme) in den Prozess-Stufen 2 bis 7 erkannt werden, die für eine erfolgreiche Innovation gelöst werden müssen, z.B. :

o       durch Zerlegen des Problems beim Präzisieren der Aufgabenstellung,

o       bei der Planung des PBP,

o       bei der Problemzerlegung und Systemsynthese in der Lösungsphase,

o       bei der kritischen Analyse, und nicht zuletzt

o       bei der Realisierung der Lösung, Markteinführung sowie Nutzung der realen Systemlösung.

Diese im Innovationsprozess neu erkannten Probleme erfordern neue PBP auf einer „niedrigeren“/ tiefer liegenden Hierarchieebene. Auch für diese PBP gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten, obwohl ihre Prozessabläufe ausgehend vom allgemeinen Prozess-Modell jeweils problem-spezifisch und kreativ gestaltet werden müssen.

Bestandteile der Grundlagen des PBP — die Aspekte:

Die Grundlagen des PBP umfassen ausgehend von dem Wirksystem in Bild 2.1 folgende Aspekte:

►   den operationsorientierten und methodischen Aspekt, z.B. dargestellt durch ein allgemeines Prozessmodell (Strategie), Wesensmerkmale des Prozesses, die Kreativität fördernden Methoden, innovative Prinzipien und Handlungsweisungen, z.B. in /9; 10; 11; 12.1 – 12.5; 34; 36; 37; 39/,

►   den objektorientierten, systemtechnischen Aspekt, z.B. dargestellt durch den Gegenstand des PBP, seine Zwischenergebnisse bzw. Bearbeitungszustände im Prozesses (z.B. erfinderische Aufgabenstellung, Suchfrage, Problemlösungs-alternativen usw.) und durch systemtheoretische Modelle zu repräsentativen Objektklassen. Dieser Aspekt kann z.B. für technische Systeme durch ein allgemeingültiges Modell für die Objektklasse „Erzeugnis“ wirksam unterstützt werden, /13- 16; 34-38/.

►   den motivations- und intuitionsorientierten Aspekt, z.B. das progressive Streben und das Bedürfnis des Bearbeiters/des Teams nach neuen, anspruchsvollen Lösungen, Weitblick, Gesichtsfelderweiterung, die Motivation und Lernbereitschaft, Hinwendung zu einer methodisch-systematischen, kreativen Arbeitsweise, die Identifikation mit der Aufgabenstellung, die Fähigkeit zur Konzen-tration auf das Zukünftige und eine weitsichtige Lösungskritik, z.B. in /2.1; 2.2/.

Schwerpunkt des vorliegenden Beitrages ist der operationale Aspekt

Der Schwerpunkt ist auf den operationalen Aspekt gerichtet. Er wird dargestellt durch allgemeine Prozessmodelle für die Grundstruktur, die Merkmale des PBP, heuristischen Methoden sowie innovative Prinzipien und Regeln des PBP.

An dieser Stelle ist es geboten zu betonen, dass für erfolgreiches Arbeiten im PBP die kreative, flexible Symbiose aller drei o. g. Aspekte erforderlich ist. 

Der ausgewählte Schwerpunkt unterstützt

•      das Ableiten von Strategien für planvolles, vorausschauendes Vorgehen, z.B. durch modifizierte Prozessmodelle mit einer flexiblen Zuordenbarkeit geeigneter heuristischer Methoden.

•      die Anwendung der Erfindungs- und Konstruktions-Methoden und analogen Methoden sowie der methodisch-systemwissen-schaftlichen Denk- und Arbeits-weisen.

•      die systematische Nutzung der kreativitätsfördernden, heuristischen Methoden und -Prinzipien. 

•      die schöpferische Orientiertheit, Intuition, Phantasie, Assoziation, Eingebung, Vision.

•      die Problemlösungsumsicht, d.h. z.B. die Wahrnehmung von Problemen, Herausforderungen, Chancen und Risiken aber auch das Loslösen vom Althergebrachten.

•      das Erkennen von Teilproblemen durch Zerlegen (Dekomposition) und das kreative Abschätzen für eine erfolgreiche Synthese der Teilergebnisse zur Gesamtlösung (Komposition).

•      das vorausschauende Erkennen und Abwägen der geeigneten, aussichtsreichsten Lösungsalternativen in einem breiten Lösungsfeld.

•     die planvolle, systematische Analyse und Recherche zum erforderlichen und verfügbaren Wissen, für die Wissensbereitstellung, -Selektion, -Erzeugung, -Verarbeitung und Bewertung.

•    die psychodynamischen Antriebskräfte und organisatorischen Aspekte wie Motivation und den Willen für eine anspruchsvolle innovative Lösung, die interdisziplinäre Teamarbeit, soziale Kreativität, das Konfliktmanagement und die Lösungswegplanung.

•     den oftmals spontan gewählten Lösungsweg zur Problemlösung, wenn direkt mittels der Widerspruchlösung ohne bewusstes systematisches Vorgehen gearbeitet wird.

4. Darstellung einer allgemeinen Grundstruktur des PBP durch Prozess-Modelle 

Solche Prozessmodelle für die Abläufe des PBP sollen allgemein gelten für die „Entwicklung neuer, innovativ antizipierter u./o. realer, zweck- und funktions-erfüllender Systeme“. Sie sollen 

♦      einerseits unabhängig von der Problemsituation, Problemart, Aufgabenstellung, dem Objektbereich, dem Anfangs- und Endzustand des Prozesses sein. Sie sollten geeignet sein für die Entwicklung von Erfindungen/Neuerungen, z.B. in den Bereichen Wissenschaft, Technik, Konzept- und Strategie-Entwicklung, Informatik, Wirtschaft, Organisation, aber auch für andere nicht technische Bereiche und

♦      andererseits nicht zu abstrakt, optimal detailliert und instruktiv für die verschiedenen Nutzungserfordernisse sein sowie die ganzheitliche Darstellbarkeit der prozessualen Grundlagen des PBP ermöglichen.  

In diesem Sinne werden im Folgenden drei Modell-Typen für die Darstellung der Abläufe des PBP unterschieden, charakterisiert und in ein Raum-Modell mit den Achsen „Allgemeingültigkeit – Detailliertheit – Abstraktion“ eingeordnet - siehe Bild 3.

• Modell-Typ 1 gemäß Bild 1 und 2.2: Er stellt dar die Abgrenzung und den Inhalt des PBP, die Einordnung in den Innovations-prozess sowie die methodischen Merkmale und Grundzüge des Vorgehens der relevanten Übergangsprozesse im PBP.

Typ 1 wird durch drei Prozess-Stufen 1 bis 3 des Bildes 1 sowie durch die Merkmale der Übergänge Ü1 bis Ü3 des Bildes 2.2 detailliert. Er bildet den Rahmen für detaillierte und konkretere Modelle, z.B. Typ 2 und 3.

• Modell-Typ 2 gemäß Bild 18 und 10: Er ist allgemeingültig und repräsentativ für Problem-Lösungs-Prozesse mit den Prozess-Phasen, Entwicklungsstufen und Arbeitsschritten, aber auch im weiteren Sinne für die Prozess-Stufen 4 bis 7 des Innovationsprozesses lt. Bild 1.

Typ 2 ist geeignet als „Problem-Lösungs-Modul“ in allen Hierarchieebenen des PBP für schon klarer herausgearbeitete Problemstellungen. Er ist detailliert durch invariante Arbeitsschritte und methodische Prinzipien und wird konkretisiert durch Merkmale zu Zwischenergebnissen. 

Modell-Typ 2 wird mit dem vorgängigen Prozess und seinen Ergebnisse durch Arbeitsschritte zur Vorbereitung der Lösungsfindung verknüpft. Sein engeres Ziel ist das Generieren von innovativen Lösungs-Ideen/Konzepten und das anschließende Gestalten und Auswählen der priorisierten Problemlösung.

Was

Typ 1

Typ 2

Typ3

Allgemeingültig für ...

den komple-xen PBP

PBP von extrahierten, begrenzten Problemstellungen für Prozess- od. Entwicklungsstufen; Phasen des PBP u. d. Innovationsprozesses

PBP komplexer, spezifischer Objekt- u. Problemklassen

Detailliert durch ...

Prozess-Stufen

Invariante Arbeitsschritte, methodische Regeln

Phasen, Entwickl.-Stu-fen; Hierarchieebenen

Konkretisiert durch ...

Methodische Merkmale u. method. relevante Über-gänge

Merkmale der Zwischenergebnissen

Zwischenergebnisse, Merkmale, Methodenzuordnung; metho-dische Regeln

Bild 3: Einordnung und Charakterisierung von Prozessmodellen des PBP in einem Raum-Modell

„Allgemeingültigkeit – Detailliertheit – Abstraktion“

• Modell-Typ 3 gemäß Bild 9; 10 und 15: Er ist allgemeingültig für PBP von komplexen Problemstellungen in der Aufgabenklasse „Entwicklung innovativer antizipierter Problemlösungen für technische Systeme“.

Dieser Modell-Typ 3 kann auch für andere Aufgaben- und Objektklassen auf Grund der Analogien durch Spezifikation übertragen werden. Z.B. für komplexe, innovative Problemlösungen in der Wirtschaft, Organisation, Logistik, Bionik, Informatik, aber auch für die Entwicklung von gedankliche Verfahren, Algorithmen u. a.

Modell-Typ 3 ist nicht nur auf den kreativen Problemlösungs-Prozess gerichtet, sondern beinhaltet auch den sehr wichtigen Vorbereitungsprozess für die Problemlösung komplexer Problemstellungen. Damit werden alle die Teil- Aufgabenstellungen einbezogen, die bis zur verifizierten Problemlösung gelöst werden müssen.

Der Modell-Typ 3 wird detailliert durch  Prozess-Stufen, Phasen, Entwicklungsstufen und Arbeitsschritte. Der PBP lässt sich dadurch in Hierarchieebenen darstellen. Die Konkretisierung wird durch Merkmale für die Zwischenergebnisse, die relevanten heuristischen Methoden, Prinzipien und Regeln sowie auch durch fachspezifische Begriffe der Aufgabenklasse erreicht.

Die Prozess-Modelle für die ganzheitliche Darstellung der Grundlagen des PBP sollen und können keinen Erfindungsalgorithmus darstellen oder die bekannten Erfindungs- und Konstruktionsmethoden ersetzten. Sie können jedoch wirksam für das Planen und Entwickeln der problemspezifischen, konkreten Problembearbeitungs-Strategien und -abläufe genutzt werden und vermitteln die methodischen Prinzipien und Regeln. Sie Förderung die methodisch-systematischen Denk- und Arbeitsweise und die gezielte Nutzung der Intuition. Sie können auch als Beitrag zur Weiterentwicklung einer gut verständlichen, einfachen und praktikablen modernen Innovationsmethodik genutzt werden. 

Diese Prozess- Modelle sind allein und unmittelbar für die problemspezifischen Abläufe nicht hinreichend konkret und spezifisch. Die konkreten Abläufe und Vorgehensweisen für die Praxis können durch die Beherrschung und schöpferische Anwendung der Grundlagen in Abhängigkeit der zitierten Einflussfaktoren, Spezifikation, Modifikation, Detaillierung, Auslassungen, Sprünge, Schleifen u./o. quasi paralleles Arbeiten aus den Modellen abgeleitet werden. In /17/ ist ein Beispiel für ein solches fachspezifisches Modell des Konstruktionsprozesses dargestellt. Das Wissen zu den Grundlagen und die Fähigkeiten zur praktischen Anwendung sind lehrbar und erlernbar, besonders in einem praxisgerechten Kreativitätstraining.

Teil II: Grundlagen zu den Prozessabläufen und Hinweise/ Erfahrungen zur methodisch-systematischen Denk-und Arbeitsweise im PBP

Die Prozess-Modelle prägen den Inhalt dieses Beitrages nach unterschiedlichen Abstraktions-, Konkretions- und Detaillierungsgraden.

Ein erster Schwerpunkt des Beitrages ist der Modell-Typ 3 in Punkt 5, dargestellt am Fallbeispiel der Aufgabenklasse „ Entwicklung innovativer Problemlösungen für technische Systeme“. Für ihn liegen in der Tiefe, Breite und Langjährigkeit reichhaltige Ergebnisse und Erfahrungen aus der Systementwicklung, Forschung sowie Aus- und Fortbildung vor. Ein zweiter Schwerpunkt sind die Grundsätze/Merkmale des PBP in Punkt 6. Der dritte Schwerpunkt befasst sich mit Modell-Typ 2 in Punkt 7, der als ein invarianter „Lösungsmodul“ für technische und nichttechnische Problem-Lösungsprozesse aufgefasst werden kann.

5. Das allgemeine Prozessmodell für d. Problem-Bearbei-tungs-Prozess Typ 3

Darstellung und Gültigkeitsbereich

In diesem Punkt 5 werden die Prozessabläufe des PBP in einem allgemeinen Prozess-Modell gemäß Modelltyp 3 durch Prozess-Stufen, Pha-sen, Entwicklungs-Stufen, Arbeitsschritte, typische Zwischenergebnisse sowie Grundsätze, relevante Merkmale, Prinzipien u. Regeln dargestellt. 

Es soll gelten für die bedeutende, komplexe Aufgabenklasse „Entwicklung neuartiger, innovativer antizipierter u./o. realer zweck- und funktionserfüllender technischer Systeme und Prozesse“.

Ein Modell für diesen großen Gültigkeitsbereich kann wie schon oben erläutert nicht so spezifiziert werden, dass es im konkreten Anwen-dungsfall einfach sequentiell abgearbeitet werden kann. Die realen Abläufe in der Praxis sind konkreter, detaillierter, hierarchisch strukturiert und können in Sprüngen, Schleifen, Auslassungen, Rückkopplungen und quasi paralleler Bearbeitung verlaufen.

Das allgemeine Prozessmodell kann jedoch für den konkreten Fall in Abhängigkeit von der Problemspezifik und den vorliegenden Informationen/Vorgaben situationsabhängig, flexibel und kreativ für die Strategieentwicklung konkretisiert und modifiziert werden.

5.1.     Prozess-Stufe 1 — Problemermittlung zur Gewinnung der innovativen Aufgabenstellungen

Zielsetzung der Prozess-Stufe 1:

Das Erarbeiten neuerungsgerechter/erfinderischer Aufgabenstellungen ist vor allem auf das Gewinnen überraschend neuer, einmaliger, origineller, realisierbarer und nutzbringender Problemlösungen gerichtet, um einen bedeutenden Fortschritt und Neuheitsgrad auch im internationalen Maßstab zu erreichen.

Sonderfälle/Abgrenzung:

In manchen Situationen kann oder muss das wahrgenommene Problem u. U. nur durch eine Optimierungsaufgabe, eine Umgehungs-aufgabe oder durch das Abschwächen des Anforderungsprofils verträglich gelöst werden, so dass auf einen kreativen PBP verzichtet werden kann. Hierfür gelten die in allen Branchen beherrschten klassischen Entwicklungsabläufe für Aufgaben /7; 17; 3/. In diesem Fall kann zum Aufbereiten der Aufgabenstellung in die Prozess-Stufe 2 übergegangen werden. Es gelten hier die dort üblichen Methoden, Standards und Regeln des Fachgebietes. Der Lösungsprozess kann allerdings auch hier fachlich sehr anspruchsvoll sein und großen Aufwand erfordern. Er soll hier jedoch nicht weiter betrachtet werden.

Merkmale des Problem- und Aufgabenfindungsprozess:

Die Zusammenhänge und das Wesen für das Erkennen des Problems und des Widerspruchs sowie der daraus ableitbaren erfinderischen Aufgabenstellung werden in einem vereinfachten Modell in Bild 4.1 dargestellt, aus dem die markanten Arbeitsschritte in Bild 4.2 abgeleitet sind.

Bild 4.1: Modell zum Problembearbeitungs- und Aufgabenfindungs-Prozess  

Der Input, d.h. der Anfangszustand  bzw. der Anstoß/Anlass, für den PBP ergibt sich aus dem Wahrnehmen/Erkennen einer Problem-Situation mit dem unabhängig vom Bewusstsein existierenden objektiven Problemsachverhalt.

Er ist geprägt durch „Unverträglichkeiten“ zwischen dem Ist-Zustand und einer Änderung der Bedürfnisse, des Bedarfs, der Umgebung sowie aus den Erfordernissen durch neue Entwicklungen, Trends, Vorschriften, Gesetze, die mit den verfügbaren „Mitteln“ nicht erfüllbar sind.

Vereinfacht gesagt: Ob ein Problem rechtzeitig und richtig erkannt wird und wie es für die Problemlösung angepackt wird, das hängt u. a. in hohem Maße von den Bedingungen zur Abbildung des Problemsachverhaltes ab, z.B. dem Vorgehen, von der Gründlichkeit, mit der die Analysephase vollzogen wird, der Offenheit, mit der die Informationen jeglicher Art aufgenommen werden, der Ergebnisoffenheit, dem Erkenntnisstand sowie der Kompetenz, Orientierung, Weitsicht, und Motivation der Bearbeiter.

Output, d.h. der Endzustand/ das Ergebnis des Problem-Ermittlungs-Prozesses, ist eine geeignete innovative Darstellung des Problems, des Problemkerns und Widerspruchs sowie eine auf innovative Neuerungen/Erfindungen gerichtete anspruchsvolle Zielsetzung und erfinderische Aufgabenstellung. Sie soll einerseits primär auf überraschend neue, originelle, bedeutende innovative Problem-Lösungen mit attraktivem Nutzen gerichtet sein, aber auch schon eine gewisse Chance auf  Machbarkeit für möglich halten, ohne eine zu frühe Einschränkung der Lösungsrichtungen zu riskieren.

 Bild 4.2: Arbeitsschritte für die Problemermittlung und Aufgabenfindung

Gegenstand des Problem-Ermittlungs-Prozesses:

Im Kern dieser Stufe 1 geht es um

►     die Abbildung und kritische Analyse des Problemsachverhaltes mit einer gründlichen Auseinandersetzung und Wissensan-reicherung zum Problemsachverhalt,

►    einen konfrontierenden Vergleich mit einer Differenzanalyse zwischen Ist-Zustand und dem angestrebten Soll-Zustand. Aus dieser Differenz können der Problemkern und die Defekte (Widersprüche, Schwachstellen, Mängel , Lücken) erkennbar abgeleitet werden und

►     die Gewinnung der innovativen/erfinderischen Aufgabenstellung, für die Problem-Lösung.

Arbeitsschritte des Problemermittlungs- und Aufgabenfindungs-Prozesses

Der Prozess vom Anfangszustand zum Ergebnis des Problem-Ermittlungs-Prozesses wird gemäß Bild 4.2 durch 9 Arbeitsschritte strukturiert und in den Punkten 5.1.1 – 5.1.2 diskutiert.

5.1.1 Arbeitsschritt 1 — Erfassen, Analyse und Abbilden des objektiven Problemsachverhaltes

Kurzcharakterisierung

Dieser Arbeitsschritt beinhaltet das Erfassen der vorliegenden Informationen, die Analyse, das Abgrenzen, Strukturieren und Abbilden des objektiven Problemsachverhaltes für den Objektbereich.

Ausgangspunkt sind die Anlässe, Bedürfnisse, Änderungen und Wahrnehmungen. Zu ermitteln sind die erkennbaren, das Ziel bestimmenden Informationen. Das Ergebnis ist dabei von den oben genannten Bedingungen abhängig.

Schwerpunkte des Arbeitsschrittes 1

Mit dieser gründlichen Auseinadersetzung soll die Strukturierung des Problemsachverhaltes (PSV)), das Erfassen der verfügbaren und fehlenden Informationen, der offenen Fragen und wichtigen Zusammenhänge des PSV erarbeitet werden. Weiterhin soll ein Überblick und die Verdichtung  der vielfältigen Informationen, das Verstehen der Situation und die Bildung der Motivation erreicht werden. Aussagen und Informationen sollen zu folgenden Schwerpunkten gewonnen werden:

►       zielorientierende Informationen, die ableitbar sind aus den Bedürfnissen, Anlässen, Abweichungen, Änderungen, Wahrnehmungen, Wünschen, Chancen, neuen Entwicklungen und Erkenntnissen, Trends, dem Weiterentwicklungspotential, außergewöhnlichen Situationen und nicht zuletzt aus den erwarteten Eigenschaften und Wirkungen des angestrebten Soll-Zustandes.

►       Ist-Zustand zum Objektbereich und zum übergeordneten System mit den aktuellen, wichtigen Systemmerkmalen, Eigenschaften, Grenzen, Restriktionen, Umständen, Nebenwirkungen. Dazu sind System-, Struktur- u./o. Funktionsanalysen und eventuell erste Recherchen zum Markt, Wettbewerb und zur Branche geeignet. Hier eventuell schon erkannte Widersprüche sind Schwerpunkte für die weitere Bearbeitung.

►        Abgrenzung des Problemfeldes, Beschreibung des vermuteten Problems, eventuelle Problemzerlegung und Erkennen von Prioritäten bei komplexeren Problemsituationen.

Diese Schwerpunkte sollen in den folgenden Arbeitsschritten vertieft und präzisiert werden. Perfektion ist in diesem Arbeitsschritt noch nicht gefordert. Deshalb unterstützt diesen Schritt oft eine einfache Analyse mit 5-W-Fragen.

 Einfache Analyse mit 5 W-Fragen

Wie äußert sich das Problem, die Abweichung, wie ist die Erscheinung? Wie wurden ähnliche Probleme gelöst?

Was hat sich geändert, was ist geschehen, was ist betroffen? Was passiert, wenn das Problem nicht gelöst wird? 

Welche Veränderungen bewirken die Probleme, welche Ursachen sind erkennbar und welche Probleme sollen gelöst werden, welche Objekte, Teilsysteme, Parameter sind betroffen, welche Komponenten dürfen nicht geändert werden, welches Entwicklungspotential ist vorhanden und welche Prioritäten sind zu beachten?

Wo ist das Problem entstanden, aufgetreten und wirksam?

Wann wurde das Problem sichtbar, wann wurde schon einmal an dieser oder einem ähnlichen Problem gearbeitet und wann soll oder muss es gelöst sein?

Der erste Schritt zum Anforderungsprofil

Bei der Erstellung des Anforderungsprofils sind die Anforderungen, Umstände, Nebenwirkungen und Restriktionen des geplanten Nutzungs-Zeitabschnittes vorausschauend zu berücksichtigen. Die Bildung dieses ersten Ansatzes für das Anforderungsprofil erfordert umsichtiges Verstehen, Variieren, Verfremden, Verdichten, Quantifizieren, Zuspitzen, Widersprüche erkennen, Prüfen.

In dieser Phase sind fundierte Sachkenntnisse, systemwissenschaftlich-analytisches Arbeiten, Abstraktionsvermögen und die Fähigkeiten zur gedanklichen Vorwegnahme sowie die Fähigkeit zum Trennen vom alt Hergebrachten von großer Bedeutung.

Es ist weiterhin notwendig, das Problemfeld und den Objektbereich mit Augenmaß zu markieren, ohne einerseits das Gesichtsfeld zu beschränken und um andererseits uferloses Arbeiten zu vermeiden.

