Метод морфологического анализа

Суть метода состоит в том, что в системе выделяют несколько характерных (структурных или функциональных) признаков. Каждый из них может характеризовать какой-то параметр или характеристику системы, от которых зависит решение проблемы. По каждому выделенному признаку составляют список его различных вариантов-альтернатив. Признаки с альтернативами располагают в таблицу - «морфологический ящик». Перебирая всевозможные сочетания этих альтернатив, можно выявить новые варианты решения. Модификации морфологического метода – матричные методы.

Морфологический анализ - эффективный способ решения системных задач требующих нетрадиционного, оригинального решения. Идеи современного морфологического анализа были впервые опробованы монахом Раймондом Лулием (примерно 1235 - 1316 г.г.). Вторую жизнь методу дал известный швейцарский астрофизик, работавший в США в середине XX века Фриц Цвикки. Используя свой метод Ф.Цвикки, смог генерировать внушительное количество оригинальных решений для задач ракетостроения. Название метода «морфологический» частенько заменяют термином «метод Цвики». Сейчас морфологический анализ широко применяется в различных областях человеческой деятельности. Развитие метода сформировало отдельное его направление – Теорию Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ Г.С. Альтшуллера).

Основной идеей морфологического анализа является упорядочение процесса выдвижения и рассмотрения различных вариантов решения задачи. Расчет строится на том, что в поле зрения могут попасть варианты, которые ранее не рассматривались. Принцип морфологического анализа легко реализуется с помощью компьютерных средств. Морфологический анализ основан на следующих последовательных действиях-шагах – алгоритме.

Рисунок 7.3.1 Алгоритм проведения морфологического анализа

Принцип морфологического анализа рационален для достаточно простых систем – рекламы, дизайна и т.д. Для объектов имеющих большое количество элементов и множество вариантов, таблица становится громоздкой и метод становится трудоемким. Таблица для анализа вариантов для попарного сочетания и выбора оптимального приведена ниже.

Таблица 7.3.1 Таблица морфологического анализа

для попарного сочетания вариантов

	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4

Основными преимуществами морфологического анализа считаются:

· равноценность всех элементов анализируемого объекта;

· максимальная четкость формулировки поставленной задачи;

· снятие ограничений в анализе элементов исследуемого объекта;

· возможность получения новых и/или развития уже имеющихся идей.

Основные схемы морфологического анализа:

Метод выделения опорных элементов исследуемой системы и работа с комбинациями вариантов решения;

Метод отрицания и конструирования. В основе этого метода морфологического анализа - замена сформулированных идей на противоположные и анализ несоответствий;

Метод морфологического ящика (наиболее приемлем для больших и сложных объектов). Состоит в определении всех возможных параметров решения задачи, формирования матрицы и анализ различных сочетаний до выбора наилучшего варианта сочетания.

Метод наблюдения

Метод наблюдения один из основных методов сбора первичной информации. Наблюдение простой и распространенный в силу его дешевизны и доступности метод. По этим характеристикам, наблюдение может обойти, пожалуй, только метод совещания.

Наблюдение - это получение информации (сбор и регистрация) в открытом или скрытом варианте о процессе поведения и о свойствах изучаемого объекта.

Основными задачами наблюдения, например, в торговой организации, являются:

Определение частоты посещения

Определение пола и возраста клиентов

Определение продолжительности процесса покупки, процесса выбора товара и пр.

Оценка эффективности места расположения объекта и возможность путей подхода к этой точке.

При проведении наблюдения необходим специальный инструментарий. Это может быть: дневник наблюдения, карточки для регистрации, протокол наблюдения, аудиовизуальные средства фиксации.

Достоверность и надёжность данных по результатам наблюдения могут быть повышены при следовании следующим правилам:

· Максимально дробно фиксировать элементы наблюдаемых событий, пользуясь четкими критериями (индикаторами).

· Наблюдать один и тот же объект следует в разных ситуациях. Например, психолого-социологические наблюдения за сотрудниками может проводиться в нормальных, стрессовых, стандартных и конфликтных ситуациях.

