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Tecnología al Servicio de
                                  la Innovación
                                 Computer Aided Innovation
                         Seminario Internacional de Innovación
                         Sistemática:
                 “Nuevas posibilidades, mejores resultados”
               Organiza:        Cofinanciado por:             Asociados:




 Dr. Noel León Rovira
Objetivo de las herramientas
                                       CAI

                    • El objetivo de estas nuevas herramientas es
                      ayudar a los innovadores, inventores,
                      diseñadores y administradores en su
                      accionar creativo, en busca de cambios de
                      paradigmas.
                    • CAI, por lo tanto, es un cambio de
                      paradigma.



 Dr. Noel León Rovira
CAI: Vision integral

        Una visión integral concibe las herramientas CAI:
        1. Partiendo el “fuzzy front-end” ayudando a percibir
           oportunidades de negocio y exigencias del cliente,
        2. Continuando durante la etapa creativa ayudando a
           desarrollar ideas e invenciones y, finalmente,
        3. Proporcionando ayuda para convertir las invenciones
           en innovaciones exitosas en el mercado.



 Dr. Noel León Rovira
Nuevas TI y CAI

                 Nuevas tecnologías de información y métodos como:
                 • Web semántica,
                 • Minería de datos,
                 • Minería de textos,
                 • Teoría del caos y
                 • Algoritmos evolutivos,
                 se utilizan cada vez más para lograr una mayor
                 precisión en el pronóstico de los próximos pasos en la
                 evolución tecnológica y en el desarrollo de nuevos
                 productos.

 Dr. Noel León Rovira
CAI & TRIZ

                • TRIZ constituye la base de varios paquetes
                  de software que contienen métodos,
                  procedimientos y directrices para ayudar a
                  resolver problemas tecnológicos,
                  administrativos y financieros mediante la
                  ayuda en la generación de conceptos.




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CAI & TRIZ
                          Algunos productos de software
                          TRIZ disponibles en el mercado:
            1. Goldfire Innovator:
            www.inventionmachine.com
            2. Creax Innovation Suite + Creation Suite:
            www.creaxinnovationsuite.com
            http://www.creax.com/CreationSuite.htm
            3. Innovation Workbench (IWB):
            http://www.ideationtriz.com/new/iwb.asp




 Dr. Noel León Rovira
CAI & Mercado
                                (Sosa and Gero,2007).

                  Simulaciones computacionales sobre
                  comportamientos sociales abordan el vínculo
                  entre la creatividad y la innovación con el
                  objetivo de aclarar la interacción entre el
                  agente de cambio con su contexto social y
                  cultural en los procesos de generación y
                  evaluación de las innovaciones.


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CAI & Mercado
                              (Sosa and Gero,2007).
      • Centrado en la idea de grupos sociales, implementado
        sistemas multi-agentes como autómatas celulares.
      • Los miembros interactúan para generar y evaluar una serie de
        ideas.




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CAI & QFD
               QFDesigner: Convierta la voz del cliente en objetivos de diseño




                     http://www.ideacore.com/index.php?option=com_content&view=article&id=111&Itemid=90#

 Dr. Noel León Rovira
CAI & Sentimientos del consumidor




 Dr. Noel León Rovira
CAI & Sentimientos del consumidor




 Dr. Noel León Rovira
CAI & Optimización


                  • Han sido distinguidos tradicionalmente dos
                    tipos de problemas: los que pueden
                    resolverse por métodos de optimización y
                    aquellos que no pueden ser resueltos por
                    tales métodos

                  • (Bendsoe, M.P., Sigmund, O.: “Topology Optimization - Theory,
                    Methods and Applications”, Springer, 2003)



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CAI & Optimización

                   • Mejoras del desempeño son comúnmente
                     obtenidas primero a través de cambios
                     paramétricos cuantitativos: optimización.
                   • Una vez que las mejoras resultantes alcanzan su
                     límite y no son posibles mejoras de desempeño
                     por optimización, nuevas búsquedas deben
                     llevarse a cabo a través de cambios cualitativos o
                     de paradigma lo que conlleva a la innovación.