Die Abbildung des objektiven Sachverhaltes kann durch die jeweiligen Bearbeiter in ihrer konkreten Situation durch subjektiven Charakter bzw. individuell geprägt sein. Durch die Nutzung systematischer Analyseverfahren und geeigneter Abstraktionsschritte kann die Objektivierung unterstützt werden.

5.1.2.  Arbeitsschritt 2 — Erarbeiten einer innovativen Zielsetzung u. des Anforderungsprofils

Informationsgehalt für den Soll-Zustand

Der Soll-Zustand bzw. das Endergebnis wird ausgehend von den Ergebnissen aus Arbeitsschritt 1 durch Zuspitzen und Verdichten als Zielsetzung ausgearbeitet. Die Zielsetzung soll beinhalten

•  die strategische Orientierung für die Innovation und ihren Objektbereich und die Aussage, welches Problem gelöst werden soll,   

•  den zu erfüllenden Zweck/die zu erfüllende Funktion sowie die Wirkungen und den Nutzen, die mit der Problemlösung erreicht werden sollen,

•  das Anforderungsprofil, das von der innovativen Problemlösung in den Lebensstufen des Innovationsprozesses erfüllt werden muss und soll. Es besteht aus relevanten Anforderungen, Umständen, Nebenwirkungen, Restriktionen, Vorgaben. Aus diesem Profil sollen die Bewertungskriterien bzw. Maßstäbe abgeleitet werden können. Sie sind wichtig für spätere Entscheidungen z.B. zur Identifikation der innovativen Lösungsrichtung, Ideen, Konzepte u./o. Lösung.

Die Zielsetzung soll einerseits sehr anspruchsvoll, innovationsgerecht sein und andererseits einen attraktiven Nutzen und eine gewisse Chance auf Realisierbarkeit erwarten lassen. Damit soll und kann die Orientierung auf attraktive Spitzenergebnisse ermöglicht werden, aber auch das Abschweifen in unrealistische Vorstellungen/Welten ausgewogen vermieden werden. Das Anforderungsprofil wird in der Regel im Bearbeitungsfortschritt der folgenden Prozess-Stufen vollständiger, präziser und verbindlicher.

5.1.3 Arbeitsschritt 3 — Analyse und Aufbereitung des Ist-Standes

Analysegegenstand:

Dieser Arbeitsschritt 3 ist ausgehend von den Ergebnissen des Arbeitsschrittes 1 auf die Vertiefung und Präzisierung des Ist-Zustandes gerichtet. Dazu ist eine gründliche Analyse und Recherche aller den Ist-Stand prägenden Informationen geeignet.

Zu analysieren ist der Objektbereich mit bekannten und ähnlichen Systemen sowie ihrem übergeordneten System bzw. dem Umfeld bzgl.

o       ihrer Einordnung und den Wechselwirkungen,

o       der System-Funktion (Haupt-, Neben-, Teilfunktionen, Funktionsweise, Funktionswertflüsse) sowie dem System-Zustand und dem System-Verhalten,

o       der System-Struktur (Elemente, Wirkpaaren sowie ihren Verknüpfungen und Anordnungen),

o       der Anforderungen, Parametern, Kenngrößen, Eigenschaften, Wirkungen und ihren naturgesetzlichen, technischen, ökonomischen, organisatorischen, soziologischen Aspekten und ihren Zusammenhängen,

o       der vorhandenen und fehlenden Informationen, mangelnder und mehrdeutiger Zielvorstellungen und offener Fragen zum Lösungsweg,

o       der Wirkungen und Ursachen der Widersprüche, Hindernisse, Mängel, Lücken.

Diese Analyse kann sich sowohl auf reale u/o auf antizipierte Systeme beziehen.

Analysevorgehen:

Für die Analysen und Recherchen sind zu nutzen:

o       die bekannten und analogen Systemlösungen,

o       ihr Entwicklungspotential, 

o       Wertanalysen, 

o       die Patent- und Fachliteratur,

o       der wissenschaftlich-technischen Höchststand.

Die Untersuchung des Ist-Standes soll neben den Schwachstellen der bekannten Systeme auch die Stärken, Optimierungsansätze und Grenzen erkennen lassen.

Für diese Analysen sind die bekannten Analysemethoden /18/ und systemwissenschaftlichen Arbeitsmittel geeignet / 12.1; 12.2/. Sie ermöglichen es u. a., die Ergebnisse in verschiedenen Abstraktionsstufen darzustellen, um Abstand, Verfremdung, Überblick und Weitblick zu gewinnen oder bei Bedarf ins Detail zu gehen.

5.1.4  Arbeitsschritt 4 - Ermitteln der Defekte/Wider-sprüche durch Differenz-analyse zwischen Soll- und Ist-Zustand

Konfrontierender Vergleich vom Soll- und Ist-Zustand

Durch einen konfrontierenden Vergleich mittels einer Differenzanalyse zwischen dem Soll-Zustand und dem Ist-Zustand sollen die Defekte (Widersprüche, Hindernisse/Gegensätze) ermittelt werden, die für das Gewinnen des Sollzustandes gelöst werden müssen (Bild 4.1). Defekte sind potentiell in der „Differenz“ zwischen Soll und Ist enthalten, wenn die Erfordernisse des angestrebten Soll-Zustandes durch den Ist-Stand nicht erfüllbar sind bzw. von ihm unverträglich abweichen. Sie können durch eine systematische System-, Defekt- und Widerspruchsanalyse herausgearbeitet werden.

Was ist ein Defekt?

Der Begriff „Defekt“ beinhaltet als Oberbegriff dialektische Widersprüche, unverträgliche Gegensätze, Hindernisse, Abweichungen, Herausforderungen, Schwachstellen, Fehler, Lücken, Mängel und/oder offene Fragen. Defekte in diesem Sinne liegen vor, wenn Systeme und/oder ihre Umgebung mit ihrem Verhalten, ihren Eigenschaften, und/oder Kenngrößen bzgl. der Zielsetzung und den Anforderungen des Soll-Zustandes nicht vereinbar sind, unerwünschte Effekte und Wirkungen verursachen, Hauptforderungen nicht erfüllen, nicht oder nicht hinreichend bekannt, gegeben oder vollständig sind.

In der Literatur, z.B. zu TRIZ, werden Defekte i. d. R. alleinig als Widerspruch aufgefasst. Mit der Differenzanalyse werden jedoch alle Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Sand erfasst, um die problembedingten und aufgabenbedingten Defekte, die für das Lösen der Aufgabenstellung gelöst werden müssen, gezielt und differenziert im Sinne der Ganzheitlichkeit zu erkennen und bearbeiten zu können.

Merkmale für Problem, Aufgabe und Widerspruch

Die mit der Differenzanalyse ermittelten Defekte können gemäß Bild.4.1 sowohl Probleme als auch Aufgaben enthalten /8/, S 341.

Probleme und die daraus ableitbaren neuerungsgerechten Aufgabenstellungen werden durch das Erkennen von dialektischen Widersprüchen/Gegensätzen oder Hindernissen in dem konfrontierenden Vergleich sichtbar. Sie sind maßgeblich und erfolgsbestimmend für kreative, anspruchsvolle Neuerungen/Erfindungen. 

Aufgaben liegen vor, wenn es sich bei den Defekten nur um Schwachstellen, Mängel, Lücken handelt, die mit den Mitteln des Fachgebietes zur Optimierung der Lösung im Rahmen einer dem Standard des Fachgebietes entsprechenden Weiterentwicklung behoben werden können.

Widersprüche (dialektische) verkörpern unverträgliche Gegensätze von Eigenschaften, Merkmalen, Anforderungen, Komponenten innerhalb eines Systems u./o. zwischen System und Umgebung. Diese konträren Aspekte, die erfüllt bzw. vorhanden sein müssen, bedingen und beeinflussen sich gegenseitig/ wechselseitig.

Es werden äußere und innere Widersprüche unterschieden. Die Analyse der dialektischen Widersprüche ist gerichtet auf das Ermitteln der Ursachen, Wirkungen, ihrer Zusammenhänge, der Besonderheiten und von Ursachen-Wirkungs-Modellen der unverträglichen Gegensätze zwischen dem Ist-Zustand und der angestrebten Lösung, dem Soll-Zustand, unter Beachtung der antizipierten Entwicklungstrends und- Dynamik /24; 19; 8/.

5.1.5 Arbeitsschritt 5 - Erkennen und Analyse der ußeren Widersprüche

Was sind äußere Widersprüche und wie wirken sie?

Äußere Widersprüche/Gegensätze entstehen zwischen relevanten, gegenseitig unverträglichen Eigenschaften, Merkmalen, Kenngrößen, Teilsystemen des betrachteten Systems und der System- Umgebung (übergeordnetes System).

Im Bereich der Technik handelt es sich vor allem um ökonomisch-technisch oder organisatorisch-technisch geprägte Gegensätze. Sie werden erkennbar, wenn die unverträglichen Gegensätze in dem Spannungsfeld zwischen dem bestehenden System im Ist-Zustand und den veränderten Bedürfnissen, Anforderungen, Trends, Entwicklungen und Anforderungen der Systemumgebung bzw. des übergeordneten Systems bestehen. Sie wirken, wenn die Hauptziele und Anforderungen für den Soll-Zustand bzgl. der wirtschaftlichen, technischen, organisatorischen, sozialen, humanen Aspekte nicht mehr erfüllbar erscheinen.

Welche Rolle spielen äußere Widersprüche für die Problemerkennung?

Das Erkennen der Ursachen und Wirkungen der äußeren Widersprüche ermöglicht es, Lösungsorientierungen abzuleiten und Entschei-dungen für die weitere Bearbeitung zu treffen. Es kann und soll mit diesem Schritt sichtbar gemacht werden, ob der Soll-Zustand nach der Abschätzung des Weiterentwicklungspotentials durch Optimieren/Kompromiss erreichbar ist oder ob Defekte als dialektische Widersprüche wirken, die durch Optimieren/Kompromiss nicht überwunden werden können, und eine völlig neue Lösung erfordern. Eine völlig neue Lösung entsteht allerdings i. d. R. erst, wenn die inneren Widersprüche erkannt und gelöst werden.

5.1.6     Arbeitsschritt 6 - Erkennen und Analyse der inneren Widersprüche

Was sind, wie entstehen, wie wirken die inneren Widersprüche?

Innere Widersprüche treten in Folge der äußeren Widersprüche in Erscheinung. Sie beziehen sich z.B. in der Technik auf die technisch-naturgesetzmäßigen Zusammenhänge innerhalb des vorhandenen und des angestrebten Systems.

Sie werden wirksam, wenn sich relevante Systemmerkmale gegensätzlich verhalten und eine dialektische Einheit bilden. Das heißt, wenn das betrachtete System im Ist-Zustand (z.B. die Teilfunktionen, Komponenten, Kenngrößen, Eigenschaften, Anforderungen, Umstände und/ oder Nebenwirkungen) die Erfordernisse der angestrebten innovativen Lösung im Soll-Zustand nicht erfüllen können, da sich Ziele gegenläufig/unverträglich verhalten – z.B. die „Öffnung muss zu und offen zugleich sein“. Dann liegen Widersprüche oder - unschärfer erkannt - eine Barriere bzw. ein Hindernis vor. Sie stehen der angestrebten Lösung als unverträglicher, konträrer Gegensatz entgegen. Z.B. bezüglich der Hauptziele, des Anforderungsprofils und relevanter funktioneller, physikalischer, geometrisch-stofflicher Parameter bzw. Eigenschaften. Als besonders anregend hat sich die Formulierung des Widerspruchs als „Paradoxon“ gezeigt – z.B.: etwas, was sein muss, aber nicht sein darf.

So z.B. kann für eine Sollkenngröße gefordert sein, dass sie groß ausgeprägt ist und dass sie gleichzeitig zur Erfüllung anderer Forderungen nicht auftreten darf oder mindestens zulässig klein sein muss. Somit entstehen eine Spaltung der Einheit eines Kenngrößenpaars und unverträgliche Gegensätze.

Es ist auch zu klären, für welche Komponenten des Systems Defekte/Widersprüche bestehen und für welche keine bestehen, wie sie sich wo auswirken und durch welche Besonderheiten sie gekennzeichnet sind und sich unterscheiden. Beispiele hierzu sind in /8; 19; 20-22/ dargestellt.

Die Auseinandersetzung mit den inneren Widersprüchen kann in der Problemermittlungs-Stufe 1 beginnen, wird u.U. in der Problemaufbereitungs-Stufe 2 fortgesetzt und muss in der Problemlösungs-Stufe 3 vertieft und abschließend vollzogen werden.

Die Alternativen zur Lösung von unverträglichen Gegensätzen/Widersprüchen

Diese Spaltung der Einheit und die damit verbundenen unverträglichen Gegensätze zwischen zu erfüllenden Anforderungen, Parametern, Eigenschaften können auf 2 Wegen behandelt werden:

►      Durch eine Widerspruchslösung. Die unverträglichen Gegensätze werden durch eine grundlegend neue, noch nie dagewesene Problemlösung mit hohem Neuheitsgrad beseitigt. Dieser Weg ermöglicht den Zugang zu einem hohen Innovationsniveau und sollte, wenn möglich Priorität haben.

►     Durch eine Kompromisslösung. Die unverträglichen Gegensätze werden mit der Lösung nicht beseitigt, jedoch in ihrer Wirkung durch die Lösung im Sinn der innovativen Zielsetzung hinreichend abgeschwächt. Es werden die unverträglichen Anforderungen, Restriktionen, Umstände so variiert und modifiziert, dass mit der Reduzierung der Gegensätze eine Problemlösung möglich wird. Kreative Kompromisslösungen für ein Problem können einen akzeptablen Neuheitsgrad bei geringerem Erfolgsrisiko des PBP erreichen. Sie sind verbreitet und für die Praxis oft relevant. Sie führen jedoch nicht nah genug an die ideale Lösung heran, da der Widerspruch nur abgeschwächt, nicht überwunden ist.

Erscheinungsformen für innere Widersprüche:

Während der äußere Widerspruch als Triebkraft für die Entwicklung neuer innovativer Lösungen wirkt, wird die Entwicklung der Neuerung/Erfindung von der Lösung des inneren Widerspruchs bestimmt. Das „Konstrukt“ innerer Widerspruch ist eine Hilfe beim schrittweisen Lösen von Widersprüchen. Der innere Widerspruch hat im PBP zwei Erscheinungsformen:

Erkenntnisprozessbedingter Widerspruch: 

Der aus dem äußeren Widerspruch abgeleitete innere Widerspruch erfasst zunächst das Erkenntnisgefälle zwischen 

- dem vorhandenen Kenntnisstand in dem Fachgebiet des Objektes und

- den fehlenden Erkenntnissen/Informationen, die für die Lösung des Problems-/ Widerspruchs erforderlichen sind.

Systembedingter Widerspruch: Er wird vor allem im realen oder antizipierten Anwendungsprozess der Systeme sichtbar /2.2; 22/. Die systembedingten Widersprüche können technische Sachverhalte und/oder naturgesetzliche Sachverhalte betreffen. Die inneren Widersprüche werden bei komplexen Problemen oft erst im Problemlösungs-Prozess vertieft darstellbar, wenn die Problemzerlegung fortgeschritten ist und das technisch-naturgesetzliche Geschehen sichtbar wird und erarbeitet wurde.

Das Ermitteln der Sollkenngrößen:

Die Sollkenngrößen haben bei der vergleichenden Konfrontation und Widerspruchsanalyse eine besondere Bedeutung. Sie sind Ausdruck und bestimmend für den Grad der Gegensätze und den Abstand zwischen Soll und Ist und verursachen den Grad der unverträglichen Gegensätze und damit auch des Widerspruchs. Sie bedingen damit auch den potentiell notwendigen Neuheitsgrat und die Innovations-Chance.

Die Art, Zahl und Ausprägung der den Soll-Zustand repräsentierenden Sollkenngrößen sind in Abhängigkeit von der übergeordneten Zielsetzung, den daraus resultierenden zielbestimmenden Anforderungen, sowie den Restriktionen und Umständen zu ermitteln.

Im Arbeitsschritt 2 „Ermitteln des Sollzustandes“ und fortsetzend hier bei der Widerspruchsanalyse sowie auch später in der Lösungsphase können die Bearbeiter den Neuheitsgrad der angestrebten Lösung im Variationsfeld des Sollzustandes bewusst und vorausschauend gestalten und bestimmen (Bild 5).

Bei der Erarbeitung der Sollkenngrößen und damit auch des Anforderungsprofils wird das Niveau der angestrebten Problemlösung durch das schrittweise „Hochschrauben“ der Anforderungen bis zur „Machbarkeitsgrenze“ oder bis zur „idealen Lösung“ maßgeblich gestaltet.

Das Variationsfeld für Sollkenngrößen:

Das Variationsfeld für Sollkenngrößen in Bild 5 ergibt sich aus der Graduierung der zielbestimmenden Anforderungen einerseits und aus den Restriktionen und Umständen andererseits. Es unterstützt das schrittweise Verschärfen oder das Zurücknehmen der Komponenten des Anforderungsprofils. In Feld 1.1 könnte durch Zuspitzung der Sollkenngrößen die “ideale Lösung“ (Eine gedankliches Modell für die bestmögliche Lösung /24/) oder eine grundlegende Neuorientierung liegen. Hier ist die Innovationsnotwendigkeit und -chance groß. Die "Ideale Lösung" ist zugleich eine gewisse Gewähr, nicht das Thema "zu verfehlen".

Es ist oft sinnvoll, die Zuspitzung bis zur „idealen Lösung“ schrittweise vorzunehmen. Durch ihre Analyse können Denkbarrieren überwunden, Hindernisse deutlicher erkannt und Denkanstöße für die Veränderung der Funktionalität, der Systemstruktur u./o. der Abgrenzung zur Umgebung gewonnen werden. Dafür sind aber in der Regel auch der Schwierigkeitsgrad, Aufwand und das Risiko für eine erfolgreiche Problemlösung größer. Mit Sollkenngrößen gemäß Feld 3.3. wird kaum eine anspruchsvolle neuerungsorientierte Aufgabenstellung erwartet.

Das Finden der erfolgsversprechenden Position in der Matrix nach Bild 5 ist für die Bearbeiter eine Herausforderung. Hierzu werden z.B. in /20; 21/ wertvolle Vorgehensweise dargestellt.

5.1.7 Arbeitsschritt 7 - Identifizieren des Problemkerns, des Hauptwiderspruchs und Erarbeiten einer prägnanten Problembeschreibung

Den Hauptwiderspruch und Problemkern herausarbeiten:        

Ein komplexer Problemsachverhalt kann mehrere Widersprüche enthalten. Deshalb ist es für die Effizienz und den Erfolg des Vorgehens günstig, Prioritäten zu setzen und den Hauptwiderspruch herauszuarbeiten. Dazu sind die widerspruchsrelevanten Bereiche des Systems zu ermitteln und die zur Überwindung der Widersprüche besonders relevanten Komponenten, Merkmale, Kenngrößen des Systems aufzudecken. Davon ausgehend ist das Formulieren des Problemkerns möglich. Dieser Schritt kann durch systemwissenschaftliche Analyse und schrittweise Abstraktion wirksam unterstützt werden. Dabei wird von der Erscheinung zum Wesen des Problems vorgegangen und ein tieferer Einblick, Weitblick und erweitertes Gesichtsfeld erreicht und das Überwinden von Denkbarrieren unterstützt.

Welche Aussagen soll die Problembeschreibung enthalten?

Nachdem der Erkenntnisstand zum Problemsachverahlt durch eine gründliche Auseinandersetzung mit dem Problem durch die Arbeits-schritte 1 bis 6 ausreichend geklärt und vertieft wurde, kann die detaillierte Problembeschreibung erarbeitet werden. Sie soll vor allem Aussagen zu folgenden Punkten zusammenfassend enthalten:

•   Zielsetzung, Sollkenngrößen mit Anforderungsprofil für die angestrebte innovative Problemlösung. Formulierung der „idealen Lösung“, von der aus für das zu Schaffende „zurück gerechnet werden kann“.

•   Beschreibung der Entstehung des Problems und wann es wie erkannt wurde; evtl. wie ähnliche Probleme gelöst wurden (Entstehungsgeschichte/vergleichende Erfahrung). Abschätzung des Weiterentwicklungspotentials (S-Kurve /12.3/).

•   Darstellung des Problems mit den unerwünschten Effekten und Konsequenzen, die entstehen, wenn das Problem nicht gelöst wird.

•   Darstellung der äußeren und innere Widersprüche und der weiteren Defekte (Schwächen, Mängel, Lücken), die zur Erlangung des Ziels gelöst werden müssen.

•    Wirkung, Ursachen der Defekte, ihre Wechselwirkungen und die Zusammenhänge zwischen den Defekten, wenn möglich, dargestellt durch Modelle/Skizzen. Von Wirkungen auf Ursachen schließen.

•    Widersprüche/Hindernisse für die Problemlösung beurteilen, ordnen und stufen nach Bedeutung, Abstraktionsgrad, Lösungszugang.

•    Hauptwiderspruch identifizieren. Erscheinung, Wesen, betroffene Komponeten, innere Strukturierung darstellen, z.B. durch erweiterte technisch-physikalische Modelle. 

•    Problemkern, der die Hauptwidersprüche/Hindernisse bzgl. der relevanten Sollkenngrößen bedingt.

•    Konkrete, griffige Beschreibung des Problems und des Widerspruchs in geeigneter Vereinfachung und Abstraktion, z.B. durch „paradoxe Formulierungen“ des Widerspruchs, Erkennen und Typisierung von Invarianten, das schrittweise Weglassen des Atypischen und Unwesentlichen, das Identifizieren der relevanten Faktoren u./o. Wirkungen /5; 8/.

•    Erfassen der bis dahin erkannten Teilprobleme und eventuell weiterer zusätzlich zu lösender Probleme, die durch die Problemlösung entstehen können.

5.1.8 Arbeitsschritt 8 - Erfassen, Untersuchen und Bewerten möglicher Lösungs-richtungen

Das klare Erkennen und Formulieren des Problems ist nach vielfältigen Erfahrungen oft schon die „halbe Lösung“. So ist es in der Regel günstig, hier schon erkannte alternative lösungsorientierte Anregungen nutzbar zu machen.

Es kann z.B. detaillierend gefragt werden, worin die Teilprobleme bestehen und von welchem Ansatzpunkt das Problem/die Teilprobleme „geknackt“ werden können. Weiter können schon erkannte und sollen mögliche alternative Lösungsrichtungen und schon entstandene Ideen sachkundig, umsichtig, weitsichtig abgehoben werden. Es soll auch überlegt werden, ob eine Widerspruchslösung oder eine Kompromisslösung geeignet erscheint. Dabei darf das Lösungsfeld nicht vorzeitig und unzulässig eingeschränkt werden.

Diese ersten, alternativen und zum Teil spontanen, intuitiven Lösungsrichtungen und -ansätze sollen in diesem Schritt durch eine Bewertung bzgl. des angestrebten Neuerungsanspruchs, ihrer Erfolgsaussichten und bzgl. ihrer Eignung für die weitere Bearbeitung untersucht, eingeschätzt und priorisiert werden. Diese Ergebnisse können Bestandteil der erfinderischen/neuerungsgerechten Aufgabenstellung werden. Sie dürfen jedoch keinesfalls zur ungewollten Einschränkung des Lösungsfeldes führen.

