Морфологический анализ и синтез решений

Метод морфологического анализа и синтеза проектных решений разработан швейцарским астрономом Ф. Цвики в 30-х годах прошлого столетия. Метод основан на комбинаторике и заключается в следующем:

· в совершенствуемой системе выделяют несколько характеристик структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать какой-то параметр или характеристику системы, от которых зависит решение задачи и достижение основной цели;

· по каждому выделенному морфологическому признаку составляют список его различных конкретных вариантов, альтернатив. Признаки с альтернативами можно располагать в форме таблицы, называемой морфологическим ящиком, что позволяет лучше представить себе поисковое поле;

· перебирая всевозможные сочетания альтернативных вариантов выделенных признаков, можно выявить новые варианты решения задачи, которые при простом переборе могли быть упущены.

Примеры использования метода: проектирование нового вида бизнеса, проектирование индивидуального строительства и др.

Метод предусматривает выполнение работ в пять этапов:

1. Точная формулировка задачи, подлежащей решению.

2. Составление списка всех морфологических признаков, т.е. всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение задачи и достижение основной цели.

3. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку (характеристике) путем составления матрицы. Каждая из N характеристик (параметров, морфологических признаков) обладает определенным числом Ki различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Тогда полное число решений, составленное из совокупности всех возможных вариантов, определяется как произведение Ki. В каждой точке N-мерного пространства, характеризуемой N конкретными координатами, находится одно возможное решение.

4. Определение функциональной ценности всех полученных вариантов решений. Это наиболее ответственный этап метода. Должны быть рассмотрены все N вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы, и проведено их сравнение по одному или нескольким наиболее важным для данной системы показателям.

5. Выбор наиболее рациональных решений. Нахождение оптимального варианта может осуществляться по лучшему значению наиболее важного показателя системы.

Недостатки применения морфологического анализа заключаются в том, что не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности того или иного варианта решения.

К модификациям морфологического метода относятся:

· метод «матриц открытия»;

· метод десятичных матриц поиска;

· метод семикратного поиска;

· комбинаторный метод.

Суть метода «матриц открытия» заключается в построении таблицы, в которой пересекаются два ряда характеристик. Если в морфологическом анализе все выбранные характеристики относятся к строению объекта, то в этом методе часть из них может касаться, например, условий потребления, производства, эксплуатации и т.д. Сам метод не дает законченных решений, но создает возможность для ассоциаций, постановки новых проблем.

Таблица 3.2

Структура «матрицы открытия»

Метод десятичных матриц поиска включает поиск новых технических решений на основе анализа результатов систематического применения десяти эвристических приемов к каждому из десяти показателей технической системы. Такая классификация позволяет построить десятичную матрицу поиска, в строках которой записаны основные изменяемые показатели, характеристика технического объекта, а в столбцах – основные группы эвристических приемов. Каждая ячейка матрицы соответствует определенному изменению какого-либо из основных параметров объекта и готовых технических решений еще не содержит, но способствует возникновению ассоциаций, активизирует поиск идеи решения.

Особенностью метода семикратного поиска является деление всех стадий и элементов процесса поиска решений на 7 частей, что связано со способностями мозга воспринимать и эффективно перерабатывать информацию в названных пропорциях.

Комбинаторный метод состоит в сведении проблемной ситуации к задаче формирования принципов действия. Эту задачу можно решить только с помощью методов, имеющих базу знаний, элементами которой должны быть эффекты. Искомый принцип действия определяют с помощью комбинирования элементарных эффектов. Процесс комбинирования осуществляется по определенным правилам, которые должны обеспечить формирование таких совокупностей эффектов, которые будут согласованы как между собой, так и с условиями решаемой задачи. Эффективный алгоритм метода можно представить следующим образом:

· определите цель, которую необходимо достичь для разрешения рассматриваемой проблемной ситуации. Под целью понимается любое желательное изменение элемента среды (результат функционирования проектируемой системы;

· определите среду, в которой будет функционировать проектируемая система. Под средой функционирования будем понимать то или иное явление, указанное (явно или неявно) в ситуационной части проблемы;

· сформулируйте функцию проектируемой системы в общетехнических терминах;

· сформулируйте на основании функции проектируемой системы задачу формирования принципов действия.

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ (АРИЗ)

Смысл АРИЗ состоит в том, чтобы путем сравнения идеального и реального выявить техническое противоречие или его причину – физическое противоречие – и устранить (разрешить) их, перебрав варианты их устранения.

АРИЗ состоит из следующих этапов:

1. Формулировка исходной задачи в общем виде.

2. Обработка и уточнение задачи с учетом действия вектора психологической инерции и технических решений в данной и других областях

3. Изложение условий задачи, состоящей из перечисления элементов технической системы и нежелательного эффекта, производимого одним из элементов.

4. Формулировка по определенной схеме идеального конечного результата, который служит ориентиром.

5. В сравнении с идеальным конечным результатом реального технического объекта выявляется техническое противоречие, а затем его причина – физическое противоречие.

К недостаткам АРИЗ относится то, что он чрезвычайно трудоемкий, не предусмотрено решение задач синтеза, а также отсутствует анализ структуры противоречия технической системы.

Обобщенный алгоритм поиска новых технических решений состоит из 17 этапов, при прохождении которых используется большой информационный аппарат, состоящий из 8 массивов информации.