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CAI & Optimización topológica

                  • Métodos de optimización han sido introducidos en
                    entornos de simulación con mallado para mejorar
                    el rendimiento del producto.
                  • Conocidos como optimización topológica, se
                    utilizan actualmente para encontrar topologías
                    óptimas y formas de partes bajo condiciones
                    dadas.




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CAI & Optimización

                  Optimización topológica




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Optimización topológica




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CAI, AGs & Optimización

                  • Algoritmos evolutivos, también conocidos como
                    algoritmos genéticos o AGs, simulan el método de
                    la evolución biológica.
                  • En la reproducción sexual, los genes de los padres,
                    combinados con mutaciones genéticas aleatorias
                    crean organismos con nuevas características y los
                    organismos menos adaptados al medio a no
                    transmiten sus genes a las generaciones venideras.
                  • Los algoritmos evolutivos trabajan de forma
                    similar, pero dentro de un proceso computacional.


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CAI, AGs & Optimización

                  • A mediados de la década de 1990,
                    ingenieros de General Electric utilizaron
                    métodos evolutivos en una herramienta de
                    diseño llamada EnGENEous, que fue
                    utilizada para encontrar la forma más
                    eficiente de las aspas en los motores a
                    reacción GE90 utilizados en aviones de
                    Boeing 777.


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CAI, AGs & Optimización

      Los algoritmos evolutivos son diferentes de los
      métodos de optimización "clásica" de varias
      maneras:
      • operación aleatoria vs. determinista
      • población vs. mejor solución simple
      • creando nuevas soluciones a través de
        mutaciones
      • combinando soluciones a través de cruzamientos
        y seleccionando soluciones mediante
        “supervivencia del más apto"
 Dr. Noel León Rovira
CAI, AGs & Optimización

                  • Los sistemas CAD y CAE originalmente
                    fueron concebidos para facilitar sólo
                    variaciones paramétricas de los modelos.
                  • La modelación paramétrica ha simplificado
                    el proceso de diseño, ya que permite la fácil
                    modificación de piezas.




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CAI, AGs & Optimización

                  • Nuevos desarrollos están en proceso para la
                    aplicación de métodos que pueden
                    integrarse en los sistemas CAD/CAE
                    convencionales.
                  • Estos nuevos métodos buscan implementar
                    cambios de forma y topología en entornos
                    CAD-CAE que trascienden los valores
                    paramétricos, mientras buscan mejoras en el
                    desempeño con la ayuda de algoritmos
                    genéticos y variaciones de forma y
                    topología. .

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Splinization




     Una optimización paramétrica
  estándar de la geometría no puede
 dar este tipo de resultados, donde no
sólo los parámetros de la función, sino
     también sus formas necesitan
               cambiarse.
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CAI & diseño industrial
                               (Liu, H., Liu, X., 2007 )

                  • Sistemas CAI se usan para producir
                    imágenes en 3D para estimular la
                    creatividad de los diseñadores.
                  • Este enfoque se basa en algoritmos
                    genéticos actuando sobre un árbol binario
                    para generar imágenes 3D.
                  • Este enfoque es ilustrado por un ejemplo de
                    diseño, que utiliza expresiones de función
                    compleja para formar imágenes en 3D de
                    flores artísticas.

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CAI & diseño industrial
                                 (Liu, H., Liu, X., 2007 )
         Este ejemplo de
        diseño de obras de
            arte utiliza
      expresiones generales
       de función compleja
      para formar imágenes
          en 3D de flores
            artísticas.
         Muestra que este
       enfoque es capaz de
         generar algunas
            soluciones
          innovadoras y
      demuestra el poder de
           este enfoque
         computacional.