5.1.9  Arbeitsschritt 9 - Ausarbeiten der innovativen Aufgabenstellung

Die innovative Aufgabenstellung muss konzentriert/prägnant ausgerichtet sein auf die Findung von niveauvollen erfinderischen bzw. neuerungsgerechten Ideen bzw. Konzepten für die Problemlösung, z.B. für innovative Funktionen, Strukturen, Prozesse, Verfahren.

Die Darstellungen des Problems und des Widerspruchs nach Arbeitsschritt 5.1.7 und eventuell attraktive Ergebnisse zur Lösungsrichtung aus Arbeitsschritt 5.1.8 sind die Grundlage und der fachlich-inhaltliche Kern für die zu erarbeitende innovative Aufgabenstellung.

Sie wird für den Problemlösungsprozess deutlich instruktiver, produktiver und „sauber“, wenn

♦    sie frei von falsch oder ungünstig gestellten Zielen, von „vergifteten“ Vorgaben, Einschränkungen, Vorbehalten sowie frei von veraltetem und begrenzendem Gedankengut ist und wenn 

♦    es gelingt, eine Orientierung mit einer neuerungsgerechten Zielsetzung, attraktiven Innovationschance und einer realistischen Umsetzbarkeit unter Beachtung der zwingenden Rahmenbedingungen herauszuarbeiten. Dabei ist progressiv zu prüfen, was zwingend ist.

Die innovative Aufgabenstellung muss sich besonders auf den fachlich-inhaltlichen Kern konzentrieren. Die Ausarbeitung der Details des weiteren Vorgehens muss an dieser Stelle nicht abschließend erfolgen, wenn eine anschließende Problem-Aufbereitung und Präzisierung geplant ist.

Beim Erarbeiten der erfinderischen Aufgabenstellung soll weiterhin abgeschätzt werden, welche Ansprüche an die Lösung gestellt werden und welche Aufgabenart angemessen ist, z.B. ob

→    für bekannte Konzepte/Lösungsprinzipien durch verbesserte oder neue Teilsysteme u./o. durch neue Kombinationen, Kopplungen und Anordnungen der Teilsysteme/Elemente innovative, z.B. patentfähige Lösungen, erreichbar erscheinen, um damit in den Problem-Lösungs-Prozess zu gehen,

→    grundlegend neue, noch nie dagewesene Neuerungen entwickelt werden müssen, wenn die bekannten oder analoge Prinzipien bezogen auf das neue Anforderungsprofil keine progressive Entwicklung erkennen lassen bzw. am Ende ihrer Entwicklungsfähigkeit erscheinen,

→    mit einer konstruktiven Änderung der Zielkenngrößen bzw. des Anforderungsprofils eine innovative Lösung des Problems durch Optimieren oder neue Kombinationen bekannter oder analoge Systemlösungen als Kompromiss-Lösung besser möglich erscheint,

→    Umgehungslösungen notwendig und möglich sind, z.B. durch Änderungen im übergeordneten System u./o. durch neue Nutzungsaspekte.

Die innovative Aufgabenstellung sollte zusammenfassend je nach erreichtem Arbeitsstand enthalten:

►         Die Darstellung des Problemsachverhaltes PSV, der eingetretenen Veränderung, der erwarteten Trends, der Bedürfnisse und Aspekte, die der Anlass für die Problembearbeitung sind sowie die Darstellung der Entstehungsgeschichte des Problems.

►        Die Problemformulierung und explizit die Erkenntnisse zum Widerspruch gemäß Arbeitsschritt 7.

►        Den Zweck, die Funktionen, den Nutzen, die Eigenschaften, Wirkungen, Nebenwirkungen der angestrebten Lösung. Eventuell auch die Teilsysteme, Stoffe, Parameter, die betroffen sind und verändert, nicht verändert, verbessert, verhindert, ersetzt werden müssen.

►       Den Ist-Zustand, mit dem Bekannten, dem Wissen zum Objektbereich, dem Stand von Wissenschaft und Technik sowie den Trends, Prognosen und Entwicklungspotentialen.

►        Die priorisierte Lösungsrichtungen für die Problemlösung

►        Die prägnante Fassung der zu lösenden Teilprobleme und Widersprüchen.

►        Das Vorgehen und die grundlegenden Pflichten für die folgenden Stufen und Phasen.

5.2. Prozess-Stufe 2: Problem- und Aufgaben-Aufberei-tungs- und Präzisierung-Prozess

Notwendigkeit für das Klären, Präzisieren, Aufbereiten der Aufgabenstellung (AST).

Die AST für den Innovationsprozess müssen einerseits den Rahmen, die Zielsetzungen und eventuell auch den Ansatz für das Neue, Originelle, Einmalige und Nützliche enthalten und andererseits ist das Neue unbekannt und folglich nur bedingt klar, konkret und eindeutig. Das ist das „innere Dilemma“ einer kreativen, innovativen AST.

Folglich sind die AST, vor allem wenn für sie die Prozess-Stufe 1 nicht oder nicht hinreichend gründlich und kreativ vollzogen wurde, für anspruchsvolle Problem-Lösungen in der Praxis anfänglich wenig ausgewogen orientiert, ausgereift, präzise und nicht selten bzgl. des Innovationsanspruchs „vergiftet“.

In der Praxis haben die gegebenen AST auf Grund des „inneren Dilemmas“ und aus dem Geschehen der Praxis resultierend eine sehr unterschiedliche Qualität, Ausprägung und Eignung. Sie sind für einen erfolgreichen, effizienten innovativen Problem-Lösungsprozess i. d. R. nicht geeignet, da sie

•    wenig klar, mehrdeutig, unvollständig, lückenhaft, nicht hinreichend fundiert sind,

•    zu enge oder ungünstige Zielsetzungen haben , 

•    zu wenig progressiv und zu starr am Alten festhalten,

•    die Widersprüche/ Hindernisse bzgl. ihrer Wirkungen und Ursachen unzureichend erkennen lassen,

•    den Kern des Problems nicht hinreichend treffen,

•    zu wenig die Wechselwirkungen zum Umfeld einbeziehen und

•    bzgl. ihrer Machbarkeit und Zweckmäßigkeit nicht ausreichend durchdacht sind.

•    spontan, übereilt, intuitiv anstatt gründlich methodisch-systematisch erarbeitet wurden.

Solche AST dürfen nicht unbesehen hingenommen werden. Ohne gründliche, methodisch fundierte Analysen zur Klärung, Präzisierung und Aufbereitung der AST werden die Fehler und Schwächen der AST oft erst spät im weit fortgeschritten Arbeitsprozess erkannt.

Ungestümes, übereiltes Handeln, spontanes, sprunghaften und planloses Vorgehen bei der Vorbereitung des Problemlösungs-Prozesses bewirken, dass

♦    die Lösungen zu wenig innovativ, attraktiv oder optimal sind, 

♦    sie Fehler enthalten und damit zu ungenügenden Ergebnissen führen,

♦    Terminverzögerungen entstehen oder ein Themenabbruch erforderlich wird,

♦    eine Kostenexplosion verursacht wird.

In diesem Sinne sind der Problem- und Aufgaben-Ermittlungs-Prozess und der Aufgaben-Aufbereitungs- und Präzisierungs-Prozess ein für den Erfolg sehr entscheidender Teil des PBP.

In der gängigen Literatur stehen diese Prozess-Stufen und die für sie wichtigen methodisch-systematischen Denk und Arbeitsweisen gegenüber den Kreativitätstechniken zur Ideenfindung leider deutlich im Hintergrund. Der notwendig, anfangs erhöhte Aufwand für die gründliche Analyse der AST ist für die Effizienz des PBP sehr nützlich, weil Fehler/ Schwächen in der AST, die erst im Problem-Lösungs-Prozess (PLP) erkannt werden, wesentlich größeren Schaden/Aufwand bewirken. 

Ziel und Gegenstand des Problem- und Aufgaben-Aufbereitungs-Prozesses

Ziel dieser Prozess-Stufe 2 ist es, die gegebene Aufgabenstellung mit der in ihr enthaltenen Problemstellung in eine präzisierte und danach in eine abstrahierte Aufgabenstellung zu überführen. Damit soll eine fundierte Basis für den PLP gewonnen werden.

Kernanliegen und Vorgehen der Prozess-Stufe 2 

Dieser Prozesse ist in vereinfachter Form durch die Arbeits-Stufen in Bild. 6.1 darstellbar: 

  Bild 6.1: Arbeitsstufen/Programmablauf zur Präzisierung von Aufgabenstellungen

Also:

1.     Bedarf und Problem klären, AST prüfen bzgl. Ursprung, Bedürfnis, Notwendigkeit, Zweckmäßigkeit.

2.     Einordnung des Problems und der AST in das Ganze, d.h. in das übergeordnete System/Obersystem.

3.     Zielsetzung und Anforderungsprofil präzisieren bzgl. Anspruch, der gefordeten Wirkung, der Klarheit, Lösbarkeit und Realisierbarkeit.

4.     Ist-Stand analysieren, und bekannte/ähnliche Systemlösungen identifizieren und analysieren bzgl. ihrer Eignung als Ausgangs-punkt für die Problemlösung. Trend, Perspektiven, Potential für die zukünftige Entwicklung abschätzen, z.B. Verfahren “S-Kurve“ nutzen /z.B. 12.3/.

5.     Defekte (Widersprüche, Hindernisse, Schwachstellen) ermitteln, analysieren, präzisieren.

6.     Teil-AST durch Zerlegen erkennen, präzisieren und ordnen, die zur Lösung des Problems gelöst werden müssen.

7.      Lösungsweg planen, z.B. mit einem Operationsplan, Arbeitsplan, Pflichtenheft/ Lastenheft.

8.      Lösungsrichtungen abheben, die in den Prozess-Stufen 1 und 2 erkannt wurden. Informationen für das Gewinnen der Suchfrage für die Problemlösungs-Stufe 3 als abstrahierte AST verdichten.

Ursprung der gegebenen Aufgabenstellung (AST):

Ausgangspunkt für das Präzisieren der AST im Problemaufbereitungsprozess ist die gegebene AST. Sie kann resultieren

o       aus den Ergebnissen einer systematischen Problemerkennung und Aufgabenfindung oder

o       direkt gegeben aus dem Geschehen der Praxis. 

Nach einer gründlichen Problemermittlung in Prozess-Stufe 1 gemäß Punkt 5.1, in der eine hochwertige erfinderische/ neuerungsgerechte Aufgabenstellung erarbeitet wurde, ist der Aufwand für das Aufbereiten und Präzisieren der Aufgabenstellung relativ niedrig. Auch in diesem Fall sollten jedoch die Arbeits-Stufen aus Bild 6.1 bearbeitet werden, da in der Regel

·   für die Lösungsrichtung, den Lösungsansatz noch nicht endgültig priorisierte Alternativen vorliegen,

·   die AST umfassender, detaillierter und konkreter analysiert, präzisiert und geplant werden soll,

·    aktuell oft neue Sichtweisen, Aspekte, Vorgaben, Erkenntnisse, Erfahrungen hinzukommen können, z.B. durch neue Teammit-glieder,

·    das Problemfeld sich verschoben haben kann und das Ganze somit noch nicht umfassend analysiert wurde.

Methodisches Vorgehen für den Problem- und Aufgaben-Präzisierungs-Prozess

Für diese, den Erfolg und die Effizienz des Lösungsprozesses maßgeblich prägende Prozess-Stufe 2 ist ein schrittweises, bewusstes, methodisch-systematisches Vorgehen notwendig. Das gilt besonders für komplexe Problem- und Aufgabenstellungen, wie sie in der Praxis vorliegen bzw. entstehen. Für die vertiefte Darstellung des methodisch-systematischen Vorgehens werden die Arbeits-Stufen in Bild 6.1 zur Detaillierung und Konkretisierung in Bild 6.2 durch die Arbeitsschritte 01 bis 012 untersetzt, durch Beispiele für typische Zwischenergebnisse ergänzt und durch methodische Hinweise und Erfahrungen in den Punkten 5.2.1 bis 5.2.9 vertieft. 

Die Darstellung in Bild 6.2 und die methodischen Hinweise beziehen sich mit den verwendeten Begriffen vor allem auf technisch-wissen-schaftliche AST. Dieses Vorgehen ist jedoch verallgemeinerungsfähig. Es ist in den letzten 40 Jahren für AST aller Art aus der Praxis für die Praxis in großer Breite und Vielfalt sehr erfolgreich genutzt worden. Das gilt uneingeschränkt für die verschiedensten Aufgabenklassen, Anwendungsbereiche und Disziplinen. Besonders bedeutende Effekte konnten für komplexe Aufgabenstellungen, die in interdisziplinärer Teamarbeit bearbeitet wurden, nachgewiesen werden.

5.2.1 Arbeits-Stufe 1: Bedarf und Problem klären, gegebene AST prüfen

Das Klären und Prüfen der gegebenen Problem- und Aufgabenstellung (Schritt 01 und 02) soll durch eine kritisch-progressive Analyse der Gegebenheiten und Ergebnisse des Aufgabenfindungsprozesses bzw. der gegebenen AST und der damit verbundenen Problemstellung vollzogen werden. Sie soll erfolgen aus der Sicht des Auftraggebers, des Auftragnehmers und des Bearbeiter-Teams in der aktuellen Situation durch gründliches Studieren, Recherchieren, Verstehen, Vergleichen und Einschätzen.

      Für das Klären des Bedarfs und des Problems ist zu fragen nach

►  den aktuell erkannten Defekten (Widersprüche, Hindernisse, Schwächen, Lücken), die zu lösen sind,

►  dem Anlass, dem Ursprung, der Notwendigkeit und der Dringlichkeit für die Problembearbeitung

►   den Bedürfnissen, dem Bedarf, den Trends, den entstandenen Veränderungen und Abweichungen,

►   der gegebenen Zielsetzung, den Anforderungen, Restriktionen und Vorgaben,

►  der angestrebten Wirkung und dem erwarteten Nutzen. 

Für Aussagen zur Zweckmäßigkeit der AST (Schritt 02) ist weiterhin in einem ersten Durchlauf progressiv, und vorausschauend abzuschätzen,

•        ob die AST vollständig und eindeutig ist und die notwendige Bedeutung im Gesamtrahmen hat,

•       ob das angestrebte Niveau der Problemlösung den Bedürfnissen entspricht,

•       ob unter den vorstellbaren Bedingungen die Machbarkeit (Lösbarkeit, Aufwand, Zeit) passen könnte,

•       ob mit anderen laufenden oder geplanten Projekten eine Abstimmung notwendig erscheint oder ob an ähnlichen Projekten gearbeitet wird.

In dieser Arbeits-Stufe ist außerdem abschließend zu klären, ob das Bearbeiter-Team optimal zusammengesetzt ist, d.h. auch, ob weitere Mitarbeiter/interdisziplinäre Experten sofort oder im Verlauf des Bearbeitungs-Prozesses ganz oder zeitweise hinzugezogen werden sollen.

5.2.2. Arbeits-Stufe 2: AST/ Problem einordnen in das Ganze, das übergeordnete System

Das Ganze ergibt sich aus der engeren und weiteren Umgebung des betrachteten Systems, für das die Neuerung generiert werden soll. Das Ganze kann durch das so genannte „übergeordnete System“ („Obersystem“, „Stakeholder“) dargestellt werden, in dem alle relevanten Systeme, Einflussgrößen und Interessen der Umgebung erfasst und bzgl. ihrer Wechselwirkungen analysiert werden (Bild 6.3).

Bild 6.3: Einordnung des betrachteten Systems  in das Übergeordnete System ( synonyme: Obersystem; Umfeld; das Ganze)

Die Einordnung in das Ganze wird erreicht, indem die Schnittstellen des betrachteten Systems, das die Neuerung betrifft, bzgl. ihrer wechselseitigen Wirkungen und Einwirkungen zum übergeordneten System markiert und untersucht werden. Dabei kann eine klare Abgrenzung durch die Definition der Schnittstellen des betrachteten Systems zur Systemumgebung gewonnen werden. Das ist in der Praxis oft ein vernachlässigter Schritt mit u.U. gravierenden Folgen.

So wird z.B. auch untersucht, welche Auswirkung die angestrebte Neuerung für die benachbarten Systeme haben könnte. Es kann an dieser Stelle auch erneut gefragt und erkennbar werden, ob durch Änderungen im übergeordneten System eine Umgehungsaufgabe günstiger und mit besserem Ergebnis lösbar ist oder ob und welche Unverträglichkeiten die angestrebte Neuerung mit dem übergeordneten System bewirken kann.

5.2.3. Arbeits-Stufe 3: Zielsetzung und Anforderungsprofil präzisieren

Das Präzisieren der Zielsetzung ist die Fortsetzung/Vertiefung der diesbezüglichen Arbeiten und Ergebnisse in den Arbeitsschritten 1 und 2 des Problemermittlungs-Prozesses (Bild 4.2.) auf einer konkreteren Ebene mit direkterer Lösungsorientierung.

Zielinformationen für das Präzisieren der Zielsetzung:

1.     Zielinformationen zum zu entwickelnden Objekt/System:

♦    Art, Zweck, Nutzen des zu entwickelnden Objektes/Systems bzw. der Problemlösung,

♦    Funktionsbeschreibung der angestrebten Systemlösung durch die stofflichen, energetischen, informationellen Inputs und Outputs sowie der raumbezogenen, wirtschaftlichen, sozialen u./o. humanen Aspekte. Dabei sind die Schnittstellen und Wechselwirkungen zwischen dem betrachtetem System und den Systemen und Einflussgrößen der Umgebung einzubeziehen.

♦     Anforderungsprofil (Anforderungen, Vorgaben, Restriktionen, Umstände, Neben-wirkungen), das für das zu entwickelnde System im Nutzungsprozess und den nachfolgenden Lebensstufen des Innovationsprozess (Bild 1) gelten solle bzw. zu berücksichtigen ist.

2.     Zielinformationen für den Entwicklungsprozess des Objektes:

♦     Inhalt, Umfang, Qualitätsmerkmale, Darstellung für das Ergebnis des Entwicklungsprozesses.

♦     Anforderungen, Vorgaben, Umstände für den Entwicklungsprozess, z.B. zu Kosten, Terminen, Personal, Kapazitäten, Verfügbarkeiten, Nebenwirkungen, Darstellungsweise der Ergebnisse.

Das Anforderungsprofil

Das Anforderungsprofil soll in diesem Schritt ausgehend von den Ergebnissen zu Punkt 5.1.6 „ Ermittlung der Sollkenngrößen“ weiterent-wickelt und präzisiert werden. Für neuerungsgerechte/erfinderische Aufgabenstellungen sind vor allem hohe, attraktive Ziele mit einem anspruchsvollen Anforderungsprofil für innovative Lösungen zu stellen. An dieser Stelle und auch später in der Lösungsphase ist das Variieren durch Zuspitzen oder Abschwächen des Anforderungsprofils in dem Variationsfeld nach Bild 5 ein sehr wichtiger Schritt zum Finden einer anspruchsvollen Zielsetzung mit großem Neuheits- und Erfüllungsgrad und realistischer Lösungs- und Umsetzungschance.

Die Anforderungen und Vorgaben sind gemäß Arbeitsschritt 05 in Bild 6.2 für alle Lebensstufen des Innovationsprozesses zu ermitteln und sollen alle relevanten Aspekte (z.B. funktionelle, technische, organisatorische, gesetzliche Aspekte) erfassen. Sie sind auf ihre Wirkung, Ursachen, äußeren und inneren Widersprüche und Wechselwirkungen, Verträglichkeit und Bedeutung zu untersuchen und nach ihrer Rangfolge zusammenzustellen. Hierbei ist zu entscheiden, welche Anforderungen zwingend zu erfüllen sind und welche möglichst beachtet werden sollen oder nur Wünsche darstellen.

5.2.4     Arbeits-Stufe 4: Ist-Stand erarbeiten, analysieren

Analysen und Recherchen für den Ist-Stand

Mit dem Erarbeiten des Ist-Standes soll durch Analyse und Recherchen bestimmt werden was zum Lösen des Problems gegeben, vorhanden, bekannt, fraglich ist, wovon ausgegangen werden kann, was fehlt und berücksichtigt werden muss und welche Trends, Perspektiven und Entwicklungspotentiale erkennbar sind.

Wenn ein gründlicher Problemermittlungs-Prozess vorausgegangen ist, werden die Ergebnisse vor allem aus den Arbeitsschritten 1 und 3 bis 6 der Prozess-Stufe 1 (Bild4.2) aufgenommen, verinnerlicht, kritisch verarbeitet und in aktueller Bearbeitungssituation ergänzt und präzisiert. Sollte keine oder eine unzureichende Problemermittlung und Aufgabenfindung vorher erfolgt sein, so ist jetzt eine umfassende und vertiefte Recherche und Analyse notwendig.

Mit den Recherchen zum Ist-Stand sind bekannte u./o. ähnliche Systemlösungen zu identifizieren und das Schrifttum, die Patentlite-ratur, Standards, Gesetze, Lösungskataloge, Trends, Potentiale, die Marktsituation und der Welthöchststand zum Objektbereich auszuwerten (siehe Arbeitsschritt 06 in Bild 6.2).

Mit der Analyse des Ist-Standes werden die bekannten und ähnlichen Systeme, Patentlösungen sowie Erkenntnisse aus der Fachliteratur mit dem Ziel untersucht, das Wissen und den Erkenntnisstand verfügbar zu machen und den Ausgangspunkt für die Lösungsfindung zu gewinnen. Für diese Analysen eignen sich die Black-Box-Analyse, Systemanalyse, Funktionswertfluss-Analyse und die fehlerkritische Analyse /8; 16; 26; 27/.

Die Black-box-Analyse

Die Black-box Analyse ist in diesem Arbeitsschritt oft vorteilhaft. Mit ihr werden die für den Innovationsprozess relevanten Betrachtungs-bereiche/Prozesse als Systeme mit dem allgemeingültigen Frageschema gemäß Bild 7 ganzheitlich analysiert. Zu analysieren sind die folgenden Prozesse, die sogenannten Betrachtungsbereiche /12.2/

►    in dem die entwickelte Problemlösung realisiert werden soll (Realisierungsprozess) ,

►    in dem die realisierte Problemlösung genutzt werden soll (Nutzungsprozess),

►    die dem Nutzungsprozess vorgelagert, nachgelagert sind und parallel zu ihm verlaufen,

►    in denen die Ergebnisse des Nutzungsprozesses verwendet/ benötigt werden.

Bei der Analyse dieser Betrachtungsreiche ist bei komplexen Problemstellungen für jeden Betrachtungsbereich zu fragen nach

o       Eingangsgrößen (E),

o       Ausgangsgrößen (A),

o       Umständen (U),

o       Nebenwirkungen (N),

o       den zu erfüllenden Anforderungen und

o       nach dem Verfahren bzw. der Operationsfolge und der Zustandsfolge für die Transformation von E nach A sowie

o       nach den Einwirkungen (Operatoren) und Mitteln, mit welchen die Operationen und Zustandsänderungen realisiert werden sollen (Bild 7).