· Контролировать достоверность описания фактических событий или их элементов, не подменяя их эмоциональными или желаемыми представлениями.

· Основные наблюдения предпочтительнее проводить несколькими лицами по единой технологии, для сопоставления впечатлений, оценок, интерпретаций.

Рисунок 7.4.1 Этапы проведения наблюдения

Наблюдения могут быть классифицированы по различным признакам: по степени формализации, по положению наблюдения, по условиям организации наблюдения, по регулярности наблюдения.

Таблица 7.4.1 Классификация видов наблюдения

Классификационный признак (критерий)	Вид наблюдения	Особенности
По степени формализации	Контролируемые наблюдения	Организовываются по четкому формализованному плану, процедурам. Обязательно наличие разработанного списка признаков событий, инструкций для наблюдателей, регистрационного инструментария.
Неконтролируемые наблюдения (нестандартизированные, бесструктурные)	Наблюдения проводятся лишь по общему принципиальному плану, результаты фиксируются в свободной форме.
По принципу положения наблюдения	Включенные наблюдения	Имитируется вхождение в среду объекта, адаптация и сбор информации «изнутри». Исследователь может работать как в открытом, так и в закрытом (инкогнито) варианте.
Не включенные наблюдения (простое)	Регистрация событий проводится «со стороны». При этом желательно наблюдателю быть «невидимым», чтобы уменьшить помехи, вносимые при его исследовании.
По условиям организации наблюдения	Полевые наблюдения	Наблюдение проводится в естественных условиях.
Лабораторные наблюдения	Ситуация для наблюдения создается экспериментально, искусственно.
По регулярности наблюдения	Систематические наблюдения	Регулярная фиксация, как правило, по определенному графику в соответствии с программой наблюдения.
Случайные наблюдения (не-систематические)	Наблюдения, не предусмотренные исследовательской программой.

В заключении хочет отметить, что наблюдение с исследовательской, научной целью отличается от наблюдения обывательского, прежде всего тем, что оно подчинено четкой цели и задачам, во-вторых, планируется и проводится по специальной процедуре.

Морфологический анализ разработан в 1942 г. швейцарским астрономом Ф. Цвикки, который в этот период был привлечен к участию в ранних стадиях ракетных исследований и разработок в американской фирме «Аэроджет инжиниринг корпорейшн». С по­мощью метода морфологического ящика, наиболее разра­ботанного из всех методов морфологического анализа, созданных Ф. Цвикки, ученому удалось за короткое время получить значи­тельное количество оригинальных технических решений в ракето­строении, чем он очень удивил ведущих специалистов и руководи­телей фирмы. Многие из предложенных решений были впоследст­вии реализованы.

В дальнейшем Ф. Цвикки создал еще несколько методов: систе­матического покрытия поля поиска; отрицания и конструирования; экстремальных ситуаций; сопоставления совершенного с дефект­ным и метод обобщения. Но все эти методы могут рассматривать­ся как дополнения к морфологическому ящику, наиболее универсальному и перспективному методу, основанномуна морфологиче­ском подходе.

Сам морфологический анализ опередил эру системных исследо­ваний и стал первым ярким примером системного подхода в области изобретательства. По мнению Ф. Цвикки, предметом метода морфо­логического ящика является проблема вообще (техническая, науч­ная, социальная и т. д.). Он допускает, что точная формулировка проблемы автоматически раскрывает наиболее важные параметры, от которых зависит ее решение, и каждый такой параметр может быть разбит на ряд значений. Причем любое сочетание значений параметра считается принципиально возможным. Основ­ной принцип такого анализа, в частности метода морфологическо­го ящика, состоит в систематическом исследовании всех мыслимых вариантов, вытекающих из закономерностей строения (т. е. морфо­логии) совершенствуемой системы.