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CAI & Arte

         Evolvotron es una
       aplicación interactiva
        de "arte generativo"
           para Linux que
       evoluciona imágenes,
        texturas, patrones y
       animaciones a través
            de un proceso
       iterativo de mutación
        aleatoria y selección
       de usuario guiada por
           evolución. (Este
         proceso es también
       conocido como "arte
          evolutivo" o "arte
             genético".)
                   http://www.bottlenose.demon.co.uk/share/evolvotron/index.htm
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Frente de Pareto y Contradicciones Técnicas

          El frente de Pareto     f2(x)


       utilizado en procesos de
         Optimización multi-
         objetivo muestra un
          límite que divide la            Alternative ideal



         región de soluciones                                                        Direction of solution




      factibles del punto donde
       se encuentra la solución   f2(x*)

                  ideal.                                               Ideal point                              Pareto front

         Esto se asemeja a la
       noción de contradicción                                f1(x*)                                    f1(x)

            técnica en TRIZ

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PRONOSTICO DE EVOLUCIÓN

                • Los patrones de evolución de Altshuller
                  parten de la analogía que los sistemas
                  tecnológicos evolucionan de una forma
                  análoga a los organismos vivos,
                • La idea de hibridación es por tanto
                  inherente a los patrones de evolución
                  tecnológicos.




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Mutaciones cataclísmicas


                  • En el Instituto de Tecnológico y de
                    Estudios Superiores de Monterrey se
                    desarrollan investigaciones con vista a la
                    creación de nuevas aplicaciones de
                    algoritmos evolutivos para innovación de
                    productos y buscando los vínculos entre los
                    patrones de evolución y los principios
                    inventivos


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Mutaciones cataclísmicas
                         Interpretaciones geométricas TRIZ




                                                             Spheroidality

                              Segmentation




                                                            Another dimension
                          Assymetry




                            Merging
                                                Use of mechanical vibrations
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Implementación de
                         mutaciones cataclísmicas




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Segmentación




 Dr. Noel León Rovira
Segmentación




                         With the Scrollbar the size of the elements may be
                                       changed in real time




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Hibridación
                                                        Sistema 2
                    Sistema 1
                                                 Características buena y
       Características buena y
                                                         malas
               malas




                                   Nuevo Sistema
                                con lo mejor de ambos




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Mutación
                     Sistema 1
                  Características                  Sub-sistema 2
                                                       Características
                  buena y malas                           nuevas                  .
                                                                                  .
                                                                                      .
                                                                                       .

         Sub-sistema 1
           Características                                               Sub-sistema n
              nuevas                                                      Características
                                                                             nuevas




                                 Nuevo Sistema
                              Nuevas características
                                   superiores
 Dr. Noel León Rovira
Procesos de hibridación tecnológica (según Zlotin)




 Dr. Noel León Rovira
Ejemplos de
    hibridación en
   aerogeneradores




 Dr. Noel León Rovira
Ejemplos de hibridación en
                               aerogeneradores




       Se realizó un proceso de búsqueda con algoritmos genéticos
       (GA) mediante variaciones de la geometría de un generador
                          eólico de tipo Savonius.
        Los resultados fueron evaluados con software de dinámica
                     de fluidos computacional (CFD).

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CFD Analysis




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Ejemplo de hibridación transgénica
                        en generadores eólicos
                          Nuevos tipos de generadores eólicos de eje vertical
                           híbridos resultaron de la combinación de tipos
                                        Savonius y Darrieus

                     a)            b)




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Esferoidalidad?
                                                            Una compañía
                                                                sueca ha
                                                             diseñado una
                                                            nueva turbina
                                                             eólica que es
                                                           muy silenciosa.
                                                            Se basa en seis
                                                            álabes curvos
                                                           conectados a un
                                                            concentrador
                                                              de rotor en
                                                                 ambos
                                                               extremos.
              Parece una esfera y crea un flujo de viento que se
                      asemeja a los rápidos de un río.

 Dr. Noel León Rovira
Nuevos operadores genéticos
                                 dialécticos


     • Se requiere una comprensión más detallada y
       profunda de los enfoques de mutación e
       hibridación.
     • Esto requiere considerar desde el punto de vista de
       la dialéctica que operaciones deberán llevarse a
       cabo para el desarrollo de nuevos productos




 Dr. Noel León Rovira
COMPUTER AIDED INNOVATION



                                                     Está surgiendo
                                                     una nueva
                                                     categoría de
                                                     herramientas
                                                     conocidas como
                                                     CAI
                                                     (innovación/
                                                     inventiva
                                                     asistida por
                                                     computadora)




 Dr. Noel León Rovira
¿Preguntas, comentarios?