Wichtige Informationen und Erkenntnisse können mit dieser Analyse sowohl zum Ist-Zustand als auch zum Soll-Zustand gewonnen werden. In /12.2/ und /26/ ist dieses Vorgehen detailliert dargestellt. Bei einfacheren Problemstellungen kann mit den bekannten 7 W-Fragen vereinfacht gearbeitet werden /8/--> s. auch vorn 5 W Fragen.

Die Ergebnisse der Analyse und Recherche ermöglichen das tiefere Verstehen des Problems, das Erkennen und systematische Darstellen vorhandener/bekannter u./o. analoger Strukturen, von denen ausgegangen werden kann, ihrer Funktion und Wirkungsweise, ihren Merkmalen, Kenngrößen sowie der für sie geltenden Anforderungen und Restriktionen. Sie können die Defektanalyse und damit die Widerspruchsanalyse sowie die Bildung von Teilaufgaben fachlich fundiert vorbereiten.

5.2.5 Arbeits-Stufe 5: Defekte ermitteln, analysieren, präzisieren

Das Erkennen, Analysieren und Präzisieren der Defekte (siehe Definition Defekt in Punkt 5.1.4) ermöglicht das Ableiten der Teil-Aufgabenstel-lungen (Teil-AST), die im PLP gelöst werde müssen. Für das Ermitteln der Defekte wird ausgegangen von der Defektermittlung in der Prozess-Stufe 1 (Punkt 5.1.4) und von den Ergebnissen der Ist-Stands-Analyse in Punkt 5.2.4.

Sie wird aktuell durch die Differenzanalyse zwischen der präzisierten Zielsetzung und dem aktuellen Ist-Stand in der Regel konkreter fortgesetzt /12.2/. Kurz: Es ist ein überschaubares Gesamtbild zu erarbeiten, dass sowohl detailliert und umfassend ist als auch den Überblick sichert. Dazu sind nachfolgende Hinweise dienlich.

Mit der Defektanalyse ist zu klären, welche Systemmerkmale (Systemverhalten und- zustand, Funktion, Verfahren (Operationsfolgen), Strukturkomponenten mit ihren Verknüpfungen, Wirkpaarungen, Effekten, Kenngrößen u./o. Eigenschaften des Systems und der Umgebung) hinsichtlich der Zielsetzung und dem Anforderungsprofil in welcher Weise nicht verträglich/widersprüchlich sind, die Erfüllung der Zielsetzung einschränken oder verhindern, unzulässige oder unerwünschte Effekte oder Wirkungen verursachen.

Davon ausgehend sind die erkannten Defekte (Widersprüche/Hindernisse sowie Schwachstellen, Lücken, Mängel) detailliert zu strukturieren und zu präzisieren. Es sind ihre Ursachen, Wirkungen, Wirkketten und Zusammenhänge zu klären. Mit diesen Ergebnissen können die Teilaufgabenstellungen (Teil-AST) abgeleitet und präzisiert werden, die zur Erlangung der Zielsetzung zu lösen sind. Wichtig ist es auch, in diesem Schritt die Starkstellen zu erkennen und die grundlegend unzulässige Änderungen am System und dem Anforderungsprofil zu ermitteln und zu beachten.

 5.2.6 Arbeits-Stufe 6: Teilaufgabenstellungen (Teil-AST) ableiten und ordnen

Problemorientierte, komplexere Aufgabenstellungen müssen für den fortschreitenden Bearbeitungsprozess zur Vorbereitung der Lösungsphase in solche Teil-AST zerlegt werden, die zur Erlangung der Zielsetzung gelöst werden können.

Das Zerlegen der Gesamt-Aufgabenstellung in lösbare Teil-AST

Die Gesamt-Aufgabenstellung für die Bearbeitung des Gesamtproblems wird durch die Präzisierung der Defekte so strukturiert und transparent, dass eine Zerlegung in Teil-AST gemäß dem vereinfachten Modell in Bild 8 möglich wird.

Bild 8:

Dabei können Teil-AST entstehen,

►     die durch ein Teilproblem geprägt sind und für die eine völlig neue Lösung als Problemlösung generiert werden muss, z.B. eine Widerspruchslösung erfordern (T-AST 3 in Bild 8),

►     die Schwachstellen, Lücken, Mängel zum Gegenstand haben und die durch Weiterentwicklung, Verbesserung (z.B. TF 3.1) oder durch die Wiederverwendung (z.B. T-AST1; n) bekannter Systemlösungen als Aufgaben mit den bekannten Verfahren und dem Wissen der Branche gelöst werden können (Bild 8).

Diese Teilprobleme und Aufgaben werden als Teil-AST in einer ersten Präzisierungsstufe aufbereitet. Je nach Charakter und Komplexität der Gesamt-Aufgabenstellung und der Teil-AST der ersten Zerlegungsstufe kann es notwendig sein, problemhaltige, noch ‚zu komplexe’ Teil- AST in einer weiteren Präzisierungs-Stufe zu zerlegen und zu präzisieren, z.B. Teil-AST 3 in der 2. Zerlegungsstufe in Bild 8.

Das Zerlegen soll so lange erfolgen, bis überschaubare und in der Lösungsphase bearbeitbar erscheinende Teil-AST gebildet sind. Es ist allerdings zu beachten, dass eine weitere Problemzerlegung oft erst in der Problemlösungsphase zweckmäßiger ist, so wie im Modell in Bild 8 bei der Teil-AST 3.4 skizziert. Für ein geeignetes, erfolgversprechendes Zerlegen soll der Prozess für die Lösung der Teil-AST und ihre Synthese zur Gesamtlösungen möglichst vorausschauend im Blickfeld sein. 

 Bild 8: Zerlegen von Aufgabenstellungen in Teil-AST (Teilprobleme und Aufgaben) und die Dekomposition, Konkretisierung und Komposition im PLP

Identifikation und Ordnen der lösungsrelevanten Teil-AST

Für komplexe AST ist es - wie oben erläutert - typisch, dass nicht alle Teil-AST Probleme enthalten und dass die angestrebte Neuerung im Kern durch die innovative Lösung nur einer bzw. weniger Teil-AST u./o. durch neuartige Kombinationen dieser erreichbar ist. In diesem Sinne sind die Teil-AST nach ihrer Bedeutung und Wirkung für die Innovation sowie nach fachlichen, organisatorische und sonstige Aspekten einzuschätzen und zu ordnen, um für das Vorgehen die Schwerpunkte zu erkennen. Dazu eignet sich z.B. das Ordnungsschema in Bild 6.2 Schritt 09. 

Das Zerlegen der Teilprobleme und das Bilden der Teil-AST erfordern besonders viel Problemlösungsumsicht, schöpferische Orientiertheit, analytisches und vorausschauendes Denken, Flexibilität, aber auch ebenso zwingend Sachkompetenz und interdisziplinäre Teamarbeit. Die Methodenanwendung zur Unterstützung einer methodisch-systematischen Arbeitsweise hat sich bewährt.

5.2.7 Arbeits-Stufe 7 - Lösungsweg entwickeln, planen

Die Planung des Lösungsweges hat das Ziel, das geeignete Vorgehen zu konzipieren (Operationsplan), die wirksamsten Methoden für die Arbeitsschritte auszuwählen, den Arbeitsplan für den PLP zu erarbeiten und das Pflichtenheft zu erstellen.

Der Operationsplan

Der Operationsplan gemäß Schritt 10 in Bild 6.2 soll den Lösungsweg für die zu bearbeitenden Teil-AST und das strategisch-methodische Vorgehen als einen ersten Ansatz liefern und muss dafür darstellen und berücksichtigen:

•     die fachlich-inhaltliche bedingte Reihenfolge und die Wechselwirkungen der Teil-AST,

•     die Bedeutung der Teil-AST für den Zugang zur Lösung,

•     den geeignete Ausgangspunkt und problemspezifischen Prozessablauf für den PLP,

•     die Lösungsstrategie, nach der im Lösungsprozess ausgehend von den Prozess-Modell vorgegangen werden soll,

•     die geeigneten Methoden für die Arbeitsschritte

Es wird z.B. damit geklärt und beachtet, welche Teil-AST nacheinander und zeitparallel bearbeitet werden können, welche Schnittstellen bzw. Wechselwirkungen zwischen den Teil-AST relevant sind, welche Teil-AST den größten Schwierigkeitsgrad und die meisten Wechselbeziehungen haben und welche für den Zugang zur Lösung am wichtigsten sind. In diesem Schritt sollen auch die  Methoden ausgewählt werden, die für die Bearbeitung der Teil-AST geeignet sind.

Mit diesen Ergebnissen können Alternativen für den Lösungsweg konzipiert werden, aus denen der erste Ansatz für den Lösungsweg ausgewählt wird.

Der Arbeitsplan

Der Arbeitsplan in Schritt 11 soll ausgehend vom Operationsplan die Aktivitäten/Arbeitsschritte und angestrebten Zwischenergebnisse, den erwarteten Aufwand, den Arbeitskräftebedarf, die notwendige materiell-technische Basis, den Zeitplan, die erwarteten Kosten und die Verantwortlichkeiten so weit wie möglich vorausschauend quantifiziert abschätzen.

Hier geht es um eine orientierende Grobplanung, die im Lösungsprozess bei Bedarf durch eine Feinplanung „fließend“ präzisiert und vertieft werden kann. Mit diesem Arbeitsplan kann die Kontrolle der Zwischenergebnisse sowie die laufende Aktualisierung der Vorgehensweise und aller Planungsdaten unterstützt werden. Für die Umsetzung sind die Methoden des Projektmanagements nutzbar.

Das Pflichtenheft/Lastenheft

Das Pflichtenheft kann mit den bisher gewonnenen Daten und den relevanten Richtlinien der verschiedenen Fachgebiete erstellt werden und sollte vor Beginn jedes PLP vorliegen. Mit dem Pflichtenheft ist die präzisierte AST umfassend erklärt und beschrieben.

Dieser am Anfang als groß empfundene Aufwand ist eine sehr wirksame „Investition“ für die Effizienz und die Ergebnisqualität des gesamten Problembearbeitungs-Prozesses. Diese These hat sich in der Praxis 100-fach bestätigt.

Nachdem in der Problemaufbereitungsphase sehr detailliert und konkret gearbeitet wurde, müssen nun zur Vorbereitung des Lösungs-prozesses die Kerninformationen für die Lösungsfindung verdichtet werden.

5.2.8 Arbeits-Stufe 8 - Lösungsrichtung abheben, Suchfrage für die Lösungsfin-dung vorbereiten

Zum Abschluss der Problem- und Aufgabenpräzisierung (Prozess-Stufe 2) sollte vom Bearbeiter-Team der Erkenntnisstand zur Vorbereitung der Problemlösungs-Stufe 3 als abstrahierte Aufgabenstellung gemäß Bild. 6.1 Arbeitsstufe 8 und Bild 10, Schritt S2 verdichtet werden. Dafür sollen dargestellt werden:

►        Die Lösungsrichtungen und Lösungsansätze, die in den Prozess-Stufen 1 und 2 entstanden sind.

►        Die bekannten/ähnlichen Systemlösungen, die als Ausgangspunkt für das Finden der gesuchten Problemlösung geeignet erscheinen. Zum Gewinnen des Ausgangspunktes sollen diese Systemlösungen gemäß der Entwicklungs-Stufen I bis VII in Bild 10 und 12 schrittweise abstrahiert werden, bis durch Identifikation ein Lösungsansatz erkennbar wird.

►        Die Verdichtung der gewonnen Informationen zur Formulierung der Suchfrage.

5.3. Prozess-Stufe 3 - Der innovative Problem-Lösungs-Pro-zess (PLP)

5.3.1Struktur und Merkmale des kreativen PLP

Die Struktur

Die Struktur bzw. der Ablauf für den PLP wird durch Phasen, Entwicklungs-Stufen, Arbeitsschritte, Zwischenergebnisse, heuristische Methoden und Prinzipien dargestellt.

In Bild 9 und 10 wird ein allgemeines Prozessmodell am Beispiel der repräsentativen Aufgabenklasse „Entwicklung technischer Gebilde und Verfahren“ durch vier Phasen, 8 Entwicklungs-Stufen und die zugehörigen Zwischenergebnisse vorgestellt und in den Punkten 5.3.2 bis 5.3.5  diskutiert.

 Bild 9: Phasen, Entwicklungs-Stufen und typische Zwischenergebnisse des Problem-Bearbeitungs-Prozess (PBP) am Beispiel "Entwicklung innovativer technischer Systeme" (Bild noch in grafischer Barbeitung - erreichen klarer Schrift - kommt neu demnächst)

Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass fallspezifische Prozessstrukturen allein mit der sequentiellen Darstellung der Phasen, Entwicklungs-Stufen und Arbeitsschritte auf Grund der schon aufgeführten vielfältigen Einflussfaktoren nicht hinreichend spezifisch abgebildet sind. Dieses vereinfachten Struktur-Modell und die Merkmale vermitteln jedoch die relevanten Informationen für die Abläufe des PLP. Es unterstützt die Strategiebildung für das Vorgehen im konkreten Fall und bietet die systematische Zuordenbarkeit und Anwendung für heuristische Methoden, innovative Prinzipien sowie methodischen Regeln.

Die Merkmale des PLP

Die Merkmale ergeben sich aus den Gesetzmäßigkeiten zur Entwicklung von Problemlösungen. Der PLP ist geprägt durch den Übergang 2 (Bild 2.2) vom Zweck zum Mittel bzw. von einer zu erfüllenden Funktion eines Systems zu einer ziel- und anforderungsgerechten Struktur für das System und damit zur gesuchten Problemlösung.

Bild 10: Der PBP mit dem Vorgehen vom Konkreten zum Abstrakten im Problemaufbereitungsprozess (S0-S2) und vom Abstrakten zum Konkreten im Problemlösungs-Prozesss mit den Operationen Op 1 bis 8 in den Entwicklungsstufen

Die Struktur bzw. der Ablauf des Übergangs 2 im PLP wird durch verschiedene Merkmale und Grundsätze beeinflusst. Sie ist dadurch mehrdeutig, vielschichtig, verzweigt, hierarchisch, verschiedenartig, netzartig strukturiert.

Die Grundstruktur des PBP und damit die Prozess-Modelle werden durch folgende Merkmale/Grundsätze bestimmt und modifiziert:

►Er ist unbestimmt und mehrdeutig. Das wird durch die Gesetzmäßigkeiten des Übergangs Ü2 in Bild 2.2 verursacht. Die Übergangswahrscheinlichkeit vom Zweck zum Mittel ist deutlich kleiner 100%. Es kann eine sehr große Lösungsvielfalt gebildet werden, deren Zielerfüllung unbestimmt/offen sein kann.

►Er verläuft schrittweise,

oaufsteigend nach den Entwicklungsstufen vom Abstrakten zum Konkreten, d.h. von der Suchfrage zur gesuchten konkreten Lösung (Bild 10)

o oder umgekehrt vom Konkreten zum Abstrakten und danach wieder aufsteigend zur gesuchten konkreten innovativen Lösung.

►Er beginnt in der Praxis oft mit dem Konkreten, z.B. mit bekannten oder vergleichbaren Lösungen, und verläuft davon ausgehend schrittweise zum Abstrakten bis zur Findung eines zweckerfüllenden Lösungsansatzes als Ausgangspunkt für das Aufsteigen zur gesuchten konkreten innovativen Problemlösung (Bild 12). Der Prozess zur Findung des Ausgangspunktes kann und soll schon im Übergang 1 mit den Prozess-Stufen 1 und 2 bis hin zur abstrahierten Aufgabenstellung beginnen.

►Er kann somit unterschiedliche Ausgangspunkte haben, die davon abhängen, welche Objekte und Probleme Gegenstand sind, welche Vorgaben bestimmend sind und welche Lösungsansätze aus dem Bekannten für welche Entwicklungs-Stufe als Ausgangspunkt der Lösungsfindung in den Prozess-Stufen 1 und 2 abgeleitet werden konnten (Bild 12).

►Seine allgemeingültige Arbeitsschrittfolge in den Entwicklungs-Stufen des PLP wird durch die allgemeingültigen System-merkmale der zu entwickelnden Systemlösungen maßgeblich bestimmt. Beispiele für relevante Systemmerkmale enthält Bild 11.

►Er verläuft durch Zerlegen des Ganzen in Elemente, über das Konkretisieren der Elemente durch Lösungsbildung und durch Komposition zum Ganzen auf einer höheren Entwicklungsstufe (Bild 13),

►Er ist durch die Dualität von Varianten-Bildung und Varianten-Einschränkung in allen Entwicklungsstufen geprägt. Sie fördert die Wahrscheinlichkeit nah an das Lösungs-Ideal zu kommen, verhindert eine nicht gewollte sinnlose Ideenflut und ermöglicht damit die Konzentration auf die Erfolgschancen. (Bild14).

►Er ist durch invariante gedankliche Tätigkeiten bei geeigneter Abstraktion geprägt, die sich in den Entwicklungs-Stufen wiederholen können. Das ermöglicht die Ableitung eines invarianten „Lösungs-Moduls“ für den PLP (Bild 10 und 18). Die invarianten Arbeitsschritte unterstützen für die Entwicklungs-Stufen die sich wiederholende Zuordnung und Anwendung der heuristischen Methoden.

►Er hat seinen kreativen, lösungsrelevanten Schwerpunkt in der Phase 3.2 „Lösungsfindung“ gemäß Bild 9 bzw. im Abschnitt „Durchführung der Lösungsbestimmung“ gemäß Bild 18/OP 4. Hier muss die gesuchte überraschend neue, noch nie dagewesene, anspruchsvolle Lösungsidee/das Lösungs-Konzept generiert werden.

►Die Lösungsfindung ist eng mit den Vorbereitungs- und Nachbereitungs-Operationen verknüpft. Sie haben maßgeblichen Einfluss auf das Ergebnis, die Neuheit und Effizienz der Lösungsfindung.

►Er kann kreativ und effektiv gestaltet werden, durch eine systematische Vorbereitung und die volle Konzentration auf den entscheidenden kreativen Lösungsschritt. Das wird unterstützt mit der bewussten Anwendung der methodisch-systematischen u./o. intuitiven Vorgehensweisen und ihrer Symbiose sowie durch die Nutzung der innovativen Lösungsprinzipien, von inspirierenden Katalogen /5; 8; 24; 31; 12.4; 32; 33/ und methodischen Regeln.

►Er ist hierarchisch strukturiert auf Grund der hierarchischen Struktur der Objekte, Systeme (Bild 15),

►Er kann durch Substitutionen strukturiert werden. Vor allem durch Merkmale zu relevanten Zwischenergebnissen (Bild 9 und 18), Programmablaufpläne (Bild 16), heuristische Methoden/8; 15; 20; 27/, die je nach Bearbeitungssituation den Arbeitsschritten zugeordnet werden können (Bild 17).

Diese Merkmale bzw. Grundsätze bewirken in ihrer praktischen Symbiose problemspezifische  Abläufe/Strategien für den PLP. Durch ihre bewusste und schöpferische Anwendung kann in Abhängigkeit der Ergebnisse der präzisierten Aufgabenstellung und durch die Nutzung des erreichten Erkenntnisfortschritts die problemspezifische Strategie für den Ablauf des PLP schrittweise im Sinne einer „fließenden Gestaltung des Lösungsweges“ gewonnen werden.

Die Merkmale werden unter Punkt 6 am Beispiel der Aufgabenklasse „Entwicklung technischer Gebilde und Verfahren“ diskutiert. Diese Grundsätze gelten auch für andere Aufgabenklassen im Gültigkeitsbereich „Entwicklung von Systemen“/25; 28;/, z.B. für die Wirt-schaft, Organisation und Logistik, aber auch allgemein für Konzepte, Strategie, gedankliche Verfahren, Programmsysteme, Algorithmen u. a.

5.3.2Die Orientierungs-, Konzentrations- und  Abstraktions-Phase des PLP

Das Wesen und die Anforderungen an die Suchfrage:

In dieser Phase wird angestrebt, die inhaltliche Orientierung, die Lösungsrichtung und den Ausgangspunkt für den Problemlösungs-prozess unter Nutzung der Vorarbeiten abschließend fundiert zu finden (Bild 9, Phase 3.1, Zwischenergebnis Z3). Das kann erfolgen z.B. durch eine  Vision, Vorstellungen zur „idealen Lösung“ u./o. durch das Suchen möglicher grundlegender Lösungs- und Realisierungsgrund-sätze/Ansätzen, z.B. abgeleitet aus bekannten oder analogen Lösungen.

Bild 10: Der PBP mit dem Vorgehen vom Konkreten zum Abstrakten (S0-S2) im Problem-Aufbereitungs-Prozess und vom Abstrakten zum Konkreten im Problem-Lösungs-Prozess mit den invarianten Operationen OP.1 bis OP.8 für die Entwickungs-Stufen I bis VII

Davon ausgehend soll eine kreative Suchfrage, z.B. mit einem Soll-Satz, verständlich verdichtet sowie prägnant und herausfordernd formuliert werden.

Die Suchfrage ist das auslösende Element, das „Sprungbrett“ für den PLP. Sie enthält nicht nur die Lösungsrichtung, sondern bestimmt auch die Lösungsfeldbreite.

Die Suchfrage soll aus der Datenfülle der präzisierten AST und den schon erkannten, eventuell noch latenten Lösungsansätzen und Ideen durch Konzentration auf den lösungsbestimmenden Kern und durch geeignete Abstraktion abgeleitet werden. Dazu sollen in der aktuellen Bearbeitungs- und Erkenntnissituation folgende Schwerpunkte der Stufen 1 und 2 verarbeitet werden:

•Zielsetzung, Anforderungsprofil, zu erfüllender Zweck oder zu erfüllende Hauptfunktion.

•Problemkern, eventuell erkannte Teilprobleme mit den Ursachen und Wirkungen.

•Der Hauptwiderspruch, vor allem bzgl. der technischen, naturgesetzlichen Zusammenhänge.

•Relevante Funktions- u./o. Strukturmerkmale der Problemstellung bzw. des Systems

•Lösungsrichtungen, Ansätze, Ideen aus vorgängigen Überlegungen der Prozessstufen 1 u. 2.

Diese Informationen bilden die Basis für die Ableitung der Suchmerkmale und die schöpferische Entwicklung der Suchfrage. Die Suchfrage kann

•  dargestellt sein als technische Gesamtfunktion einschließlich der lösungsrelevanten Anforderungen,

•dargestellt sein als Soll-Satz, der den Zweck und die Anforderungen der angestrebten Lösung beschreibt,

•dargestellt sein als „ideale Lösung“, z.B. Beschreibung des Endresultates, das man sich wünscht (“Zauberstab“).

•Als Ausgangspunkt für den PLP gebildet werden, der aus der Abstraktion von konkreten bekannten Lösungen als Gebilde- oder Verfahrensstruktur abgeleitet wurde.

Die Suchfrage kann als Variable aufgefasst werden, für die geeignete Lösungs-Varianten zu suchen u./o. zu generieren sind.