Морфологический метод исследования был применен к целому ряду систем: по утверждению Ф. Цвикки, более 70 крупных про­мышленных фирм используют его при решении разнообразных научно-технических задач. В результате применения своего метода сам Ф. Цвикки создал серию оригинальных изобретений, в том числе баллистические устройства, оригинальные силовые установки, взрывчатые вещества, способ комбинированной фотографии и т. д.

Сущность анализа заключается в следующем. В совершенствуе­мой технической системе выделяют несколько характерных для нее структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать, например, какой-то кон­структивный узел системы, какую-то ее функцию, какой-то режим работы системы, т. е. параметры или характеристики системы, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

По каждому выделенному морфологическому признаку состав­ляют список его различных конкретных вариантов, альтернатив, технического выражения. Признаки с их 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.

Метод предусматривает выполнение работ в пять этапов:

1. Точная формулировка задачи (проблемы), подлежащей ре­шению.

Если первоначально ставится вопрос об одной конкретной си­стеме, метод непосредственно обобщает изыскание на все возмож­ные системы с аналогичной структурой и в итоге дает ответ на бо­лее общий вопрос. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу - снегохода.

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

Точная формулировка задачи и определение класса изучаемых систем (устройств) позволяют раскрыть основные признаки или па­раметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признака­ми могут быть: А-двигатель, Б-движитель, В-опора кабины, Г - управление, Д - обеспечение заднего хода и т. д.

3. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологиче­скому признаку (характеристике) путем составления матрицы.

Каждая из п характеристик (параметров, морфологических при­знаков) обладает определенным числом ki различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Например, для снегохода варианты: A 1 - двигатель внутреннего сгорания, А 2 - газовая турбина, А 3 -электродвигатель, А 4 -реактивный двига­тель и т. д.; B 1 - воздушный винт, Б 2 - гусеницы, Б 3 - лыжи, Б 4 - снегомет, Б 5 - шнеки и т. д.; B 1 - опора кабины на снег, В 2 - на двигатель, В 3 - на движитель и т. д. Сочетание одного из возмож­ных вариантов морфологического признака с другими от каждого признака дает одно из возможных технических решений.

Структура технической системы может быть выражена морфо­логическими признаками (например, в приведенном выше приме­ре-формулой АБВГД...), но сочетание их конкретных вариантов (например, А 1 Б 2 B 1 Г 3 Д 2) -лишь одно конкретное из множества технических решений, вытекающих из закономерностей строения системы.

Совокупность всех возможных вариантов, каждого из перечис­ленных морфологических признаков, выраженная в виде матрицы, дает возможность определить полное число решений в этом случае

Если в приведенном выше примере ограничиться только назван­ными морфологическими признаками, то число возможных вариан­тов решений будет определяться следующим образом:

Если построить n-мерное пространство (где п- количество мор­фологических признаков) и на каждой из осей, принадлежащей одному из признаков, отложить все возможные его варианты, то по­лучим «морфологический ящик» (название удачное для трехмер­ного пространства, т. е. для трех признаков). В каждой точке его, характеризуемой п конкретными координатами, находится одно возможное техническое решение.

Очень важно, чтобы вплоть до данного момента не ставился вопрос о практической осуществимости и ценности того или иного варианта решения. Такая преждевременная оценка всегда наносит ущерб беспристрастному применению морфологического метода. Однако сразу после получения всех возможных решенийможно со­поставить их с любой системой принятых критериев.

4. Определение функциональной ценности всех полученных ва­риантов решений.

Это наиболее ответственный этап метода. Чтобы не запутаться в огромном числе решений и деталей, оценка их характеристик должна проводиться на универсальной и, по возможности, простой основе, хотя это не всегда легкая задача.

Должны быть рассмотрены все N вариантов решений, вытекаю­щих из структуры морфологической таблицы, и проведено их срав­нение по одному или нескольким наиболее важным для данной технической системы показателям.

5. Выбор наиболее рациональных конкретных решений.

Нахождение оптимального варианта может осуществляться по лучшему значению наиболее важного показателя технической си­стемы.

