2014-02-09
1396
Этот метод относится к числу эвристических. Он был разработан в 30-х годах швейцарским астрономом Цвекки для конструирования астрономических приборов. Метод основан на комбинаторики, суть его состоит в том, что в интересующем или рассматриваемом изделии, или объекте выделяют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают возможные варианты его исполнения или реализации, комбинируя варианты между собой можно получить множество различных решений, в том числе, представляющих практический интерес, при этом составляют морфологическую таблицу. В эту таблицу заносят признаки и альтернативные варианты их исполнения или реализации.
Из множества получаемых комбинаций вариантов выбирают наиболее подходящие и наилучшие решения. Существует несколько модификаций методов, мы рассмотрим наиболее распространенную модификацию, которая основана на функциональном подходе, в качестве признаков в этой модификации берут функции элементов, узлов деталей, объектов, а в качестве альтернативных вариантов – различные способы реализации каждой функции. Решение задачи начинается с предварительной постановки задачи.
После постановки задачи выбирают критерий качества – наиболее важный количественный показатель или параметр, который используется для оценки вариантов технического решения. За критерий качества обычно принимают какой-либо критерий развития или другой наиболее важный показатель. Критериями развития принято называть параметры и показатели, которые на протяжении длительного времени существования рассматриваемого класса объектов имеют тенденцию монотонного изменения или поддержания на определенном уровне при достижении своего предела.
Выбор критерия развития осуществляется с учетом принятой классификации:
1) Функциональный критерий: производительность, точность, надежность, специальные критерии.
2) Технологические: трудоемкость изготовления, технологические возможности, использование материалов, разделение объекта на элементы.
3) Экономические критерии: затраты материалов, затраты энергии, затраты на подготовку и получение информации, габаритные размеры объекта.
4) Антропологические критерии: эргономичность объекта, красота объекта, безопасность объекта, экологичность объекта.
После рассмотрения предварительной постановки задачи и выбора критерия качества строится конструктивная функциональная структура прототипа. Такая структура представляет собой ориентированный граф, вершинами которого являются наименования элементов объекта и объектов окружающей среды, а ребрами являются функции элементов. Такая конструктивная функциональная схема позволяет получить наглядное и цельное представление об объекте с функциональной точки зрения.
Рассматриваемый метод обладает важным достоинством, оно заключается в том, что метод позволяет каждый элемент рассматривать как отдельный технический объект, разделив его на свои функциональные элементы, и построив для элемента свою функциональную схему. Это делается в тех случаях, когда наряду с улучшение объекта в целом специально рассматривается задача улучшения какого-то или каких-то элементов. При этом появляются дополнительные конструктивные функциональные схемы для последующего рассмотрения.
На основе конструктивной функциональной схемы строится морфологическая таблица, она состоит из нескольких столбцов, число которых обычно равно числу функциональных элементов, заголовками столбцов являются функции элементов. В таблице столбцы элементов рекомендуется располагать в таком порядке, чтобы наиболее конструктивно связанные элементы находились по возможности в соседних столбцах. Иногда морфологическую таблицу целесообразно строить не на основе функциональной схемы одного конкретного прототипа, а на основе обобщения ряда прототипов, выделяя в них характерные функциональные элементы и формулируя для них обобщенны функции, которые становятся заголовками исходной морфологической таблицы.
В дальнейшем для рассмотрения алгоритма, используемого для реализации метода, будем обозначать через А[i,k] альтернативный вариант исполнения или реализации функций в столбце, i – порядковый номер столбца (функции), k – порядковый номер альтернативного варианта.
n[i] – число альтернативных вариантов в столбце, m – общее число столбцов.
Заполнение морфологической таблицы начинается с элементов прототипа, затем записывают возможные, наиболее интересные и эффективные варианты их реализации, после заполнения морфологической таблицы в каждом столбце выявляют эффективные комбинации альтернативных вариантов, т.е. такие комбинации двух и более вариантов, которые в значительно большей мере устраняют какой-либо недостаток прототипа или улучшают критерий качества, чем отдельный вариант.
Такие эффективные комбинации также записывают в таблицы в соответствующих столбцах в качестве дополнительных альтернативных вариантов.
| Ф1 | Ф2 | Ф3 | Ф4 | Ф5 |
| А[1,1] | A[2,1] | A[3,1] | A[4,1] | A[5,1] |
| A[1,2] | A[2,2] | A[3,2] | A[4,2] | A[5,2] |
| ... | ... | ... | ... | ... |
| A[1,n1] | A[2,n2] | A[3,n3] | A[4,n4] | A[5,n5] |
Следующим этапом работы с морфологической таблицей является выбор наиболее приемлемых или эффективных комбинаций технических решений сделать это чаще всего нелегко из-за большого числа комбинаций N, N=n1*n2*...*ni...*nm, здесь ni – число альтернативных вариантов в соответствующем столбце, а m – число столбцов, поэтому встает задача уменьшения числа m до некоторого обозримого значения. Существует два пути уменьшения m. Первый способ состоит в последовательно отбрасывании наименее эффективных и наименее перспективных вариантов в каждом столбце. Второй способ заключается в уменьшении числа столбцов таблицы, при этом среди всех функциональных узлов выделяют основные, которые решающим образом влияют на эффективность и качество изделия, а остальные считают второстепенными и их исключают.