Der Suchraum und das Lösungsfeld

Die Suchfrage soll so gestaltet werden, dass im Lösungsfeld mehrere Lösungsalternativen gefunden, erwogen und verglichen werden können. Die Art und Zahl der angestrebten Lösungsvarianten soll vor allem einen hohen Neuheits- und Erfüllungsgrad versprechen. Dabei soll aber auch der Aufwand für die Lösungsfindung beherrschbar bleiben. Dies kann erreicht werden durch eine wechselnde Erweiterung und Einschränkung des Suchraums durch

•das schrittweise Zuspitzen, Vereinfachen, Verfremden („Brennglasfunktion“) oder das Einschränken durch Konkretisieren, z.B. mit Erfahrung, Systematik, Schätzung, Empirie,

•einen „naiven“ einfachen Sprachgebrauch, der frei von Fachtermini sein kann,

•das Idealisieren der Zielsetzung (IER) bis hin zu einer radikal, umwerfenden Orientierung und

•das Variieren der zu erfüllenden Anforderungen und zu beachtenden Restriktionen in dem Variationsfeld für die Kenngrößen des Sollzustandes nach Bild 5.

So führt z.B. eine Suchfrage mit hoher Konzentration und Abstraktion zu einem breiten Lösungsfeld mit einer größeren Wahrscheinlichkeit für einen hohen Neuheitsgrad. Die Suchfrage mit weniger herausfordernden Zielen, Anforderungen, Restriktionen und geringerer Abstraktion führt in der Regel mit einfachen Mitteln relativ schnell zu einfacheren, jedoch weniger überraschend neuen Lösungen.

Methodische Hinweise zur Gewinnung der Suchfrage:

Dieser sehr wesentliche Schritt erfordert Umsicht, Weitsicht, Konzentration auf das Wesentliche, systematisches analytisches Vorgehen, Abstraktionsfähigkeiten und nicht zuletzt Kreativität. Ausgehend von den Ergebnissen in Punkt 5.1.7 können folgende Fragen mit ¤ das Erarbeiten der Suchfrage unterstützen:

Diese Fragen sind fortführend auch für die Lösungsfindung in der Prinzip-Phase hilfreich.

¤Was ist das Entscheidende, Unverzichtbare der Zielsetzung und des Anforderungsprofils?

¤Wie lautet das Problem/ der Widerspruch, wenn Fachbegriffe vermieden werden? Wie kann die Darstellung vereinfacht werden?

¤Was geschieht, wenn das Problem/ der Widerspruch aus einem anderen Blickwinkel oder umgekehrt angegangen wird? Prüfe radikal umwerfende Ideen. Nutze dazu z.B. die Provokation, das „Quer-Denken“, das „um die Ecke-Denken“, das Formulieren des Paradoxons.

¤Worin bestehen der Hauptwiderspruch/das Hindernis, der Kern des Problems und welche Ursachen und Wirkungsweisen sind erkennbar?

¤Soll eine „ideale Lösung“, eine anspruchsvolle oder einfachere Lösung angestrebt werden?

¤Welche Lösungsgrundsätze/ Ansätze, Realisierungsprinzipien wurden für eine erfolgversprechende Lösungsfindung erkannt?

¤Sind geeignete Lösungsprinzipien in benachbarten oder analogen Bereichen erkennbar?

¤Bestehen Chancen für bessere Lösungen, wenn einschränkende Bedingungen/ Vorgaben schrittweise zurückgenommen werden oder Anforderungen zugespitzt werden?

¤Muss die Aufgabenstellung geändert werden?

¤Kann durch Änderungen in der Systemumgebung eine günstige Lösung gefunden werden?

 5.3.3     Die Prinzip-Findungs- und Bewertungs-Phase

Ziel und Ergebnis

Das Entwickeln/Finden von kreativen Lösungsprinzipien durch das Suchen, Generieren, Kombinieren, Variieren  neuerungsgerechter bzw. erfinderischer Lösungen ist der schöpferische Schwerpunkt des Problemlösungs-Prozesses. Es sollen ausgehend von der Suchfrage alternative, zündende Ideen und prinzipielle Lösungskonzepte für die Problemlösung gefunden werden.

Das Ergebnis bei der Suche von Objekt-Lösungen, z.B. für technische Systeme/Produkte, ist ein Gebilde-Prinzip (GP), das den Zweck/ die Hauptfunktion und die Hauptanforderungen erfüllt. Das GP wird dargestellt durch die qualitative bzw. abstrakte Beschreibung der funktions-relevanten Strukturelemente, ihrer Verknüpfungen und Anordnungen der gesuchten Systemlösung mit ihren relevanten funktionellen, geometrischen, stofflichen, räumlichen und informationellen Parametern/Eigenschaften.

Bei der Suche einer Problemlösung für gedankliche Verfahren, z.B. Algorithmen, oder einer Organisationslösung ist das Ergebnis eine Strukturdarstellung

o    eines Verfahrens-Prinzips (VP), dargestellt durch Operationsfolgen und die Zwischenergebnisse des Prozesses (Zustandsfolgen), oder noch konkreter

o    eines Funktions-Prinzips (FP), dargestellt als Blockschaltbild, d.h. die Verknüpfung der Funktionsträger (Teilsysteme, Untersystem) im Funktionswertfluss.

Die Strukturdarstellungen für die Lösungsprinzipien sind qualitativ. Nur in Sonderfällen werden relevante Parameter vorausgreifend quantifiziert. Das Ergebnis ist Ausgangspunkt für die Gestaltung, Quantifizierung und Ausarbeitung der Problemlösung.

Die Entwicklungsstufen und Arbeitsschritte

Die Struktur des vollständigen Prinzip-Findungs-Prozesses von der Suchfrage zum Lösungsprinzip ist im Allgemeinen gekennzeichnet durch die Entwicklungsstufen zur Findung

♦      des grundlegenden Lösungsansatzes (Grundidee),

♦      der funktionellen Strukturmerkmale, z.B. der Operations-und Zustandsfolgen des Systemprozesses

♦      der Elemente der Systemstruktur und ihren Verknüpfungen, z.B. der Gebilde-Struktur

Bezogen auf die Entwicklung innovativer technischer Systeme gelten relativ einheitlich die Entwicklungsstufen „Verfahrensprinzip (VP), Funktionsprinzip (FP) und Gebilde-Prinzip (GP)“ (Bild 9; 10). Diese Entwicklungs-Stufen sind jedoch in der Praxis seltener komplett zu durchlaufen.

Es können zwei grundlegende Wege von der Suchfrage zum Endergebnis unterschieden werden, z.B. wie in dem in Bild 16 dargestellten Prozessablauf. 

o    Es ist zuerst zu prüfen, ob aus bekannten oder analogen Bereichen geeignete Lösungsprinzipien GP; FP; VP für innovative Lösungen als Ausgangspunkt genutzt werden können. Das kann erfolgen durch das Lösen des Widerspruches zur Entwicklung neuer Lösungsprinzipien mit einer kreativen, eventuell extremen Struktur-Variation, z.B. durch das Austauschen, Hinzufügen, Verändern oder neuartige Kombinieren von Teilsystemen, Elementen, Verknüpfungen, Anordnungen, Parametern, Eigenschaften.

o   Wenn keine geeigneten Prinzipien VP; FP; GP als Ausgangspunkt gefunden werden, dann müssen sie über alle Entwicklungs-Stufen als völlige Neuentwicklungen erarbeitet werden.

Für die verschiedenen Arbeitsschritte zur Lösungsfindung in den Entwicklungs-Stufen gelten allgemein die Wege und methodischen Regeln für die Lösungsfindung in Punkt 6.2 (Fall 1 - 3 und in Punkt 7.2, AS 4.1 - 4.3).

Bei einer grundlegenden Neuentwicklung sind in jeder Entwicklungsstufe für die Widersprüche innovative Alternativen für Lösungsprinzipien zu entwickeln, zu bewerten sowie für die weitere Bearbeitung zu priorisieren.

Arbeitsschritte für die Entwicklungs-Stufen der Prinzip-Phase am Bsp. „Entwicklung technischer Systeme“

Die Verfahrensprinzip-Entwicklung VP (Entwicklungs-Stufe II im Bild10)

1.      Grundprinzip, Lösungsgrundsatz für die Realisierung der Gesamtfunktion/dem Zweck, bewusst machen, finden, formulieren (= der Realisierungsgrundsatz).

2.      Operationsfolge bzw. die Teilfunktionen (TF) und ihre Kopplungen ermitteln, mit denen der Übergang vom Input zum Output für das Realisieren der Gesamtfunktion erfolgen kann. Variantenbildung.

3.      Die widerspruchsrelevanten Operationen (Teilfunktionen) abgrenzen, analysieren und widersprüchliche Anforderungen und Gegensatzpaare ermitteln. Lösungsvarianten generieren.

4.      Die Zustandsfolge und Zustände des Prozessgegenstandes, z.B. Arbeitsgegenstand, durch Merkmale als Zwischenergebnisse erarbeiten (Input und Output der TF).

5.      Operatoren, d.h. Einwirkungen, Effekte ermitteln, die für die Realisierung der Operationen und die Bildung der Zwischenergebnisse geeignet sind, finden. Die techn.-naturgesetzlichen Wirkketten und Zusammenhänge klären und in einem Modell formulieren, vor allem für den Bereich, für den der Hauptwiderspruch identifiziert ist.

6.      Verfahrensprinzip-Alternativen aus den Ergebnissen der Schritte 1-6 generieren.

7.      Analyse, Bewertung, Priorisierung, Auswahl und Darstellung der gewählten VP-Varianten.

Die Funktionsprinzip-Entwicklung FP (Entwickl.-Stufe III im Bild 10)

1.     Effekte/Einwirkungen (naturgesetzlich, technisch) konkretisieren und präzisieren, welche für die Realisierung der Teilfunktionen und die Zustandsänderungen des Prozessgegenstandes geeignet sind.

2.     Funktionsträgervarianten ermitteln, z.B. als allgemeine Bauelemente, die die Effekte/ Einwirkungen erzeugen können. Funktionsträger sind durch ihre Ein- und Ausgangsgrößen gekennzeichnet und enthalten und bündeln die technisch-naturge-setzlichen Wirkprinzipien. Die Widerspruchsrelevanten Bereiche sind Schwerpunkt der Lösungsfindung.

3.     Verknüpfen der Funktionsträger im Stoff-, Energie- und Informationsfluss.

4.     Analysieren, Bewerten, Priorisieren und Darstellen der Lösungen, z.B. als Blockschaltbilder.

Die Gebilde-Prinzip-Entwicklung GP (Entwicklungs-Stufe IV im Bild 10)

1.     Arbeits- und Wirkungsweise der allgemeinen Bauelemente und des Gesamt-systems konkretisieren, vor allem für die wider-spruchsbestimmenden Teil-systeme.

2.     Allgemeine Bauelemente/Teilsysteme und Anordnungen qualitativ/abstrakt strukturieren bzgl. der funktionsentscheidenden funktionellen, geometrischen, stofflichen, räumlichen Parameter unter Berücksichtigung der funktionsrelevanten Anforderungen.

3.     Die Kopplungen zwischen den konkretisierten Bauelementen/Teilsystemen strukturieren durch Wirkpaarungen, Wirkkörper, Wirkflächen, Verbindungs-Elemente bzw. –arten.

4.    Synthese der Teilsysteme, Kopplungen und Anordnungen zu Gesamtsystem-Varianten und grafisches Darstellen als Gebilde-Prinzip.

5.     Modell für die Teilsysteme, ihre Kopplungen, Anordnungen mit den relevanten Parametern als Gesamtsystems erstellen, analysieren, Defekt- und Fehleranalyse durchführen und priorisieren.

6.     Funktionserfüllung für priorisierte Gesamtsysteme durch Funktions- und Defektanalyse sowie durch Modell-Manipulation zur Fehlererkennung prüfen. Defekte, vor allem Widersprüche identifizieren und Teil-AST zur Verbesserung der Lösungen ableiten. Bei Bedarf entscheidende Parameter vorweggreifend überschlagsmäßig quantifizieren.

7.     Problemlösungsvarianten verbessern.

8.     Problemlösungsvarianten gestalten und darstellen als Gebilde-Prinzip durch schematische Skizzen, z.B. symbolisiert mit Ikonen, Symbolen für die Strukturkomponenten (Elemente, Teilsysteme, Kopplungen) in ihrer räumlichen Anordnung.

9.     Bewerten der Varianten. Priorisierte Variante/en identifizieren.

10.   Prüfen der Schutzfähigkeit der neu gewonnen Problemlösungen.

Allgemeine System-Merkmale bestimmend für Arbeitsschritte

Bild 11: Allgemeine Systemmerkmale am Beispiel technischer Systeme  - stofforientiert

Die lösungsrelevanten Arbeitsschritte in den Entwicklungs-Stufen VP; FP; GP ergeben sich aus den allgemeingültigen System-Merkmalen der zu entwickelnden Systeme wie sie in Punkt 3 definiert wurden und den Ergänzungen in Bild 11. Das gilt sowohl für technische als auch für nichttechnische Systeme.

Damit sind die Arbeitschritte der Entwicklungs-Stufen bei geeigneter Abstraktion verallgemeinerungsfähig. Sie sind für technische Systeme in einem allgemeinen „Erzeugnis-Modell“ darstellbar /2.1; 12.1; 14; 15; 37/. Systemmerkmale, die das schrittweise Vorgehen bestimmen, sind in Bild 11 schematisch skizziert:

►   Die Gesamtfunktion als Black box mit ihren Ein- und Ausgangsgrößen.

►  Die Operationsfolge und die Zustandsfolge (Operanden) des Prozesses. Sie ergeben das VP.

►  Die Einwirkungen (Operatoren), welche die Zustandsänderung im Sinne der Teilfunktionen bzw. Operationen bewirken.

►   Die Mittel bzw. Teilsysteme, welche die Einwirkungen erzeugen und unerwünschte Wirkungen vermeiden sollen. Das sind die Funktionsträger mit ihren Ein- und Ausgangsgrößen, die als Black box mit ihren Verknüpfungen dargestellt werden. Sie ergeben das FP.

►  Die qualitative funktionelle, geometrisch-stoffliche und räumliche Strukturierung der Funktionsträger des FP, ihrer Kopplungen und Anordnungen. Die Strukturelemente und Kopplungen/Verbindungen werden schematisch dargestellt, z.B. wie oben gezeigt durch Ikone/Symbole als Gebilde-Prinzip.

Fließender Übergang von Prinzip-Phase zur Gestaltungs-Phase

Der Übergang von der Prinzip-Findung zur Gestaltung der Problemlösung ist in der Praxis durch Vorgriffe und Rückwärts-Schreiten etc. fließend.

Die fundierte Bewertung, Einschränkung und Auswahl der alternativen Lösungen aus der Prinzip-Phase erfordert mitunter vorausschauend die Quantifizierung funktionsrelevanter Teilsysteme und Parameter. Dieser Schritt wird in der Praxis vor der konkreten Systemgestaltung für die funktionellen Parameter und die wichtigsten Hauptforderungen vorgezogen und erlaubt rechtzeitig und effizient die Konzentration auf die aussichtsreichsten Lösungsprinzipien.

In der Gestaltungsphase wird die Entwicklung und Einschränkung einer großen Zahl von Lösungsalternativen wesentlich aufwendiger und schwieriger durch die zunehmende Detailliertheit und Konkretisierung, durch spezifischere Sachfragen sowie durch die Erweiterung des Anforderungsprofils.

In der Gestaltungsphase sind alle Anforderungen und Restriktionen der Lebensstufen des zu entwickelnden Objektes im Innovationsprozess (Bild 1) zu erfüllen.

5.3.4    Gestaltungs-, Quantifizierungs- und Detaillierungs-Phase

Schwerpunkte u. Unterschiede der Prinzip- u. Gestaltungs-Phase

In der Prinzip-Phase stehen vor allem im Mittelpunkt der mögliche Neuheitsgrad/die Erfindungshöhe und der Erfüllungsgrad/die Wirkungs-weise in der Anwendung der Problemlösung und damit die Chancen auf eine anspruchsvolle Innovation. In der Prinzip-Phase ist die Kreativität verknüpft mit einer methodisch-systematischer Denk- und Arbeitsweise und/oder Intuition sowie einem ausreichenden Wissen zum Sachverhalt besonders wichtig, so dass hier der kreative, problemlösende Aspekt der Schwerpunkt ist.

In der Gestaltungsphase sind die Parameter, Eigenschaften, Anforderungen für alle Strukturbestandteile der angestrebten Problemlösung bis ins Detail quantitativ zu gestalten und zu quantifizieren bzgl. der Funktionserfüllung, der Herstellbarkeit, Herstellungskosten, Qualität, und Lebensdauer sowie vorausschauend auch für alle Anforderungen aus den folgenden Prozess-Stufen des Innovationsprozesses. Kesselring /39/ hat z.B. für die Produktgestaltung einen Katalog mit 800 Anforderungen erstellt.

In der Gestaltungsphase sind vor allem Fachkompetenz, Fachwissen, Modelle, Muster, experimentelle Methoden, branchenspezifische Verfahren und Methoden, Fachinformationen und Erfahrungen für eine konkrete, erfolgreiche und abschließende Problemlösung erforderlich. Natürlich ist Kreativität bei der Gestaltung unverzichtbar. In diesem Sinn sollen die Phasen 3 und 4 nur kurz umrissen werden. 

Ausgangspunkt für die Gestaltungsphase ist das gewählte Lösungs-Prinzip. Das Endergebnis ist die vollständig detaillierte, quantifizierte, alle Anforderungen erfüllende und für die Realisierung geeignete Dokumentation des Lösungs-Prinzips, d.h. für technische Systeme das Gebilde-Prinzip.

Entwicklungs-Stufen der Gestaltungs-Phase

Die Gestaltung der konkreten Problemlösung ist in der Regel durch die Entwicklungs-Stufen Konzept (tK), Entwurf (tE), Detaillierung und Dokumentation (tD) strukturiert (Bild 9 und 10) [t = für techn.].

o       Das Konzept (Stufe V), in der Technik auch als technisches Konzept (tK) bezeichnet, liegt vor, wenn die funktionsrelevanten funktionellen, geometrischen, stofflichen, räumlichen, informationellen Parameter und Merkmale der Elemente, Wirkpaarungen, Verbindungen und Anordnungen für die wichtigsten Teilsysteme grob quantitativ gestaltet und quantifiziert sind. Bei Organisations-Lösungen sind es analog die Funktionsträger, die Arbeitskräfte, die Teamstruktur.

Die Konzepte werden durch Gestalten, Berechnungen, Muster/Modelle, einfache Experimente, Analysen in einem ersten Ansatz als Entwurf erarbeitet und auf Erfüllbarkeit der funktionsentscheidenden Parameter geprüft. Bei erkannten Defekten ist die weitere Verbesserung des Konzeptes durchzuführen. Auch hier können die Defekte Widersprüche enthalten, für die auf einer „niederen Hierarchieebene“ eine Problemlösung zu finden ist.

In dieser Entwicklungsstufe ist anzustreben, durch die Bewertung noch bestehender Alternativen die beste Problemlösung zu identifizieren, die in den folgenden Stufen ausgearbeitet werden soll, da der Bearbeitungsaufwand in den Folgestufen sprunghaft ansteigt. Bei wenig komplexen Problemen können die Konzept-Stufe und Entwurfs-Stufe integriert werden. Mit dem Ergebnis der Konzept-Stufe sollte die Schutzfähigkeit der Problemlösung erneut geprüft werden.

o       Der Entwurf (Stufe VI), in der Technik auch als technischer Entwurf (tE) bezeichnet, beinhaltet die quantitative Gestaltung und Quantifizierung der relevanten funktionellen, geometrischen, stofflichen, räumlichen Parametern und Eigenschaften für alle Funktionen (Neben- und Entstör-Funktionen), Teilsysteme, Kopplungen und Anordnungen und des Gesamtsystems. Mit dieser Erweiterung auf alle Teilsysteme, Parameter und Eigenschaften können neue Teilprobleme und Aufgaben erkannt werden, die hier in dieser Entwicklungs-Stufe zu lösen sind.

Mit der Gestaltung und Quantifizierung werden maßgebliche Festlegungen getroffen für die Funktionalität, die Herstellbarkeit, Montage, die Nutzung, Instandhaltung, das Recycling. Das Anforderungsprofil wird in diesen Entwicklungs-Stufen auf die Belange aller Lebensstufen des Innovationsprozesses erweitert. So sind hier z.B. alle Anforderungen vollständig zu ermitteln und zu berücksichtigen, die bestimmend sind bzgl. Form, Abmessungen, Werkstoff, Raum, Anordnung, Kopplungen und Herstellung, siehe z.B. /39/.

Für den vollständigen Entwurf ist eine fehlerkritische Analyse der erarbeiteten Lösungen notwendig. Außerdem werden oft Modelle/Muster, die Simulation und Manipulation für das Prüfen der relevanten Systemeigenschaften genutzt. Aus diesen Ergebnissen werden die bestehenden Defekte erkennbar. Aus diesen Defekten werden u. U. neue Teil-Probleme bzw. Teil- AST abgeleitet. Sie sind in dieser Ebene zu lösen, oft auch in gesonderten PLP. Mit dem auf diese Weise gereiften Entwurf kann in der folgenden Entwicklungs-Stufe die Detaillierung und Ausarbeitung begonnen werden.

o       Die Detailgestaltung und Ergebnisdokumentation (Stufe VII) beinhaltet die komplette, quantifizierte Detail- und Fein-Gestaltung und Dimensionierung aller Teilsysteme und für alle Parameter und Eigenschaften der Systemlösung unter Beachtung der Zielsetzung und des totalen Anforderungsprofils für eine funktionsgerechte, herstellungsgerechte, transport- und verpackungsgerechte, nutzungsgerechte, instandhaltungsgerechte, recyclinggerechte Ausführung und den dazu erforderlichen Dokumentationen und Anleitungen.  

5.3.4.    Verifikations- und Optimierungs-Phase

Notwendigkeit

Der Problemlösungsprozess ist erst erfolgreich und vollständig abgeschlossen, wenn die erarbeitete innovative Problemlösung die Zielsetzung und alle Anforderungen, Bedingungen und Restriktionen für alle Lebens-Stufen des Objektes hinreichend erfüllt und wenn eine geeignete Ergebnisdokumentation für den Realisierungs- und Nutzungsprozess vorliegt. Dieser Endzustand kann u. U. schon nach der Gestaltungs-Phase erreicht sein. Dann entfällt die Verifikations- und Optimierungs-Phase. Für komplexere technische Problemlösungen ist jedoch oft eine Prüfung der erarbeiteten Lösung unter Praxisbedingungen notwendig.

Verifikation

Die Verifikation der entwickelten Problemlösung hat das Ziel, mit Hilfe von Modellen, Mustern u./o. dem Original den Erfüllungsgrad des Zweckes, der Funktion, des Anforderungsprofils sowie das Verhalten, die Eigenschaften und Grenzwerte zu prüfen. Das kann erfolgen z.B. mit Simulationsmodellen, Funktions- und Fertigungsmustern, Pilotanlagen oder Prototypen, statistischen Auswertungen usw. In dieser kritischen Prüfung, die auch beim Nutzer in der Praxis erfolgen kann, sollen die noch bestehenden Defekte (Widersprüche, Schwachstellen, Mängel, Lücken) und offenen Fragen erfasst werden. Es ist bei der Verifikation auch abschließend zu prüfen, ob die Gesamt-Dokumentation vollständig, klar und eindeutig ist und ob sie den Erfordernissen und Wünschen für die Nutzung, Instandhaltung und das Recycling genügt.