Морфологический анализ создает основу для системного мыш­ления в категориях основных структурных признаков, принципов и параметров, что и обеспечивает высокую эффективность его приме­нения. Он является упорядоченным способом исследования, позво­ляющим добиться систематического обзора всех возможных реше­ний данной крупномасштабной проблемы. Метод строит мышление таким образом, что генерируется новая информация, касающаяся тех комбинаций, которые при бессистемной деятельности вообра­жения ускользают от внимания.

Хотя морфологическому образу мышления внутренне присуще убеждение, что все решения могут быть реализованы, при этом, естественно, многие из них оказываются сравнительно тривиальны­ми. Трудность применения морфологического анализа заключает­ся в том, что до сих пор не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности то­го или иного варианта решения. Если бы он был найден, то можно было, исходя только из теоретических соображений, выбирать оп­тимальную комбинацию элементов для каждого проектируемого устройства. Таким образом, процесс изобретения был бы за­менен непосредственным анализом альтернативных вариантов, что по силам и ЭВМ. Чаще всего, конечно, оказывается, что рабо­чие характеристики устройства, в основу построения которого по­ложена неизвестная ранее комбинация элементов, являются более или менее неопределенными.

Наиболее целесообразно использовать морфологический анализ при решении конструкторских задач общего плана: при проекти­ровании машин и поиске компоновочных или схемных решений. Например, требуется предложить новый тип индивидуального транспорта в условиях города, выбрать рациональную конструк­цию подводного (донного) транспорта и т. д. Метод может при­меняться для выполнения простых изобретений, а также при про­гнозировании развития технических систем, при определении возможности патентования в том или ином абстрактном виде ком­бинаций основных параметров с целью «заблокировать» будущие изобретения.

Создавая морфологический анализ, Ф. Цвикки основное вни­мание уделял не столько совершенствованию уже созданных им методов, сколько разработке новых, которые обеспечат их различ­ные практические приложения.

В целях повышения эффективности и расширения возможно­сти применения морфологического метода и в нашей стране ведет­ся его дальнейшее изучение и доработка. Так, В. М. Одриным и С. С. Картавовым проведен глубокий теоретический анализ метода, сформулированы основные понятия и термины, предложе­ны новые принципы и подходы к анализу и синтезу технических систем.

Метод матриц открытия

Этот метод разработан в 1955 г. во Франции. Его автор А. Моль. Метод матриц открытия близок к известному морфологическому методу Ф. Цвикки, но имеет свои специфические особенности. Как и в методе Ф. Цвикки, он преследует цель систематически исследовать все мыслимые варианты, вытекающие из закономерностей строения (морфологии) усовершенствуемого объекта и изучения поля возможных технических решений. Но метод А. Моля дает возможность гораздо проще ограничить рассматриваемые варианты приемлемым их числом. В наиболее простом виде суть метода матриц открытия заключается в построении матрицы, в которой пересекаются два ряда характеристик (вертикальный и горизонтальный). Ряды могут быть упорядоченными и неупорядоченными, выражены количественно и качественно. Если в морфологическом ящике все выбранные характеристики относятся к объекту, то у А. Моля часть из них может относиться, например, к условиям производства, потребления, эксплуатации и т. п.

Метод морфологического анализа предполагает специальную систематическую и планомерную работу с морфотаблицами и морфологическим ящиком. В отличие от большинства приемов ТРИЗ, эти игры и упражнения не получится проводить от случая к случаю, безсистемно. Но затраченные усилия вполне оправдывают себя. У ребенка развивается творческое воображение, формируется представление о мире как о бесконечном сочетании различных элементов, которыми можно управлять, метод способствует преодолению инерционности мышления и активизации творческих процессов. Морфологический анализ – это метод систематизации перебора вариантов всех теоретически возможных решений, основанный на анализе структуры объекта.