                 Innovation Management & Sustainable Technologies
                  (IM&ST)
                 noel.leon@imandst.com

                 Cátedra de Investigación Diseño e Innovación en Ingeniería
                 ITESM, Campus Monterrey
                 noel.leon@itesm.mx

                 Asociación Mexicana de TRIZ (AMETRIZ)

                 Working Group 5.4 Computer Aided Innovation

                 Skype: nleon46


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  • 1. Tecnología al Servicio de la Innovación Computer Aided Innovation Seminario Internacional de Innovación Sistemática: “Nuevas posibilidades, mejores resultados” Organiza: Cofinanciado por: Asociados:  Dr. Noel León Rovira
  • 2. Objetivo de las herramientas CAI • El objetivo de estas nuevas herramientas es ayudar a los innovadores, inventores, diseñadores y administradores en su accionar creativo, en busca de cambios de paradigmas. • CAI, por lo tanto, es un cambio de paradigma.  Dr. Noel León Rovira
  • 3. CAI: Vision integral Una visión integral concibe las herramientas CAI: 1. Partiendo el “fuzzy front-end” ayudando a percibir oportunidades de negocio y exigencias del cliente, 2. Continuando durante la etapa creativa ayudando a desarrollar ideas e invenciones y, finalmente, 3. Proporcionando ayuda para convertir las invenciones en innovaciones exitosas en el mercado.  Dr. Noel León Rovira
  • 4. Nuevas TI y CAI Nuevas tecnologías de información y métodos como: • Web semántica, • Minería de datos, • Minería de textos, • Teoría del caos y • Algoritmos evolutivos, se utilizan cada vez más para lograr una mayor precisión en el pronóstico de los próximos pasos en la evolución tecnológica y en el desarrollo de nuevos productos.  Dr. Noel León Rovira
  • 5. CAI & TRIZ • TRIZ constituye la base de varios paquetes de software que contienen métodos, procedimientos y directrices para ayudar a resolver problemas tecnológicos, administrativos y financieros mediante la ayuda en la generación de conceptos.  Dr. Noel León Rovira
  • 6. CAI & TRIZ Algunos productos de software TRIZ disponibles en el mercado: 1. Goldfire Innovator: www.inventionmachine.com 2. Creax Innovation Suite + Creation Suite: www.creaxinnovationsuite.com http://www.creax.com/CreationSuite.htm 3. Innovation Workbench (IWB): http://www.ideationtriz.com/new/iwb.asp  Dr. Noel León Rovira
  • 7. CAI & Mercado (Sosa and Gero,2007). Simulaciones computacionales sobre comportamientos sociales abordan el vínculo entre la creatividad y la innovación con el objetivo de aclarar la interacción entre el agente de cambio con su contexto social y cultural en los procesos de generación y evaluación de las innovaciones.  Dr. Noel León Rovira
  • 8. CAI & Mercado (Sosa and Gero,2007). • Centrado en la idea de grupos sociales, implementado sistemas multi-agentes como autómatas celulares. • Los miembros interactúan para generar y evaluar una serie de ideas.  Dr. Noel León Rovira
  • 9. CAI & QFD QFDesigner: Convierta la voz del cliente en objetivos de diseño http://www.ideacore.com/index.php?option=com_content&view=article&id=111&Itemid=90#  Dr. Noel León Rovira
  • 10. CAI & Sentimientos del consumidor  Dr. Noel León Rovira
  • 11. CAI & Sentimientos del consumidor  Dr. Noel León Rovira
  • 12. CAI & Optimización • Han sido distinguidos tradicionalmente dos tipos de problemas: los que pueden resolverse por métodos de optimización y aquellos que no pueden ser resueltos por tales métodos • (Bendsoe, M.P., Sigmund, O.: “Topology Optimization - Theory, Methods and Applications”, Springer, 2003)  Dr. Noel León Rovira
  • 13. CAI & Optimización • Mejoras del desempeño son comúnmente obtenidas primero a través de cambios paramétricos cuantitativos: optimización. • Una vez que las mejoras resultantes alcanzan su límite y no son posibles mejoras de desempeño por optimización, nuevas búsquedas deben llevarse a cabo a través de cambios cualitativos o de paradigma lo que conlleva a la innovación.  Dr. Noel León Rovira