Optimierung/Weiterentwicklung der Problemlösung

Zur Optimierung u./o. Weiterentwicklung der Lösung werden die erkannten Defekte als Teil-Probleme oder Teil-Aufgaben formuliert, präzisiert und ihrer Lösung zugeführt und danach in die Gesamtlösung integriert.

Verallgemeinerung d. Prozessabläufe u. methodischen Hinweise für die Prozess-Stufen 1 bis 3

Bei der Nutzung der methodischen Grundlagen der Aufgabenklasse „Entwicklung innovativer technischer Systeme“ für andere Aufgabenklassen zur Entwicklung innovativer Systeme hat sich immer wieder gezeigt, dass sie bei der Verwendung der jeweiligen Fachtermini und unter Beachtung der Spezifika der verschiedenen Fachgebiete wirksam anwendbar und verallgemeinerungsfähig sind.

Diese, bei entsprechender Abstraktion erkennbare und nutzbare Allgemeingültigkeit ist möglich, da das schrittweise Vorgehen für die Systementwicklung den Gesetzmäßigkeiten von Systemen folgt und die methodischen Grundsätze allgemeingültig sind.

Die systemwissen-schaftlichen Grundlagen für die Theorie von Systemen sind in /15; 16/ am Beispiel technischer Systeme dargestellt. Analog hierzu sind Modifikationen für andere Systemklassen mit den dargestellten Grundlagen möglich. In diesem Sinne ist das folgende Vorgehen allgemein typisch:

1.     Das Gewinnen einer innovativen Aufgabenstellung durch Klären des Problems, dem Hindernis/der Barriere/dem Widerspruch, die den Zugang zur Lösung versperren und durch problembezogene Akkumulation des notwendigen Wissens.

2.     Das kreative Generieren von Lösungs-Ideen u./o. –Konzepten durch methodisch-systematische Denk-und Handlungsweisen und/oder Intuition.

3.     Das Entwickeln von Lösungsentwürfen durch das weitere Strukturieren der Lösungsideen bzw. Konzepte mit Systemelementen, ihren Verknüpfungen und Anordnungen.

4.     Analyse der Lösungsentwürfe, ihre Bewertung und Auswahl durch Entscheidung

5.     Gestalten und Quantifizieren der ausgewählten Entwürfe bis zur vollständig detaillierten Ausarbeitung für die Realisierung und Verifikation im Nutzungsprozess.

6. Einfluss der Grundsätze/Merkmale des PLP auf Prozessablauf und Prozessmodell

Die Übersicht zu den Merkmalen/Grundsätzen werden in den folgenden Punkten 6.1 bis 6.6 diskutiert, um sichtbar zu machen, in welcher Weise sie die Grundstruktur des Prozessmodells und die Arbeitsweise der Problemlöser beeinflussen.

Die Entwicklung einer fallspezifischen methodisch-systematischen Problembearbeitungs-Strategie in der Praxis erfordert die kreative Verknüpfung des Prozessmodells mit den Merkmalen, heuristischen Methoden, innovativen Prinzipien und methodischen Regeln. Die dazu notwendigen Fertigkeiten können durch ein aktives Training, z.B. durch Fortbildungs-Seminare oder eine praxisorientierte Hochschulbildung, unterstützt werden.

Mit den Kreativitäts-Trainings-Seminaren gemäß /2.1; 2.2/, den Erfinderschulen /1.1/ sowie den WOIS-Seminaren /4/ wurde die Wirksamkeit und Effizienz dieses Ansatzes erreicht. Auch an Hochschulen gibt es in diesem Sinne partielle Erfolge.

Die bisherigen Bemühungen sind insgesamt zu wenig nachhaltig. Diese noch punktuellen Bemühungen schöpfen das große Innovations-potentials in der Forschung und Entwicklung völlig unzureichend aus. Eine breitere Vermittlung und Nutzung ist für die Zukunft eine große Herausforderung und Chance.

Dazu gehört auch das Verständnis zu den Merkmalen des PBP, denn ihre Beherrschung fördert den freien, flexiblen, schöpferischen Umgang mit den methodischen Grundlagen.

6.1. Einfluss der Ausgangssituation und Aufgabenart auf den Ablauf des PLP

Die Ausgangssituation, mit dem die Lösungsfindung nach der Formulierung der Suchfrage begonnen wird, kann, wie in Punkt 3 „Einflussfaktoren auf Prozessabläufe“ dargestellt wurde, z.B. durch den Bearbeitungszustand, den Erkenntnisstand zu geeigneten Lösungs-Prinzipien aus bekannten oder analogen Bereichen und durch die Komplexität des Problems sehr verschieden sein. Daraus ergeben sich unterschiedliche Aufgabenarten und Prozessabläufe.

Bild 12 zeigt in einer Matrix die verschiedenen AST-Arten für technische Entwicklungsprozesse in Abhängigkeit vom Ausgangspunkt und des zu erreichenden Endergebnisses. Oberhalb der Diagonalen sind die verschiedenen Entwicklungs-AST sichtbar. In der Diagonale sind die Aufgaben zur Weiterentwicklung erkennbar, vor allem durch Variation bekannter Strukturen. Unterhalb der Diagonale sind die AST zur Analyse und Abstraktion der gegebenen Strukturen eingeordnet.

Bild 12: Ausgangspunkte und Aufgabenstellung des Problem-Lösungs-Prozesses (PLP) für das Beispiel "Entwicklung technischer Systeme"

6.2. Arten bzw. drei Fälle für die Lösungsfindung

Für die kreative Lösungsfindung für neue, einzigartige, originelle und attraktive Problemlösungen in der Prinzip-Phase können drei typische Fälle bzw. Wege unterschieden werden, aus denen verschiedene Aufgabenarten und Vorgehensweisen resultieren:

Fall 1: Lösungsfindung für anspruchsvolle, weniger komplexe Problemstellungen mit dem Anspruch auf einen sehr großen Neuheitsgrad und ausgehend von

In diesem Fall ist ein direkter, unmittelbarer „Lösungsschritt“ oder Gedankensprung von der Suchfrage zu kreativen Lösungsideen typisch. Das strenge, schrittweise Vorgehen über alle Entwicklungs-Stufen kann in diesem Fall überflüssig u./o. behindernd sein. Dieser Lösungsschritt kann nach dem Zerlegen der Gesamtheit in Teilfunktionen oder Teilsysteme und nach dem Erkennen des Problemkerns und Widerspruchs bzw. Hindernisses mit einer prägnanten, erfinderischen Suchfrage eingeleitet werden.

Es folgen nach der erfinderischen Suchfrage die Schritte:

►    Erstellen eines detaillierten Modells für die Strukturierung und vertiefende Analyse zu den Ursachen, Wirkungen und Zusammenhängen des Widerspruchs bzw. der Hindernisse für die Problemlösung. Hier sind auch die variablen, unveränderlichen, gegenläufigen Ziele, Parameter, Eigenschaften Komponenten und die unerwünschten, störenden Effekte und Wirkungen herauszuarbeiten.

►     Generieren von Lösungsideen oder-Konzepten in Form von qualitativen/abstrakten Darstellungen durch

o       das Nutzen z.B. der innovativen Prinzipien von Zobel /13:38/, der 40 Prinzipien und des Kataloges für typische Lösungsprinzipe für das Lösen von technischen Widersprüchen von Altschuller /24/, der heuristischen Prinzipien und der „Kreas“ von Stanke /8/, der VDI-Richtlinien, z.B. Nr. 4521 /7.2/ und der hier aufgeführten methodischen Regeln, 

o       das Nutzen von Katalogen/Dateien für technisch-naturgesetzliche Effekte, Wirkpaarprinzipien und Lösungsprin-zipien /2.2; 12.4; 32; 33/ für die Lösungsfindung, z.B. durch Suchen, Identifikation, Assoziation, Inspiration, Analogien,

o       diskursives, systematisch-kreatives Variieren mit den Variationsprinzipien (Fall 2),

o       diskursive, systematisch-kreative Kombinations- und Feldforschungstechniken, durch Assoziation, Analogien,

o       Intuition, z.B. durch Inspiration, Gedankenblitz, Eingebung, Phantasie, Spinnen und gefördert durch Assoziation, gedankliches Experimentieren, bildhafte Vorstellungen, ‚quer Denken’, das vermeintlich Absurde betrachten, Reflexionen, Vergleichen. Auf diesem Weg soll für den kreativen Geist, dem kreativen Denken „freier Lauf“ gelassen werden.

►    Strukturierung/Konkretisierung der Idee, die Synthese der Teillösungen in die Gesamtlösung, die kritische Analyse, Bewertung und Ausarbeitung der Teil- und Gesamtlösungen.

Die innovativen Prinzipien von Zobel, die 40 Prinzipien von Altschuller, die Checklisten, Kataloge, Dateien für Effekte, Wirkprinzipen, Lösungsprinzipien und die Variationsprinzipien unterstützen, auch oft verbunden mit Intuition, das kreative Generieren des schöp-ferisch Neuen. Sie sind Ausgangspunkt, Ideenspender, Hebel, Antrieb, „Sprungbrett“ für die Lösungsfindung und wirken oft als Kristallisationskerne bei der Lösungsbildung. Sie liefern durch systematisches Vorgehen Impulse, Anregungen und den Zugang zu neuen Ideen, zu Analogien und zu dem „schlummernden Wissen“, das für die Lösungsfindung den Gedankensprung auslösen kann. Sie sind für diskursive und innovative Ideenfindung mit hohem Neuheitsgrad unverzichtbar.

Ein formales methodisch-systematisches Vorgehen kann das Generieren kreativer Lösungen allein nicht bewirken, geschweige erzwingen. Eine kreative methodisch-systematische Denk- und Arbeitsweise integriert und fördert das diskursive und intuitive Denken. Es aktiviert den bewussten Wechsel von Konzentration und Entspannung, fördert produktive Fragen und das Erhalten der Neugier, das Zulassen von Spontanität, den Perspektivwechsel, das Erweitern des Blickwinkels, erlaubt den Irrtum und das anschließende Erkennen der Ursachen und neuer Möglichkeiten und es unterstützt das planvolle Zurückgehen in vorherige Schritte und das Beschränken auf Teilschritte des ganzheitlichen Vorgehens.

Dieser Fall 1 ist damit für hohen Neuheitsgrad nah an der idealen Lösung, die Originalität und Nützlichkeit der Lösung besonders bedeutend. Fall 1 ist auch bei den komplexen Lösungsfindungsprozessen relevant, wie z.B. bei der Kombinations- oder Variationsmethode gemäß Fall 2, da er letztendlich nach dem Zerlegen und vor der Synthese auf solche „elementaren“ Lösungsfindungs-Schritte nach Fall 1 zurückgeführt wird.

Fall 2: Lösungsfindung für komplexe innovative Problemlösungen ausgehend von bekannten oder analogen Verfahrens-Prinzipien (VP), Funktions-Prinzipien (FP) u./o. Gebilde-Prinzipien.

Ausgehend von bekannten und/oder analogen Prinzipien, die als Ausgangspunkt für die angestrebte Problemlösung geeignet oder bedingt geeignet erscheinen, wird eine schöpferische Weiterentwicklung zu innovativen Lösungen angestrebt.

Für diesen Fall 2 sind z.B. die methodischen Vorgehensweisen für die Lösungsfindung gemäß Bild 18 geeignet. Besonders erfolgreich werden folgende Methoden angewendet:

♦ Die Variationsmethode: Die Lösungsfindung erfolgt durch die Variation veränderlicher Strukturkomponenten, ihrer Verknüpfungen und Anordnungen oder der Umgebung und durch die Synthese der Einzellösungsideen zu einer innovativen Gesamtlösung.

Das Generieren von Lösungen durch Variation kann durch die Variationsprinzipien erfolgen, z.B. durch Zerlegen, Abtrennen, Umkehren, Austauschen, Hinzufügen, Weglassen, Zusammenfassen, Verknüpfen, Integrieren, Kombinieren, Umgehen, Verlagern, Kompensieren, Abmindern, Erhöhen, Vergrößern, Minimieren, Maximieren, Abstrahieren.

Die Variation bezieht sich auf Strukturkomponenten und Eigenschaften des Systems, z.B. auf Teilsysteme, Elemente, Kopplungen, Anordnungen, technisch-naturgesetzlicher Effekte, Einwirkungen/Auswirkungen, Wirkpaarungen, Verbindungen, Parameter und Restriktionen /8; 12.3; 30; 31 /.

♦ Die Kombinationsmethode: Bei dieser Lösungsfindung werden für variable Struktur-Komponenten (z.B. für Teilfunktionen, Teilsysteme) Varianten für Realisierungs- Ideen ermittelt. Sie werden in einer Kombinationsmatrix eingeordnet und durch Kombinationen zu Gesamtlösungen synthetisiert. Aus der großen Zahl der möglichen Kombinationen müssen die erfolgversprechenden Komplexionen erkannt bzw. identifiziert werden /8; 12.3; 35; 36; 39/.

Mit dem Vorgehen nach diesen Methoden können attraktive, innovative Problemlösungen entwickelt werden, aber u. U. auch nur optimierte Lösungen entstehen. Beide Methoden führen letztendlich auf die sogenannten „elementaren“ Lösungsschritte gemäß Fall 1 zurück. Die innovative Lösung kann sowohl aus dem kreativen „elementaren Lösungsschritt“ für Einzellösungen zu Elementen/ Teilsystemen als auch durch neuartige Kombinationen generiert werden.

♦ Die Analogiemethode: Die Lösungsfindung erfolgt, indem für das System/die Problemstellung aus den relevanten Funk-tions- u./o. Strukturkomponenten die Suchmerkmale abgeleitet werden. Danach sind analoge Bereiche durch schrittweise Abstraktion zu suchen, (z.B. benachbarte, entfernte, natürliche (Bionik), gesellschaftliche Bereiche), aus denen mit den Suchmerkmalen analoge Objekte für Lösungsansätze identifiziert werden können, die den Suchmerkmalen hinreichend entsprechen. Diese Lösungsansätze können entweder direkt genutzt oder sie können durch Konkretisieren, Kombinieren, Variation zur Problemlösung weiterentwickelt werden /12.3; 20; 35; 36/.

Fall 3: Lösungsfindung für komplexe Problemlösungen für grundlegend neue, noch nie dagewesene Verfahren und Gebilde.

Fall 3 hat Bedeutung, wenn für die komplexe Problemstellung keinerlei geeignete Lösungsansätze- oder Prinzipien als Ansatz für die Lösungsfindung erkannt wurden. In diesem Fall geht es dann in der Technik und Wissenschaft um eine Grundsatz- bzw. Neuentwicklung für Verfahren, Gebilde, Technologien. Solche Grundsatz- und Neuentwicklungen sind in der Praxis seltener. Für Fall 3 ist es günstig und oft unumgänglich, ausgehend von der zu erfüllenden Gesamtfunktion die Entwicklungsstufen „Verfahrens-, Funktions- und Gebilde-Prinzip“, schrittweise gemäß Bild 9; 10; 12 zu durchlaufen. Auch bei diesem Vorgehen wird angestrebt, nach der ersten Strukturierung der zu erfüllenden Funktion die Lösungsfindung für die erkannten Kernprobleme auf Fall 1 zurückzuführen.

6.3. Dekomposition — Konkretisieren – Komposition

Mit diesem Grundsatz von „Dekomposition-Konkretisieren-Komposition“ wird, ausgehend von der hierarchischen Struktur von Systemen,

¤    die Gesamtheit des Systems, für die kein Zugang zur Lösung gefunden wird, so weit in „Teile“ zerlegt (Dekomposition) bis für die „Teile“ durch Suchen, Identifikation u./o. Intuition die Lösbarkeit möglich erscheint,

¤    durch Konkretisieren Teillösungsvarianten gefunden werden können und

¤·   durch Kombinieren der Teillösungen zu Gesamtlösungen (Synthese, Komposition) neue Lösungsvarianten für die Gesamtheit entwickelt werden können.

Das systematische Zerlegen führt zu kleinen, überschaubaren, einzelnen Lösungsschritten, ermöglicht das Erkennen der zu lösenden Teilprobleme und bildet damit den Ausgangspunkt für das Generieren oder Finden von innovativen Lösungen.

Auf Grund der hierarchischen Struktur von Systemen wird für komplexe Systeme das „Dekompositions- und Kompositions-Prinzip“ oft in mehreren Hierarchieebenen notwendig, um zu den Teilproblemen vorzustoßen, für welche die Lösungsfindung möglich wird, um danach schrittweise durch Komposition der Teillösungen zurück über mehrere Ebenen die Gesamtlösung zu gewinnen (Bild 13; 14).

Der Grundsatz von „Dekomposition-Konkretisieren-Komposition“ gilt nicht nur für die Lösungsfindung, sondern ist auch für die Zerlegung des Problems und der Aufgabenstellung in Teilprobleme und Teilaufgabenstellungen unverzichtbar (Bild. 8). Er ermöglicht Überblick, das Erkennen der Teile, Zusammenhänge und Schwerpunkte, die lösungsrelevant sind. Er macht das fehlende Wissen sichtbar und unterstützt durch die anschließende Synthese der Teillösungen das Finden völlig neuer Lösungen und einen erfolgreichen und kreativen Zugang zur Gesamtlösung.  

In Bild 13 wird dieses Prinzip am Beispiel des Technikbereiches in Schritten skizziert: 

o   Die Gesamtheit wird durch die Gesamtfunktion als Funktionsbeschreibung FB repräsentiert, z.B. für Gebilde oder Verfahren.

o   Das Zerlegen von FB führt z.B. zu Teilfunktionen (z.B. TF1 bis TFn), oder zu Teilsystemen.

o   Für die TF1 ...TFn werden durch Suchen/Identifizieren bekannte Teillösungen (z.B. die Teillösungen TS1; ... TSn) im Feld bekannter Lösungen gefunden /33/.

o   TF6 stellt den Problemkern dar, für den noch kein Zugang zur Lösung erkennbar ist. Es folgt ein weiteres Zerlegen (z.B. in TF6.1... 6.4).

o   Für TF6.1... 6.3 werden auf dieser Ebene schöpferisch Teillösungen (TS6.1 ... TS6.3) gefunden. z.B. gemäß Fall 1 in Punkt 6.3 und nach /38/.

o   Für TF6.4 ist erst nach weiterem schöpferischem Zerlegen, Konkretisieren und Kombinieren der Zugang für die Teil-Lösung TS6.4. möglich, z.B. mit den heuristischen oder innovativen Prinzipien.

o   Durch Synthese der gewonnen Teilsysteme (TS6.1 ... 6.4) wird das Gebilde-Prinzip für TS6 generiert.

o   Im letzten Syntheseschritt wird mit den Teilsystemen dieser Ebene (TS1-TSn) das Gebilde-Prinzip für das Gesamtsystem entwickelt.

Bild 13 verdeutlicht für einen auf Innovation orientierten Lösungsprozess das Zusammenspiel von der entwickelnden Arbeitsweise, z.B. über die TF6 bis zur TF6.4, bei der Teillösungen generiert werden (z.B. TS 6.4) und der projektierenden Arbeitsweise, z.B. über die TF1 ... n, für die Teillösungen durch Auswählen und eventuelle Anpassung bekannter Lösungen gewonnen werden. Durch die Synthese der neu entwickelten und den schon bekannten Teillösungen können innovative Gesamtlösungen generiert werden.

Mit diesem Vorgehen gliedert sich der Lösungsfindungsprozess in Abhängigkeit der Komplexität und hierarchischen Struktur des Systems und in mehrere Zerlegungs-, Lösungsfindungs- und Kombinations-Stufen (Bild 8; Bild 13). Durch die Bildung von Lösungsvarianten in den einzelnen Zerlegungs- und Synthese-Ebenen (Bild 14) wird der Lösungsprozess noch wesentlich komplexer. Damit wird die einfache, lineare Folge der Phasen des PLP in Bild 9 detailliert und stark vernetzt.

In der Praxis zeigt sich, dass ein methodisch-systematisches Vorgehen für die Lösungsfindung dieses verzweigten Prozesses eine sehr wirk-same Unterstützung ist. Dieser Grundsatz gilt auch für die Lösungsfindung nichttechnischer Systeme, z.B. für Programme, informations-technische Systeme, Organisationssysteme, Konzepte, Strategien /25/.

6.4 Variantenbildung und Varianteneinschränkung

Die Variantenbildung schafft ein Ideen-Reservoir und erhöht bei der Nutzung der Widerspruchs-Lösung die Wahrscheinlichkeit, nah an das potentielle Lösungs-Ideal, den idealen Endzustand, heranzukommen.

Für die durch Zerlegen gebildeten Strukturbestandteile, die als Suchfrage bzw. als Variable gelten, werden Varianten ermittelt, z.B. alternative Realisierungsmöglichkeiten, Effekte, Ideen oder Teillösungen. 

 Bild 14: Variantenbildung und -einschränkung im PBP am Beispiel des Übergangs von der Gesamtfunktion zum Funktionsprinzip

Mit dem Modell im Bild 14 wird die schrittweise Variantenbildung und -einschränkung in mehreren Entwicklungsstufen dargestellt, ausgehend

•     von der Gesamtfunktion FB über

•     das Verfahrensprinzip (V1 bis V3),und die Bildung von Teilfunktionen TF1 ... 3 für das VP2,

•     das Finden von Effekten für die Teilfunktionen und ihre Einschränkung,

•     das Gewinnen von Funktionsträgern und ihre Einschränkung für die Funktionsstruktur bis zu

•     Gesamt-Prinzipvarianten V 2.1 bis V2.i durch die Synthese ausgewählter Funktionsträger und

•     die Auswahl des priorisierten Gesamt-Funktions-Prinzips V2.4 durch Bewerten.

Die Varianteneinschränkung ist somit in jeder Entwicklungsstufe ein bedeutender Grundsatz. Er unterstützt einerseits die Erhaltung des Überblickes, die Annäherung an das „Lösungs-Ideal“ und die Vermeidung einer irritierenden „Ideenflut“ und andererseits das Erkennen der innovativen, aussichtsreichen Varianten und die Beherrschung des Aufwandes.

Für das Erkennen der aussichtsreichsten Varianten werden die Varianten hinsichtlich der Zweckerfüllung, ihrer Wirkungsweise und Hauptforderungen bzgl. ihrer Plausibilität, des vorstellbaren Neuheitsgrades, Erfüllungsgrades, Nutzens und bedingt auch schon bzgl. der Machbarkeit vorausschauend eingeschätzt und ausgewählt.

Mit diesem wichtigen Grundsatz der Varianteneinschränkung können in jeder Entwicklungsstufe bei geeigneter Suchfrage mehrere alternative Lösungs-Varianten mit der Chance auf attraktive Ideen gewonnen werden. Damit kann einerseits das zu frühe Einengen auf eine beliebige oder vorgefasste Lösung verhindert werden. Andererseits ist in der Prinzip-Phase der Aufwand für die Lösungsvariantenent-wicklung, -prüfung und -bewertung qualitativer, abstrakter Lösungen unvergleichlich kleiner als später in der Gestaltungs- oder Verifikations-phase.