Метод морфологического анализа в его современном виде появился в 30-х годах прошлого века. Автором метода является Фриц Цвикки, швейцарский астроном, который использовал данный подход в ракетостроении. Благодаря методу морфологического анализа он смог не только за короткое время получить большое количество оригинальных технических решений, но и предсказать существование нейтронных звезд, а так же предположить существование «адских звезд», описание которых крайне схожи с открытыми сорок лет спустя черными дырами.

Но корни метода морфологического анализа уходят в глубокую древность. Монах и логик Раймонд Луллий (1235-1315 гг.) в своем труде «Великое искусство» писал о том, что путем систематической комбинации очень малого числа принципов имеется возможность разрешить все проблемы философии и метафизики. Девять принципов Р. Луллия воплотились в приборах, где блоки одних окружностей вращались вокруг других. В результате перемещения окружностей относительно друг друга можно было получать различные высказывания и суждения. В современной ТРИЗ-педагогике используются упрощенные и модернизированные « ».

У Луллия были свои последователи и почитатели. Среди них – Джордано Бруно, отмечавший, что человеческое знание согласовано с природой и понятия ума соответствуют иерархии вещей и Г.Лейбниц, написавший труд «О сочетательном искусстве».

Морфологический анализ основан на построении таблицы, в которой перечисляются все основные элементы, составляющие объект и указывается по возможности большее количество известных вариантов реализации этих элементов. Комбинируя варианты реализации элементов объекта, можно получить самые неожиданные новые решения, в поле зрения могут попасть варианты, которые ранее не рассматривались.

Последовательность действий при морфологическом анализе:

1. Точно сформулировать проблему.

2. Определить важнейшие элементы.

3. Определить варианты исполнения элементов.

4. Занести их в таблицу.

5. Оценить все имеющиеся в таблице варианты.

6. Выбрать оптимальный вариант.

Морфологическую таблицу можно представить в виде двух осей координат – по вертикали и по горизонтали:

Для примера возьмем ставшую популярной многофункциональную мебель. Данный пример – один из самых простейших. Мы не будем сейчас рассматривать материалы, форму, функциональность и др. Овладев самим принципом морфологического анализа, вы без труда сделаете это сами при необходимости. Несомненно, вы узнаете прием , но Морфологическая таблица дает значительно больше вариантов для творчества, нежели перебор и объединение случайно выбранных объектов мебели.

Усложненный вариант, но и более творческий, интересный — по вертикали и по горизонтали раскладываются части (подсистемы) объектов и комбинируются между собой.

Основная цель многофункциональной мебели – экономия жилого или офисного пространства.

Основные элементы, которые мы разделим на 2 категории: для хранения одежды и вещей – шкаф, полки, тумбочка; и для отдыха и удобства – кровать, стул, стол.

Объединяя объекты по горизонтали и по вертикали мы получаем:

А1 – шкаф-кровать, А2 – шкаф-стул, А3 – шкаф-стол

Б1 – полки-кровать, Б2 – полки-стул, Б3 – полки-стол

В1 – тумбочка-кровать, В2 – тумбочка-стул, В3 – тумбочка-стол.

Мы так же можем добавить третью ось – например, материалы: дерево, пластик, ткань. Тогда получится Морфологический ящик, а количество возможных вариантов возрастет втрое.

Морфологический анализ разработан в 1942 г. швейцарским астрономом Ф.Цвикки, который в этот период был привлечен к участию в ранних стадиях ракетных исследований и разработок в американской фирме "Аэроджет инжиниринг корпорейшн". С помощью метода морфологического ящика, наиболее разработанного из всех методов морфологического анализа, созданных Ф.Цвикки, ученому удалось за короткое время получить значительное число оригинальных технических решений в ракетостроении, чем он очень удивил ведущих специалистов и руководителей фирмы. Многие из предложенных решений были впоследствии реализованы.

Сам морфологический анализ определил эру системных исследований и стал первым ярким примером системного подхода в области изобретательства. По мнению Ф.Цвикки, предметом метода морфологического ящика является проблема вообще (техническая, научная, социальная и другая). Он допускает, что точная формулировка проблемы автоматически раскрывает наиболее важные параметры, от которых зависит ее решение, и каждый такой параметр может быть разбит на ряд значений. Причем любое сочетание значений параметра считается принципиально возможным.