  • 14. CAI & Optimización topológica • Métodos de optimización han sido introducidos en entornos de simulación con mallado para mejorar el rendimiento del producto. • Conocidos como optimización topológica, se utilizan actualmente para encontrar topologías óptimas y formas de partes bajo condiciones dadas.  Dr. Noel León Rovira
  • 15. CAI & Optimización Optimización topológica  Dr. Noel León Rovira
  • 17.  Dr. Noel León Rovira
  • 18. CAI, AGs & Optimización • Algoritmos evolutivos, también conocidos como algoritmos genéticos o AGs, simulan el método de la evolución biológica. • En la reproducción sexual, los genes de los padres, combinados con mutaciones genéticas aleatorias crean organismos con nuevas características y los organismos menos adaptados al medio a no transmiten sus genes a las generaciones venideras. • Los algoritmos evolutivos trabajan de forma similar, pero dentro de un proceso computacional.  Dr. Noel León Rovira
  • 19. CAI, AGs & Optimización • A mediados de la década de 1990, ingenieros de General Electric utilizaron métodos evolutivos en una herramienta de diseño llamada EnGENEous, que fue utilizada para encontrar la forma más eficiente de las aspas en los motores a reacción GE90 utilizados en aviones de Boeing 777.  Dr. Noel León Rovira
  • 20. CAI, AGs & Optimización Los algoritmos evolutivos son diferentes de los métodos de optimización "clásica" de varias maneras: • operación aleatoria vs. determinista • población vs. mejor solución simple • creando nuevas soluciones a través de mutaciones • combinando soluciones a través de cruzamientos y seleccionando soluciones mediante “supervivencia del más apto"  Dr. Noel León Rovira
  • 21. CAI, AGs & Optimización • Los sistemas CAD y CAE originalmente fueron concebidos para facilitar sólo variaciones paramétricas de los modelos. • La modelación paramétrica ha simplificado el proceso de diseño, ya que permite la fácil modificación de piezas.  Dr. Noel León Rovira
  • 22. CAI, AGs & Optimización • Nuevos desarrollos están en proceso para la aplicación de métodos que pueden integrarse en los sistemas CAD/CAE convencionales. • Estos nuevos métodos buscan implementar cambios de forma y topología en entornos CAD-CAE que trascienden los valores paramétricos, mientras buscan mejoras en el desempeño con la ayuda de algoritmos genéticos y variaciones de forma y topología. .  Dr. Noel León Rovira
  • 23. Splinization Una optimización paramétrica estándar de la geometría no puede dar este tipo de resultados, donde no sólo los parámetros de la función, sino también sus formas necesitan cambiarse.  Dr. Noel León Rovira
  • 24. CAI & diseño industrial (Liu, H., Liu, X., 2007 ) • Sistemas CAI se usan para producir imágenes en 3D para estimular la creatividad de los diseñadores. • Este enfoque se basa en algoritmos genéticos actuando sobre un árbol binario para generar imágenes 3D. • Este enfoque es ilustrado por un ejemplo de diseño, que utiliza expresiones de función compleja para formar imágenes en 3D de flores artísticas.  Dr. Noel León Rovira
  • 25. CAI & diseño industrial (Liu, H., Liu, X., 2007 ) Este ejemplo de diseño de obras de arte utiliza expresiones generales de función compleja para formar imágenes en 3D de flores artísticas. Muestra que este enfoque es capaz de generar algunas soluciones innovadoras y demuestra el poder de este enfoque computacional.  Dr. Noel León Rovira
  • 26. CAI & Arte Evolvotron es una aplicación interactiva de "arte generativo" para Linux que evoluciona imágenes, texturas, patrones y animaciones a través de un proceso iterativo de mutación aleatoria y selección de usuario guiada por evolución. (Este proceso es también conocido como "arte evolutivo" o "arte genético".) http://www.bottlenose.demon.co.uk/share/evolvotron/index.htm  Dr. Noel León Rovira