Dieser Schritt erfordert in der Prinzip-Phase ähnlich viel Kreativität wie für das Ermitteln von Lösungs-Ideen. Das Erkennen, welche der Varianten am besten geeignet sind, erfordert nicht nur viel Wissen, Erfahrung und Systematik, sondern auch Vorstellungskraft, Denken, die Fähigkeit zu gedanklichen Experimenten, zum Schätzen und Bewerten. Es werden in dieser Phase in hohem Maße Vorstellungskraft, vorausschauendes Denken, die Fähigkeit zu gedanklichen Experimenten, zum Schätzen und Bewerten, Intuition, Phantasie, Herantasten, Probieren u./o. zum Schlussfolgern erforderlich, um den nötigen „AHA-Effekt“ für das Erkennen der besten Ideen zu erreichen.

Diese duale Erscheinungsform der „Einheit von Lösungs-Ideenfindung und Ideen-Einschätzung und -einschränkung“ lässt sich mit der schematischen Darstellung in Bild 14 symbolisieren. Es zeigt auch, dass die Struktur des Lösungsprozesses dadurch weiter zergliedert, verzweigt und vernetzt wird.

Es ist auch hier einsichtig, dass ein allgemeines Prozessmodell diese Vielfalt nicht abbilden kann. Es ist aber auch nachvollziehbar, dass die Entwicklung eines fallspezifischen, konkreten Vorgehens durch die bewusste Nutzung des allgemeinen Prozessmodells, der Merkmale/Grund-sätze des PLP, heuristischen Methoden und innovativen Prinzipien wirksam unterstützt werden kann.

6.5. Der hierarchische Charakter des Problem-Lösungs-Prozesses (PLP)

Die Abläufe im PLP und das allgemeine Prozessmodell des PBP sind für komplexe Probleme in der Praxis durch eine hierarchische Struktur mit mehreren Hierarchieebenen geprägt (Bild 15) /2.1/.

Der hierarchische Charakter des PLP wird wie folgt von mehreren Aspekten beeinflusst:

►von den methodischen Gesetzmäßigkeiten in den Übergängen 1 und 2 (Bild 2.2). Das gilt vor allem für die Hierarchieebenen 1; 2; 5 in Bild 15.

►von den allgemeingültigen Systemmerkmale nach Bild 11. Für die Systemmerkmale sind die Lösungen in den Entwicklungs-Stufen schrittweise zu generieren. Das gilt z.B. für die Ebenen 3 und 4 /2.1.; 15/.

►von der Komplexität und der damit verbundenen hierarchischen Struktur des Problems und des zu entwickelnden Systems. Die Strukturierung des Prozesses erfolgt hier nach dem Zerlegungs- und Kompositions-Prinzip gemäß Punkt 6.3; Bild 13.

Der Arbeitsprozess verlagert sich in der hierarchischen Struktur von der aktuellen Arbeitsebene durch Zerlegen und Substitution in die tiefer liegende Ebene der Untersysteme. Diese Verlagerung wird notwendig, wenn auf der aktuellen Arbeitsebene kein Zugang zur Lösung gefunden werden kann, z.B. wegen zu großer Komplexität der Probleme und Widersprüche od. wegen Informationsmangel. In der tiefer liegenden Arbeitsebene wird mit einer detaillierten Operationsfolge der Zielzustand der verlassenen Ebene als Zwischenlösung erarbeitet. Für das Realisieren des Substitutionsprinzips werden analog zu Algorithmen detaillierte Operationsfolgen für das Erarbeiten des angestrebten Zielzustandes genutzt u./o. entwickelt. Nach Erreichen des Zielzustandes wird wieder in die vorherige Hierarchieebene aufgestiegen und die Bearbeitung dort fortgesetzt. Nicht selten sind solche Substitutionen in mehreren Ebenen notwendig (Bild 8; 13; 15).

Das Vorgehen bei der Substitution kann u. U. durch allgemeingültige heuristische Programm-Ablaufpläne unterstützt werden, z.B. mit dem Programm-Ablaufplan (PAP) für die Prinzip-Phase in Bild 16 und weiter durch Unterprogramme oder heuristische Methoden, wie z.B. UP 5 „Verbessern des technischen Prinzips“ oder UP 13 „Varianten Bewerten und Entscheiden“ /M 21/.

Bild 16: Programmablaufplan für die Prinzip-Phase

Heuristische Programm-Ablaufpläne können für das kreative Arbeiten genutzt werden. Sie sind für die Planung und Strukturierung des Vorgehens, vor allem bei Teamarbeit, nützlich. Determinierte Programme, die es allerdings in großer Zahl gibt, führen nicht in geeigneter Weise zu Schöpfertum und zur kreativen Lösungsfindung,

6.6. Heuristischen Methoden als Strukturbestandteile des PLP

Die Lösungsfindungs-Methoden fördern die Kreativität durch das gezielte Hinführen zum entscheidenden kreativen Lösungsschritt. Sie strukturieren durch Substitution den PLP auf einer detaillierten Ebene. Ein Beispiel für die Strukturierung des PLP ist für den Lösungsfin-dungs-Fall 2 in Punkt 6.2 erwähnt. Hier strukturieren die Variations-, Kombinations- oder Analogie-Methoden das weitere Vorgehen.

Die Vielzahl der in der Literatur dargestellten heuristischen Methoden ist sehr groß. Sie lassen sich jedoch auf wenige grundlegende Methoden zurückführen, die flexibel und sachkundig für die verschiedenen Situationen durch die Bearbeiter modifiziert werden können (Bild 17).

Besonders wichtig sind die folgenden Lösungsfindungs-Methoden, die z.B. in /8; 2.2; 12.3; 12.4; 20; 31/ dargestellt und an Beispielen ausführlich erläutert sind:

►Suchmethoden zur Identifikation von bekannten und neuen Lösungsmöglichkeiten

►Heuristische Suchmethoden, z.B. mit den innovativen Prinzipien, Effekt- u. Wirkprinzip-Katalogen

►Analogiemethoden

►Variationsmethoden

►Kombinationsmethoden

►Feldforschungs-Methoden

►Dialogmethoden, für die vielfältige alternative Möglichkeiten bekannt sind.

Diese Methoden sind komplex und integrieren je nach Situation die erforderlichen Analyse- und Abstraktions-Methoden. So z.B. die Systemanalyse, Strukturanalyse, Funktionswertflussanalyse, Defektanalyse, Fehleranalyse, Zielbaumanalyse, Umfeldanalysen, Bewertungsmethoden /8; 1.4; 2.2; 11; 12.3; 18; 40; 20/. Sie sind Strukturbestandteile der Prozessmodelle.

Sie untersetzen die Arbeitsschritte des Prozessmodells, detailliert und instruktiv und bilden damit in ihrer Verknüpfung die letzte praktische, noch allgemeingültige Strukturebene des allgemeinen Prozessmodells. Damit sind sie auch eine Brücke zwischen dem allgemeinen Prozessmodell und dem praktischen Problemlösungsprozess. 

· 

           Bild16: Programm-Ablaufplan für die Prinzip-Phase technischer Gebilde, aus /M21/

Die für die kreative Lösungsfindung sehr wertvollen heuristischen Prinzipien und Regeln /2.1/, innovativen Prinzipien von Zobel /5; 13; 38/, die 40 Altschullerprinzipien /24/oder die Kreas von Stanke /8/ sind sehr kreativitätsfördernd und generierend innerhalb der komplexen induktiven und deduktiven Lösungsfindungs-Methoden. Sie werden unmittelbar und letztendlich bei systematischer Anwendung wirksam als

 „Ideengenerator“ für den entscheidenden kreativen Lösungsschritt. Sie sind vor allem wirksam beim Generieren der Lösungsideen und beim Finden der naturgesetzlichen Effekte, Wirkprinzipien, Realisierungsgrundsätze, die nicht nur deduktiv gewonnen werden können. Sie sollten jedoch nicht deterministisch angewendet werden

7.Invariante Arbeitsschritte für den Problemlösungs-prozess als „PLP- Lösungs-Modul“

Ansatz

Aus langjährigen und vielfältigen Analysen und Genesen von Erfindungsprozessen und Prozessen zur Entwicklung von nicht technischen innovativen Neuerungen wird ersichtlich, dass die Prozesse bei entsprechender Verallgemeinerung in den Phasen und Entwicklungs-Stufen des PLP in vergleichbarer Weise und auf gleichen Bahnen verlaufen. Es sind bei geeigneter Abstraktion für den PLP invariante Arbeitsschritte erkennbar, die unabhängig vom Gegenstand, dem Problem, dem Ziel, der Komplexität und der Bearbeitungssituation immer wieder auftre-ten.

Für den Modell-Typ 2 gemäß Bild 3 sind hierzu die durch Abstraktion gewonnenen acht invarianten Arbeitsschritte in den Bildern 8 und 10 dargestellt. Sie werden durch typische Zwischenergebnisse für die Problemlösung technischer Systeme ergänzt. Das Modell mit den 8 Arbeitsschritten kann als ein invarianter „Lösungs-Modul“ aufgefasst werden, der sehr universell Gültigkeit hat. Er ist ein weiterer Beitrag zur Strukturierung des PBP.

Wesen

Die invarianten Arbeitsschritte/gedanklichen Operationen wiederholen sich gemäß Bild10 in den Entwicklungsstufen I bis VII in allen Hierarchiestufen des Prozesses fortschreitend. Dabei sind sie je nach Problem, Ziel, Inhalt, Komplexität und Hierarchiestufe mehr oder weniger ausgeprägt.

Der vom Abstrakten zum Konkreten und vom Ganzen zum Detail und zurück zum Ganzen fortschreitende Lösungsprozess wird im konkreten Fall eine Anpassung erfordern durch Modifikationen, Spezifikationen u./o. eine Detaillierung der invarianten Tätigkeit. Diese Anpassung kann durch Auslassen, Wiederholen, Schleifen, Vorgriffe, quasi paralleles Arbeiten, rückwärts schreitend, Zerlegen oder Zusammenfassen von Arbeitsschritten erfolgen. Sie erfordert allerdings auch eine angemessene Denkflexibilität und die Beherrschung der Merkmale/ Grundsätze des PLP nach Punkt 6 und 5.3.1.

Anwendung, Nutzen:

Der invariante Charakter des PLP-Moduls ermöglicht seine Anwendung in allen Problemlösungs-Situationen des Innovationsprozesses, vor allen in den Phasen und Entwicklungs-Stufen des PLP. Der Nutzeffekt ist besonders groß, wenn in den vorgängigen Prozess-Stufen 1 und 2 eine präzisierte, erfinderische Aufgabenstellung erarbeitet wurde und die Problemstellung aus ihrer Komplexität extrahiert werden konnte. Die invarianten Arbeitsschritte des PLP-Modells bieten dem Nutzer eine wirksame Unterstützung für

►die Gestaltung des problemspezifischen Vorgehens im PLP und für die Moderation kreativer Teamarbeit.

►die kreative, methodisch-systematische Lösungsfindung.

►die intuitive Lösungsfindung.

►das Zuordnen und Anwenden der geeigneten heuristischen Methoden, Prinzipien und Regeln.

7.1Die Vorbereitung der Lösungsfindung

In der Vorbereitung geht es vor allem um das Bewusstmachen und Verstehen des Problemfeldes und das Erkennen, worin die Barriere besteht, die den Zugang zur Problemlösung versperrt. Weiterhin geht es um das Sammeln, Analysieren und Strukturieren von wichtigen Informationen, das Ermitteln der innovativen Zielsetzung und um die Analyse, Zerlegung und Präzisierung des Problems.

Dazu sind vier komplexe Arbeitsschritte geeignet.

Arbeitsschritt 1: Das Abbilden des Problemsachverhaltes.

Mit diesem Arbeitsschritt kann der Ein- und Überblick und das Bewusstmachen mit folgenden Teil-Schritten erreicht werden:

o     Problemfeld und -sachverhalt erfassen, abgrenzen, analysieren, verinnerlichen.

o Endergebnis/Zielsetzung aus dem Bedürfnisspektrum und vorh. Zielinformationen ableiten. Z.B. was soll erreicht, verbessert, verhindert, ersetzt, gewonnen werden? Wie kann die „ideale Lösung“, das Modell der besten vorstellbaren Lösung aussehen?

o     Objektbereich, angrenzende Bereiche und das Umfeld für bekannte und analoge Systeme analysieren. Darstellen der Systemmerkmale (Bild 11), wie Verhalten, Zustand, Funktion, Verfahren, Funktionsweise, Wirkprinzipien Elemente, Kopplungen, Anordnungen, Wirkungen, Nebenwirkungen, Umstände, Parameter.

oErkennbare System-Merkmale identifizieren, die dem Erreichen des Endergebnisses entgegenstehen könnten.

oWissen anreichern, analysieren, Entwicklungstrends und -Potential ermitteln und Schlussfolgerungen ziehen.

o  Erste, einfache Problemformulierung als Orientierung für den Folgeprozess erstellen.

oErstes Abheben der Hindernisses/Gegensätze bzw. so weit schon erkennbar der Widersprüche.

Arbeitsschritt 2.1: Das Präzisieren der innovativen Zielsetzung

und Haupt-Anforderungen.

o Zielsetzung und Haupt-Anforderungen anspruchsvoll bis zugespitzt präzisieren, klar, knapp, einfach formulieren. Z.B. zu erfüllender Zweck, gewünschte Wirkungen, Effekte, Veränderung, Verbesserung bis hin zum Lösungs-Ideal, Teil- und Zwischenziele für die Zielbildung nutzen und verdichten.

oGrenzen definieren und eventuell variieren. Ermitteln zwingend unveränderlicher Funktionen, Elemente, Wirkungen, Eigenschaften, Restriktionen.

oZielvariation probieren, wenn keine Lösungschancen gesehen werden, oder grundlegend neue Zielsetzungen und Nutzungsfelder heranziehen. Irritierende Zielpluralität erkennen, bewerten und vermeiden.

Arbeitsschritt 2.2: Das Ausarbeiten des präzisierten Ist-Standes

Analysen und Recherchen sollen die Informationen zum Ist-Stand wie folgt vertiefen:

oInformationen zum aktuellen Arbeitsstand zusammenstellen

oDas Bekannte, Erfahrungen, Vorbilder zum System, zu angrenzenden und analogen Systemen, zum übergeordneten System erarbeiten und bzgl. Wirtschaftlicher, technischer, physikalischer, chemischer, biologischer, wissenschaftlicher, personeller u. a. Lösungsansätze analysieren.

o Bei der Analyse die Systemmerkmale vertiefend und präzisierend ermitteln, wie Verhalten, Funktion, Funktionswertfluss bzw. Verfahren, System-Struktur (Elemente, Kopplungen, Anordnungen), Zustand des Systems. Eigenschaften des Systems für Stoff-, Energie- und Informationsfluss erarbeiten und z.B. bzgl. der funktionellen Parameter sowie der Parameter/Kenngrößen für Form/Gestalt, Maß, Stoff, Raum, Feld, Zeit strukturieren /2.1; 2.2; 12.1/.

oWissen weiter vertiefen, fehlende Informationen für den Lösungsprozess aufdecken und als Defekte erfassen.

Arbeitsschritt 3: Das Analysieren u. Strukturieren des Problems, des Problemkerns und Hauptwiderspruchs konzentriert, einfach verständlich und in geeigneter Abstraktion herausarbeiten.

Eine vertiefende Analyse des zu lösenden Problems, des betrachteten Systems, der Systemumgebung und der Widersprüche und anderer Defekte schafft wichtige Voraussetzungen für das Zerlegen in überschaubare, lösbare „Teile“ und für Anregungen zu Lösungsrichtungen. Durch geeignete Konzentration und Abstraktion ist das Wesen des Problems, des Problemkerns, der Widersprüche und sonstiger Defekte als Ausgangspunkt für die Suchfrage in folgenden Teil-Schritten herauszuarbeiten:

oProblem auf aktuellem Stand strukturieren durch Konfrontation zwischen „Zielsetzung - Ist-Stand“

oProblemanalyse und Problemzerlegung durchführen

o Technisch-naturgesetzliche Ursachen, Wirkungen und Zusammenhänge, z.B. das „physikalische Geschehen“, ermitteln.

oDialektische Widersprüche, widersprüchliche Anforderungen und Parameter, Gegensatzpaare, nützliche und störende Wirkungen, Schwachstellen und Stärken identifizieren bezogen auf Strukturelemente und Verknüpfungen sowie Parameter des Systems.

oWidersprüche beschreiben, eventuell in verschiedenen Abstraktionsstufen. Dabei vereinfacht, aber prägnant formulieren, z.B. durch paradoxe Formulierung, durch Konzentration auf relevante Wirkzusammenhänge und die unerwünschten Wirkungen, durch das Weglassen des Unwesentlichen, durch Verfremdung und Verzicht auf Fachtermini.

oProblem und Problemkern lösungsgerecht als AST für die Entwicklungs-Stufe formulieren.

7.2. Die Durchführung der Lösungsfindung

Die Durchführung der Lösungsfindung ist der zentrale kreative Abschnitt des PLP. Für die Lösungsfindung sind drei Arbeitsschritte geeignet:

oDas Erarbeiten der Suchfrage,

odas unmittelbare Generieren von innovativen Lösungs-Ideen sowie

odas Erkennen und Priorisieren der innovativsten Problem-Lösungs-Variante.

Arbeitsschritt 4.1: Das Erarbeiten der Suchfrage

Die Suchfrage ist so zu bestimmen und zu formulieren, dass sie eine Lösungsrichtung mit einem Lösungsfeld erfasst, mit dem eine potentiell hohe Erfolgswahrscheinlichkeit erreicht wird, um nah oder total an das Lösungsideal mit attraktivem Neuheits- und Erfüllungsgrad zu kommen. Folgende Teil-Schritte sind typisch:

oLösungs- und widerspruchsrelevante Schwerpunkte des Systems aus Arbeitsschritt 3 ableiten bzw. identifizieren, z.B. bzgl. der Teilfunktionen, Teilsysteme, Wirkpaare, Störgrößen, Parameter, Eigenschaften, Anforderungen, Restriktionen.

oHauptwiderspruch, kritische Effekte, Hindernisse schrittweise abstrakt u./o. konkret formulieren.

oLösungsrichtung, Lösungsorientierung, „ideale Lösung“ im Sinne des idealen Endergebnisses u./o. eine Vision abheben, generieren.

oSuchfrage als Soll-Satz einfach, mit hinreichend abstrahierten Zieldaten formulieren. Eventuell Verfremdung der Fachtermine zur Erweiterung des Blickfeldes und zur Überwindung von Denkbarrieren -->Verfremdung.

oZieldaten der Suchfrage schrittweise variieren, wenn Suchfrage/Suchrichtung nicht ergiebig war bzw. der Such-Raum zu eng oder zu weit ist. 

Zitat: „ALLE SAGTEN das geht nicht. DANN KAM EINER, der wusste das nicht UND hat es einfach gemacht“

Arbeitsschritt 4.2: Das Ermitteln innovativer Lösungs-Varianten -Ideen,-Konzepten

Bei der Lösungsfindung, vor allem in der Prinzip-Phase, nicht mit der ersten besten Problemlösungsidee zufrieden geben, sondern es wird angestrebt, weitere alternative attraktive Lösungen zu finden, die zur Lösung des Widerspruchs geeignet erscheinen. Damit kann die Wahrscheinlichkeit steigen, in die Nähe des idealen Endresultates zu kommen, um überraschend neue, einmalige, noch nie dagewesene Lösungen zu finden.

Der unmittelbare Lösungsschritt kann auf verschiedenen Wegen gemäß den Fällen 1 bis 3 in Punkt 6.2 am wirksamsten in einer Symbiose der Wege und Fälle, vollzogen werden durch - vgl. auch /8, s. S165-168/:

♦systematisches, kreatives Generieren mit den ca. 40 Prinzipien zur Lösung technischer Probleme/Widersprüche, der Matrix zur Suche geeigneter Prinzipe und der gesammelten häufig genutzten Prinzip-Lösungen von Altschuller /24/,

♦systematisches, kreatives Generieren mit „Stoff-Feld-Analysen“ (VEPOL-Analysen) nach Altschuller

♦systematische, kreatives Generieren mit den hierarchisch geordneten innovativen Prinzipien von Zobel /5; 13; 38/

♦systematische, kreative Suche von Prinzipien mit Katalogen/Datenbanken, z.B. für naturgesetzliche Effekte /12.4/, typische Lösungsprinzipe der Technik /32.1; 32.2; 33/ und für nicht technische Bereiche /25; 28/,

♦Nutzung der Separationsprinzipien von Zobel/Altschuller durch Aufspalten, Abspalten, Zerlegen von Raum, Zeit, innerhalb des Objekte, des Umfeldes und der Bedingungen und Zustände,

♦kreative Nutzung von Analogien als Ausgangsbasis/Anregung für neue Lösungen,

♦systematische Identifikation bekannter oder analoger Lösungen als Ausgangspunkt für das Generieren innovativer Lösungen.

♦systematische, kreative Variation mit den Variationsprinzipien (in Punkt 6.2./Fall2) und Kombination der Strukturkomponenten, Wirkungsweisen, Parameter von Lösungsprinzipien zu neuen innovativen Lösungen (diskursiv/intuitiv), /30; 31/

♦kreatives Generieren auf Intuition gestützt, z.B. durch Inspiration, Phantasie, „Spinnen“, „Geistesblitz“, Eingebung, Assoziationen, Gedankenexperimente, Reflexionen, die „Provokation“, das Quer-Denken, den Wechsel von Konzentration und Entspannung, das Nutzen von Pausen und Neugier, das Einnehmen anderer Perspektiven und Blickwinkel, das Zulassen des Irrtums und das Gewinnen von neuen Erkenntnissen aus dem Irrtum.

Intuition ist für das kreative Generieren ein sehr häufiger und wichtiger Bestandteil, auf den allein kein hinreichend sicherer Verlass ist. Die kreativen, systematischen Vorgehensweisen führen zu den Feldern bzw. Punkten im PLP, bei denen das schöpferische, kreative Generieren der Ideen/ Konzepte in der Symbiose von methodisch-systematischer und intuitiver Lösungsfindung erfolgen kann und soll. Die Intuition und die mit ihr verbundene Kreativität darf hier in ihrer Wirkung für die Innovation im Vergleich zu dem dikursiven Vorgehen nicht unterschätzt werden (siehe hierzu Punkt 6.2, Fall 1). Mit den intuitiven Methoden wird dem Denken freier Lauf gelassen, der den schöpferischen Geist des Bearbeiters u./o. des Bearbeiter-Teams wecken kann und soll. Die vielfältigen Dialogmethoden (Bild. 17) können die Intuition unterstützen.

Neben dem methodisch-systematischen und intuitiven Generieren von noch nie dagewesenen Lösungen findet die Lösungsfindung für komplexe Problemstellungen ausgehend von bekannten oder analogen Lösungs-Prinzipien für die Entwicklung technischer Systeme in der Praxis sehr häufig Anwendung.