В новой морфологической таблице проводят последовательный синтез вариантов технических решений и сравнение этих вариантов между собой. Процесс трудоемкий, поэтому предлагается, так называемая, экономная процедура сокращения числа сравниваемых вариантов. При выполнении процедуры образуют различные альтернативные комбинации из нескольких элементов (из двух отбрасывают худший, затем из трех, затем из четырех и т.д.).
К наихудшим вариантам относят нереализуемые или несовместимые комбинации, труднореализуемые и наиболее затратные комбинации, комбинации в наименьшей мере устраняющие недостатки прототипа или в наименьшей степени улучшающие критерий качества.
Рассмотрим экономную процедуру на конкретном абстрактном примере, который представим следующей таблицей.
| Ф1 | Ф2 | Ф3 | Ф4 | Ф5 |
| A[1,1] | A[2,1] | A[3,1] | A[4,1] | A[5,1] |
| A[1,2] | A[2,2] | A[3,2] | A[5,2] | |
| A[1,3] | A[2,3] | A[3,3] | ||
| A[1,4] | A[3,4] |
1) В исходной таблице выбираем два столбца, имеющие наименьшее число альтернативных варинатов. (выбираем 4 и 5 столбцы) И образуем из их элементов всевозможные парные комбинации.
| A[5,1] | A[5,2] | |
| A[4,1] | A[4,1]A[5,1] | A[4,1]A[5,2] |
Комбинации осматриваются и сравниваются экспертом. Пусть в обе комбинации допустимые и равноценные по некоторому критерию, оставляем их.
2) Выбираем из исходной таблицы следующий столбец с наименьшим числом альтернативных вариантов (из нерассмотренных). (второй столбец) С помощью вариантов этого столбца и допустимых комбинаций оставшихся комбинаций из таблицы 2, образуем всевозможные комбинации из трех элементов и строим таблицу 3.
| A[2,1] | A[2,2] | A[2,3] | |
| A[4,1]A[5,1] | A[4,1]A[5,1]A[2,1] | A[4,1]A[5,1]A[2,2] | A[4,1]A[5,1]A[2,3] |
| A[4,1]A[5,2] | A[4,1]A[5,2]A[2,1] | A[4,1]A[5,2]A[2,2] | A[4,1]A[5,2]A[2,3] |
Каждый вариант оценивает эксперт и оценивает, что оставить, а что выбрать. Предположим, что анализ комбинаций позволил отнести к наихудшим и исключить выделенные курсивом.
3) Выбираем из исходной таблицы следующий столбец с наименьшим числом элементов. (пусть первый столбец)
И далее с помощью оставшихся допустимых комбинаций из таблицы 3 образуем всевозможные комбинации из четырех элементов и строим таблицу 3.
| A[1,1] | A[1,2] | A[1,3] | A[1,4] | |
| A[4,1]A[5,1]A[2,3] | A[4,1]A[5,1]A[2,3] A[1,1] | A[4,1]A[5,1]A[2,3] A[1,2] | A[4,1]A[5,1]A[2,3] A[1,3] | A[4,1]A[5,1]A[2,3] A[1,4] |
| A[4,1]A[5,2]A[2,1] | A[4,1]A[5,2]A[2,1] A[1,1] | A[4,1]A[5,2]A[2,1] A[1,2] | A[4,1]A[5,2]A[2,1] A[1,3] | A[4,1]A[5,2]A[2,1] A[1,4] |
| A[4,1]A[5,2]A[2,2] | A[4,1]A[5,2]A[2,2] A[1,1] | A[1,2] A[4,1]A[5,2]A[2,2] | A[4,1]A[5,2]A[2,2] A[1,3] | A[4,1]A[5,2]A[2,2] A[1,4] |
Оцениваем, что оставим, а что отбросим (отброшенные курсивом).
По аналогии с предыдущими пунктами образуем таблицу вариантов для оставшегося столбца (имеющего наибольшее число альтернатив).
В самой последней таблице после исключения наихудших комбинаций остается множество допустимых вариантов.
Если допустимых вариантов окажется довольно много, проводят сокращение оставшихся вариантов, их оценивают по дополнительным наиболее важным критериям.
После этого оставшееся множество допустимых вариантов упорядочивают по критерию качества от лучших к худшим, если же имеет место равные или близкие критерии качества, то в вариантах учитывают степени устранения недостатков прототипа.
После упорядочивания выбирают несколько 3-5 наиболее эффективных вариантов решений для дальнейшей проработки.