  • 27. Frente de Pareto y Contradicciones Técnicas El frente de Pareto f2(x) utilizado en procesos de Optimización multi- objetivo muestra un límite que divide la Alternative ideal región de soluciones Direction of solution factibles del punto donde se encuentra la solución f2(x*) ideal. Ideal point Pareto front Esto se asemeja a la noción de contradicción f1(x*) f1(x) técnica en TRIZ  Dr. Noel León Rovira
  • 28. PRONOSTICO DE EVOLUCIÓN • Los patrones de evolución de Altshuller parten de la analogía que los sistemas tecnológicos evolucionan de una forma análoga a los organismos vivos, • La idea de hibridación es por tanto inherente a los patrones de evolución tecnológicos.  Dr. Noel León Rovira
  • 29. Mutaciones cataclísmicas • En el Instituto de Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey se desarrollan investigaciones con vista a la creación de nuevas aplicaciones de algoritmos evolutivos para innovación de productos y buscando los vínculos entre los patrones de evolución y los principios inventivos  Dr. Noel León Rovira
  • 30. Mutaciones cataclísmicas Interpretaciones geométricas TRIZ Spheroidality Segmentation Another dimension Assymetry Merging Use of mechanical vibrations  Dr. Noel León Rovira
  • 31. Implementación de mutaciones cataclísmicas  Dr. Noel León Rovira
  • 33. Segmentación With the Scrollbar the size of the elements may be changed in real time  Dr. Noel León Rovira
  • 34. Hibridación Sistema 2 Sistema 1 Características buena y Características buena y malas malas Nuevo Sistema con lo mejor de ambos  Dr. Noel León Rovira
  • 35. Mutación Sistema 1 Características Sub-sistema 2 Características buena y malas nuevas . . . . Sub-sistema 1 Características Sub-sistema n nuevas Características nuevas Nuevo Sistema Nuevas características superiores  Dr. Noel León Rovira
  • 36. Procesos de hibridación tecnológica (según Zlotin)  Dr. Noel León Rovira
  • 37. Ejemplos de hibridación en aerogeneradores  Dr. Noel León Rovira
  • 38. Ejemplos de hibridación en aerogeneradores Se realizó un proceso de búsqueda con algoritmos genéticos (GA) mediante variaciones de la geometría de un generador eólico de tipo Savonius. Los resultados fueron evaluados con software de dinámica de fluidos computacional (CFD).  Dr. Noel León Rovira
  • 39. CFD Analysis  Dr. Noel León Rovira
  • 40. Ejemplo de hibridación transgénica en generadores eólicos Nuevos tipos de generadores eólicos de eje vertical híbridos resultaron de la combinación de tipos Savonius y Darrieus a) b)  Dr. Noel León Rovira
  • 41. Esferoidalidad? Una compañía sueca ha diseñado una nueva turbina eólica que es muy silenciosa. Se basa en seis álabes curvos conectados a un concentrador de rotor en ambos extremos. Parece una esfera y crea un flujo de viento que se asemeja a los rápidos de un río.  Dr. Noel León Rovira
  • 42. Nuevos operadores genéticos dialécticos • Se requiere una comprensión más detallada y profunda de los enfoques de mutación e hibridación. • Esto requiere considerar desde el punto de vista de la dialéctica que operaciones deberán llevarse a cabo para el desarrollo de nuevos productos  Dr. Noel León Rovira
  • 43. COMPUTER AIDED INNOVATION Está surgiendo una nueva categoría de herramientas conocidas como CAI (innovación/ inventiva asistida por computadora)  Dr. Noel León Rovira
  • 44. ¿Preguntas, comentarios? Innovation Management & Sustainable Technologies (IM&ST) noel.leon@imandst.com Cátedra de Investigación Diseño e Innovación en Ingeniería ITESM, Campus Monterrey noel.leon@itesm.mx Asociación Mexicana de TRIZ (AMETRIZ) Working Group 5.4 Computer Aided Innovation Skype: nleon46  Dr. Noel León Rovira