Folgende Schritte sind in Abhängigkeit der Ausgangssituation in diesem Fall zielführend und typisch:

vBekannte, analoge Lösungen suchen, die Ausgangspunkt für neue Lösungen sein können.

vDie gefundenen Lösungen ausgehend vom Konkreten schrittweise abstrahieren bis Ansätze für geeignete Lösungs-Prinzipien als Verfahrens-, Funktions- oder Gebilde-Prinzip gefunden werden.

vPrüfen, ob durch eine Struktur-Variation der gefundenen Prinzip-Lösungen mit den Variationsprinzipien neue Lösungs-Prinzipien generiert werden können, die sich durch Konkretisieren zur Problemlösung entwickeln lassen (siehe Variations-Methode in Pkt. 6.2; Fall 2). Für diesen Fall sind z.B. die Ausgangspunkte II bis VI in Bild. 12 mit den jeweilig zugeordneten Aufgabenarten typisch.

vPrüfen, ob ausgehend von den gefundenen Lösungsprinzipien durch das Suchen von Lösungsvarianten/Ideen für ihre Strukturelemente, Kopplungen, Anordnungen und ihre anschließende Kombination in einer Kombinationsmatrix zu Gesamtlösungen, neue, innovative Problem-Lösungs-Varianten generiert werden können (Kombinations-Methode in Pkt. 6.2; Fall 2,).

vErfolg der Lösungsfindung prüfen. Bei unzureichendem Ergebnis variieren der Suchfrage in Arbeitsschritt 4.1, alternative Lösungsansätze suchen oder eventuelle Möglichkeiten für Umgehungsaufgabe nutzen.

Für diese Wege sind die heuristischen Methoden, „Suchen, Identifizieren, Variieren, Zielbaum, Kombinieren, Feldforschung, Analogiebildung, Analyse und Abstrahieren“, in einer problemspezifischen Verknüpfung geeignet (siehe Bild 17 und die Methodendarstellung in /8/).     

Arbeitsschritt 4.3: Das Erkennen der Erfolgschancen für die Lösungs-Ideen

Bei der Lösungsfindung mit einer großen Variantenvielfalt sollte ein weiterer Schritt zum vorausschauenden Erkennen widerspruchslösender, attraktiver und weniger aussichtsreicher Alternativen angestrebt werden. Damit soll, wenn nötig, eine erste grobe Ideen-Gruppierung nach Neuheitsgrad, Erfolgsaussichten gefunden werden, um eine Konzentration auf aussichtreiche, attraktive Ideen zu ermöglichen. Dafür sind vorausschauende, lösungskonkretisierende kreative Vorstellungen und das Präzisieren der Ideen sowie das Erkennen von Chancen, Effekten, Barrieren bzgl. Neuheit, Nutzeffekten und Machbarkeit notwendig. Perfektion ist hier nicht anzustreben. Dieser Schritt folgt weniger dem üblichen Bewerten, das in den konkreteren Entwicklungs-Stufen notwendig ist. Es ist mehr ein Abschätzen mit Gedankenexperimenten, Vorstellungskraft, Erfahrung, Intuition.

Zu empfehlen ist:

►Separieren der funktionswichtigen Teilsysteme, Anforderungen und Restriktionen.

►Generieren von Vorstellungen, wie die Idee bei einer weiteren Konkretisierung gestaltet werden könnte und wie gut sie den Zweck, den gewünschten Nutzen, den idealen Endzustand erfüllen könnte.

►Abschätzen, ob die Anforderungen, Restriktionen erfüllbar sein können und priorisieren der Ideen.

Hierzu gelten auch die Ausführungen zur Varianteneinschränkung in Punkt 6.4.

7.3.Die Nachbereitung der Lösungsfindung

Durch die Nachbereitung soll die günstigste Lösung in 4 Arbeitsschritten gefunden, gestaltet, detailliert und ausgearbeitet werden.

Arbeitsschritt 5: Das kritische Analysieren und Prüfen

der aussichtsreichsten, widerspruchlösenden Lösungsalternativen

Mit einer fehlerkritischen Analyse der Systemlösungen sollen die priorisierten Lösungen bezogen auf die Zielsetzung und das Anforderungs-profil untersucht werden. Diese Untersuchung soll ausgerichtet sein auf das Erkennen noch bestehender Widersprüche, Unverträglichkeiten, Schwächen, Stärken, Störungen, Mängeln, Unvollständigkeit und eventuell neue erkennbarer Teilprobleme. Für die erkannten Defekte sind die Konsequenzen, Maßnahmen zur Beseitigung und Teil-AST zur Verbesserung bzw. Weiterentwicklung abzuleiten. Überschlagsrechnungen, einfache Modelle u./o. Experimente sind im quantitativen Bereich hilfreich und oft notwendig.

Folgende Teil- Schritte sind typisch:

vDefekte ermitteln und mögliches Verhalten, die Struktur, die Eigenschaften und Grenzwert der Systemlösung untersuchen. Inhaltliche Entsprechung des Ergebnisses prüfen.

vSchwach- und Starkstellen, Fehler, unzulässige Abweichungen, Unvollständigkeiten und eventuell neue Probleme und Widersprüche ableiten und einschätzen. Merkmale für die Bewertung herausarbeiten.

vPrüfen, ob die Lösung in das Gesamtsystem und übergeordnete System passt und welche Änderungen zur Harmonisierung erforderlich sind.

vTeil-AST für die Verbesserung Problemlösungs- Varianten ausarbeiten und weiteres Vorgehen festlegen.

Arbeitsschritt 6: Das Verbessern, Weiterentwickeln der

Lösungsalternativen durch Defektreduktion und Detaillieren

Das Verbessern der Lösungsalternativen kann erfolgen durch die bekannten Struktur-Variationsprinzipien. Das sind, z.B. das schrittweise Zerlegen, Umkehren, Umwandeln, Ändern, Optimieren, Austauschen, Hinzufügen, Weglassen, Beseitigen, Umkehren, Trennen u./o. Zusammenfügen der betreffenden Systemmerkmale. Für technische Systeme bezieht sich das z.B. auf die Strukturkomponenten, Kopplungen, Parameter und auf die geforderten, unerwünschten, gewünschten sowie die unzulässigen Eigenschaften und Wirkungen. Hierfür gelten wiederum die Wege zur Lösungsfindung, vor allem die Variationsmethode nach Punkt 6.2, Fall 2.

Arbeitsschritt 7: Bewerten der Lösungsalternativen,

die Auswahl und das Entscheiden für die beste Lösungsalternative(n).

Es wird durch das Bewerten, Priorisieren und Entscheiden angestrebt,

•geeignete Lösungsalternativen in der Prinzip-Phase frühzeitig zu erkennen, um den sprunghaft zunehmenden Bearbeitungs-aufwand in den folgenden Stufen, z.B. für den Entwurf oder die Detailgestaltung, zu beherrschen und

•in der Gestaltungsphase eine fundierte Entscheidung für die beste Variante zu treffen. In diesen Bewertungsprozessen werden durch die Systematik oft neue Erkenntnisse, Probleme, Schwachstellen, Details sowie ergänzende und detailliertere Anforderungen sichtbar. Damit wird der Bewertungsprozess konkreter und trägt auch hier zur Weiterentwicklung bei.

Folgende Teil-Schritte sind typisch /12.5/:

•      Bewertungsverfahren auswählen

•Alternativen vergleichbar darstellen.

•Bewertungskriterien aus der Zielsetzung und dem Anforderungsprofil ableiten.

•Einzelne Werturteile für die Alternativen bzgl. der Kriterien bilden.

•Zusammenfassen der einzelnen Werturteile zu Gesamturteilen der Alternativen.

•Vorschlag für die priorisierte Alternative und Entscheidung.

•Vorschläge für die Weiterentwicklung der Problemlösung.

Arbeitsschritt 8: Ausarbeiten der gewählten Lösung

durch Detaillieren und fachgerechtes Darstellen.

Die detaillierte, klare, eindeutige und verständliche Darstellung des Ergebnisses der jeweiligen Phasen, Entwicklungs-Stufen, Arbeitsschritte im PLP bzw. Innovationsprozess kann mit folgenden Teil-Schritten erreicht werden:

•   Detaillieren der priorisierten Lösung, fachgerecht u. hinreichend vollständig, wenn das angestrebte Endergebnis erreicht ist.

•Ergebnis der Entwicklungs-Stufe in geeigneter Weise hinreichend fachlich korrekt, detailliert und vollständig für den Folgeprozess beschreiben.

•Prüfen, für welchen Zweck die Lösung in anderen Bereichen, Situationen oder Aufgaben zur Nachnutzung oder Wiederverwendung geeignet sein könnte, z.B. mit der Einsatzanalyse.

•   Fachlichen und methodischen Informationsgewinn abheben und speichern.

Anzumerken ist, dass sich die Übergänge der Arbeitsschritte des „Lösungs- Moduls“ beim praktischen Vorgehen auch hier nicht formal abgrenzen lassen. Es sind Vorgriffe, Sprünge und Rückkopplungen bei Bedarf, wie auch Bild 18 zeigt, notwendig.

So z.B. erfordern das Ermitteln der optimalen Suchfrage und die Lösungsfindung sowie das Einschränken des Lösungsfeldes fließende Übergänge u./o. Rückkopplungen. Das Kritisieren, Verbessern und Entscheiden bedingt ebenso Rückkopplungen in vorgängige Arbeitsschritte. Für die Problemlösung sind nicht in jedem Fall alle Arbeitsschritte des „Moduls“ zwingend abzuarbeiten.

Bild 18: Invariante Arbeitsschritte und typische Zwischenergebnisse  für den Problem-Lösungs-Prozess ("Lösungs-Modul")

8.Zusammenfassung

Grundgedanke/ Anliegen:

Mit diesem Beitrag wurden die Erkenntnisse, Ergebnisse und Erfahrungen zu den allgemeingültigen methodischen Grundlagen des innovativen Problem-Bearbeitungs-Prozesses (PBP) aus eigener Tätigkeit und den vielfältigen Arbeiten der Fachwelt mit systemwis-senschaftlicher Herangehensweise ganzheitlich aufbereitet.

Zielsetzung des Beitrages:

►Den Problem-Bearbeitungs-Prozess (PBP) mit seinen Grundlagen als kreativen Bestandteil des Innovationsprozesses allgemeingültig ganzheitlich darzustellen.

►Die allgemeingültige methodische Grundstruktur des PBP durch Prozess-Modelle zu den typischen Abläufen und seine methodischen Grundsätze/Merkmale, typische Arbeitsschritte, die Regeln für eine methodisch-systematische Denk- und Arbeitsweise sowie die für die kreative Lösungsfindung wichtigen heuristischen Methoden, innovativen Prinzipien und Regeln darzustellen.

►Die Allgemeingültigkeit der Grundlagen für alle schöpferischen Systementwicklungen sichtbar zu machen und davon ausgehend an Hand der bedeutenden, komplexen Aufgabenklasse, „PBP für die Entwicklung innovativer technischer Systeme“, die Prozessabläufe, Gesetzmäßigkeiten und Arbeitsweisen konkreter, detaillierter und modifizierend in den Mittelpunkt zu stellen.

►Einen ausgewogenen Ansatz zwischen „Allgemeingültigkeit - Detailliertheit - Konkretisierung“ für die Darstellung zu gewinnen.

►Mit den methodischen Grundlagen einen Impuls/Beitrag zur Weiterentwicklung einer ganzheitlichen, praxisgerechten Innovations-Methodik auch für komplexe Problemsituationen zu leisten.

I.Allgemeine Grundlagen des PBP – Übersicht und  Zusammenfassung

Definition des innovativen PBP:

Für die Definition des PBP werden in den Punkten 2 und 3 diskutiert:

Die Bedeutung, Struktur, seine Einordnung in den Innovationsprozess, die Prozessart, sein Wesen, die Grundsätze, die Komponenten, das methodische Wirksystem, die relevanten Übergänge im PBP, Einflussfaktoren auf die Prozessabläufe, Bestandteile der Grundlagen des PBP, und die möglichen Effekte, die durch die bewusste Anwendung der methodischen Grundlagen erreichbar sind.

Ansatz für die Modellbildung:

Für einen ausgewogenen Ansatz zwischen „Allgemeingültigkeit – Detailliertheit – Konkretisierung“ werden in Punkt 4 drei Modell-Typen vorgestellt:

Modell-Typ 1: Er ist allgemeingültig für den PBP u. abstrakt. Er stellt dar die Einordnung in den Innovationsprozess, drei Prozess-Stufen des PBP mit typischen Arbeitsschritten (Bild 1) sowie drei methodisch relevante Übergänge des PBP (Bild 2.2).

Modell-Typ 2: Er ist allgemeingültig und detailliert (Bild 18; 10) und wird durch Zwischenergebnisse konkretisiert. Er gilt für den Problem-Lösungs-Prozess (PLP) mit extrahierten bzw.  begrenzten Problemstellungen und Widersprüchen. Mit ihm kann auch zusammen mit den Prozess-Stufen 1 und 2 des Modell-Typs 3 (Punkt 5.1 und 5.2.) der ganzheitliche PBP allgemeingültig, detailliert und konkret abgebildet werden. Er hat den Charakter eines invarianten „Problem-Lösungsmoduls“.

Nutzbar ist er in den Prozess-Phasen und Entwicklungs-Stufen des PLP (Bild 9; 10), für erkannte Sekundärprobleme in tieferen Ebenen und für die Problemlösung (PLP) in den Prozess-Stufen 4 bis 7 des Innovationsprozesses (Bild 1).

Modell-Typ 3: Er ist allgemeingültig, detailliert und konkret für den ganzheitlichen PBP. Es gilt für die Entwicklung von innovativen technischen Problem-Lösungen. Er hat Bedeutung vor allem für komplexe Problemstellungen (Bild 9; 10; 15). Durch Spezifikation kann er auf Grund der bestehenden Analogien auch für andere Aufgabenklassen genutzt werden.

II.Grundlagen zu den Prozess-Abläufen und Hinweise/Erfahrungen zur methodisch-systematischen Denk-und Arbeitsweise im PBP

Der erste Schwerpunkt des Beitrages ist auf den Prozess-Modell-Typ 3 gerichtet.

Dieses Prozess-Modell wird in den Punkten 5.1 bis 5.3 durch Prozess-Stufen, Prozess-Phasen, Entwicklungs-Stufen, Arbeitsschritte und typische Zwischenergebnisse strukturiert und durch die Darstellung der Inhalte, methodischen Regeln für eine methodisch-systematische Denk- und Arbeitsweise sowie Hinweise zur Nutzung von innovativen Prinzipien, Katalogen und heuristischen Methoden untersetzt.

Die Prozessabläufe für die Prozess-Stufen 1 und 2 sind für alle Aufgabenklassen für Systementwicklungen allgemeingültig.

Auf folgende Schwerpunkte wird eingegangen:

♦Prozess-Stufe 1 - Problemermittlung/ Aufgabenfindung in Punkt 5.1: Gegenstand sind die Problemerkennung, die Ermittlung des Soll- und Ist-Zustandes, das Herausarbeiten und die Analyse der Widersprüche/ Hindernisse, das Erarbeiten des Problemkerns, das Abheben von ersten Lösungsorientierungen und das Ableiten der innovativen Aufgabenstellung.

♦Prozess-Stufe 2 - Problemaufbereitung/ Aufgabenpräzisierung in Punkt 5.2: Die Schwerpunkte dieser Stufe sind das Prüfen der gegebenen Aufgabenstellung auf Zweckmäßigkeit, das Präzisieren der Zielsetzung und des Anforderungsprofils, die Ist-Standanalyse, das Erkennen, Analysieren und Präzisieren der Defekte/Widersprüche und Teilaufgabenstellungen sowie die Entwicklung des Lösungsweges und des Ansatzes zur Suchfrage im Lösungsprozess durch geeignete Abstraktion. 

Der Prozessablauf für Prozess-Stufe 3 – Problemlösungs-Prozess in Punkt 5.3: Er gilt unmittelbar durch die gewählten Begriffe für die Entwicklung technischer Systeme. Die methodischen Grundsätze sind jedoch auch auf alle anderen Aufgaben-Klassen zur Systement-wicklung übertragbar.

Behandelt werden in Punkt 5.3 die Abläufe und methodischen Regel der

•Orientierungs-, Konzentrations- und Abstraktions-Phase, in der die Suchfrage als Ausgangspunkt der Lösungsfindung abschließend erarbeitet werden muss,

•Prinzip-Findungs- und Bewertungs-Phase, in der durch kreatives methodisch-systematisches Arbeiten und Intuition die innovativen Problemlösungs-Prinzipien generiert werden und die priorisierte Idee bzw. das Lösungskonzept durch Bewertung identifiziert wird,

•Gestaltungs-, Quantifizierungs- und Detaillierungs-Phase, in der die vollständig detaillierte, quantifizierte, alle Anforderungen erfüllende Problemlösung erarbeitet und dokumentiert wird.

•Verifikations- und Optimierungs-Phase, mit der die nachhaltige Eignung der Problemlösung unter praxisgerechten Bedingungen optimiert und nachgewiesen wird.

In allen Phasen werden oft neue Probleme als Sekundärprobleme erkannt. Der für ihre Lösung erforderliche PBP erfolgt ebenso nach den diskutierten methodischen Grundsätzen.

Die mit Modell-Typ 3 vorwiegend “linear“ dargestellte Prozessstruktur bildet den fallspezifischen Prozess-Ablauf für konkrete Problem-situationen nur bedingt ab. Das Vorgehen in den konkreten Prozessabläufen ist geprägt durch Vorgriffe, Auslassungen, Sprünge, Schleifen, Rückkopplungen, quasi paralleles Arbeit und das Arbeiten in verschiedenen Hierarchieebenen nach dem Zerlegungs-, Konkretisierungs- und Kompositions-Prinzip. Teilschritte können situationsabhängig ausgelassen werden. Hierzu ist eine gründliche Auseinandersetzung mit den Merkmalen und Grundsätzen des Problem-Lösungs-Prozesses (Pkt. 6 und Punkt 5.3.1) hilfreich.

Der zweite Schwerpunkt des Beitrages behandelt den Einfluss der methodischen-systemwis-senschaftlichen Grundsätze/Merkmale auf den (PLP).

Die Merkmale sind sehr wichtig für die Strategiebildung und das konkrete Vorgehen. Ihre Wirkungen auf die Prozessabläufe und die Denk- und Arbeitsweise werden in den Punkten 5.3.1 und 6.1 bis 6.6 dargestellt. Sie erfassen die relevanten methodischen Gesetzmäßigkeiten des PLP und sind geeignet für die Modifikation, Spezifikation und Detaillierung des Prozess -Modells in Abhängigkeit der realen Problemstellung.

Für die Praxis wirksame Merkmale sind:

►Ausgangssituation und Aufgabenart/Problemart.

►Arten und Fälle für die kreative Lösungsfindung.

oLösungsfindung für grundlegend neue, anspruchsvolle, extrahierte/“elementare“ Problemstellungen mit Konzentration auf den Widerspruch.

oLösungsfindung für komplexe innovative Problemstellung durch Nutzung von bekannten oder analogen Systemen, z.B. durch Variation, Kombination und Intuition.

oLösungsfindung für grundlegende innovative komplexe Probleme, für deren Entwicklung nicht auf Bekanntes oder Analoges zurückgegriffen werden kann, z.B. Grundsatzverfahren.

►Dekomposition – Konkretisierung – Komposition bzw. das Zerlegen des Systems - die Lösungsfindung für Elemente u. die Synthese zum neuartigen Gesamtsystem.

►Variantenbildung und Varianteneinschränkung.

►Hierarchische Struktur des PLP, die durch die Komplexität des Problems, den allgemeingültigen Systemmerkmalen und durch die methodischen Gesetzmäßigkeiten bestimmt wird.

►Heuristische Methoden, innovative Prinzipien sowie Effekt- und Wirkpaar-Kataloge.

Der dritte Schwerpunkt bezieht sich auf den Modell-Typ 2  für den (PLP).

Mit Modell-Typ 2 wird der PLP allgemeingültig durch 8 invariante Arbeitsschritte strukturiert und zur Konkretisierung durch typische Zwischenergebnisse ergänzt (Bild 18, 10).

Es werden 3 Abschnitte unterschieden. Die Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung der Problem-Lösungs-Findung.

Kreativer Schwerpunkt ist der unmittelbare Lösungs-Schritt mit dem Erarbeiten

→der innovativen Suchfrage,

→dem Generieren von innovativen Lösungs-Varianten, z.B. Ideen, Konzepte und

→dem vorausschauenden, antizipierenden, kreativen Erkennen/Abschätzen, welche Lösung dem idealen Endergebnis nahe kommt oder es erreicht und die besten Erfolgschancen haben könnte.

Die invarianten Arbeitsschritte werden durch typische Merkmale für Zwischenergebnisse untersetzt und durch wirksame methodische Hinweise zur Arbeitsweise ergänzt.

Dieser Modell-Typ 2 kann als “invarianter Lösungsmodul“ aufgefasst werden. Er ist für die Lösungsfindung für technische und nichttech-nische Systeme in allen Prozess-Phasen des PLP nutzbar und darüber hinaus in allen folgenden Problem-Lösungs-Situationen des Innova-tionsprozesses anwendbar. Er unterstützt sowohl die kreative methodisch-systematische und intuitive Lösungsfindung als auch die Strate-giebildung/ Planung für den Lösungsprozess und ist eine Orientierungshilfe für Teamarbeit.

Die Quelle und das Vorgehen für das Neue, für noch nie Dagewesenes liegt für alle Aufgabenklassen zur Entwicklung innovativer Systemlösungen in dem flexiblen, kreativen Arbeits- und Denkprozess für das

►Erkennen und Definieren des Problems und der Widersprüche/Lösungsbarrieren,

►Ableiten, Klären, Präzisieren der innovativen Aufgabenstellung,

►Zerlegen (Dekomposition) der Gesamtheit in lösbare Teilsysteme/Teil-Aufgabenstellungen,

►kreativen Generieren innovativer Lösungen (qualitativ, abstrakt) für Teilsysteme,

►Erkennen/Antizipieren und Auswählen der attraktiven/geeigneten Lösungen (Neuheitsgrad, Nutzen, Machbarkeit),

►das Zusammenführen, die Synthese (Komposition) der Teillösungen zur Gesamtlösung (Gesamtsystem),

►Gestalten, Quantifizieren, Verifizieren, Dokumentieren der Gesamtlösung.

Die aufbereiteten Grundlagen des PBP dürfen nicht als „Rezept“ oder als Anleitung zum formalen Abarbeiten aufgefasst werden. Sie können jedoch mit ihrer Ganzheitlichkeit, Allgemeingültigkeit mit den definierten Grenzen, der Detailliertheit und der erreichten Konkretisierung bei schöpferischer, flexibler Anwendung

♦als Beitrag zur Weiterentwicklung einer praxisgerechten Innovations-Methodik im Rahmen einer breiteren Fachdiskussion dienen,

♦für ein praxisorientiertes Kreativitäts-Training in Problem-Bearbeitungs-Gruppen mit konkreten Problemstellungen aus der Praxis für die Praxis wirksam genutzt werden,

♦dem fortgeschritten Bearbeiter für die Weiterentwicklung seiner methodisch-systematischen Arbeits- und Denkweise Anregungen und Nachhaltigkeit vermitteln.

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                  Kreativität