Сущность анализа заключается в следующем. В совершенствуемой технической системе выделяют несколько характерных для нее структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать, например, какой-то конструктивный узел системы, какую-то ее функцию, какой-то режим работы системы, то есть параметры или характеристики системы, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

По каждому выделенному морфологическому признаку составляют список его различных

конкретных вариантов, альтернатив, технического выражения. Признаки с их альтернативами можно располагать в форме таблицы, называемой морфологическим ящиком (картой, матрицей), 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.

План действия . Метод предусматривает выполнение работ в пять этапов :

1. Точная формулировка задачи (проблемы), подлежащей решению.

Если первоначально ставить вопрос об одной конкретной системе, метод непосредственно обобщает изыскание на все возможные системы с аналогичной структурой и в итоге дает ответ на более общий вопрос. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу - снегохода.

2. Составление списка всех морфологических признаков, то есть всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

Точная формулировка и определение класса изучаемых систем (устройств) позволяют раскрыть основные признаки или параметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признаками могут быть: А - двигатель; Б-движитель, В - опора кабины, Г - управление, Д - обеспечение заднего хода и так далее.

3. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку (характеристике) путем составления матрицы.

Каждая из n характеристик (параметров, морфологических признаков) обладает определенным числом различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Например, для снегохода варианты: А1 - двигатель внутреннего сгорания; А2 - газовая турбина, АЗ -электродвигатель, А4 - реактивный двигатель и так далее; Б1 - воздушный винт, Б2 - гусеницы, БЗ - лыжи, Б4 - снегомет, Б5 - шнеки и так далее; В1 - опора кабины на снег, В2 - на двигатель, ВЗ - на движитель и так далее. Сочетание одного из возможных вариантов морфологического признака с другими от каждого признака дает одно из возможных технических решений.

Структура технической системы может быть выражена морфологическими признаками (например, в приведенном примере - формулой АБ-ВГД...), но сочетание их конкретных вариантов (например, А1 Б2 В1 ГЗ Д4)- лишь одно конкретное из множества технических решений, вытекающих из закономерностей строения системы.

Совокупность всех возможных вариантов, каждого из перечисленных морфологических признаков, выраженная в виде матрицы, дает возможность определить полное число решений в этом случае

Если в приведенном выше примере ограничиться только названными морфологическими признаками, то число возможных вариантов решений будет определяться следующим образом:

N = 4х5хЗх...х...

Если построить n-мерное пространство (где n - число морфологических признаков) и на каждой из осей, принадлежащей одному из признаков, отложить все возможные его варианты, то получим "морфологический ящик" (название, удачное для трехмерного пространства, то есть для трех признаков). В каждой точке его, характеризуемой n конкретными координатами, находится одно возможное техническое решение.

Очень важно, чтобы вплоть до данного момента не ставился вопрос о практической осуществимости и ценности того или иного варианта решения. Такая преждевременная оценка всегда наносит ущерб беспристрастному применению морфологического метода. Однако сразу после получения всех возможных решений можно сопоставить их с любой системой принятых критериев.

4. Определение функциональной ценности всех полученных вариантов решений.

Это наиболее ответственный этап метода. Чтобы не запутаться в огромном числе решений и

деталей, оценка их характеристик должна проводиться на универсальной и, по возможности, простой основе, хотя это не всегда легкая задача.

Должны быть рассмотрены все N вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы, и проведено их сравнение по одному или нескольким наиболее важным для данной технической системы показателям.

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

Морфологический анализ создает основу для системного мышления в категориях основных структурных признаков, принципов и параметров, что и обеспечивает высокую эффективность его применения. Он является упорядоченным способом исследования, позволяющим добиться систематического обзора всех возможных решений данной крупномасштабной проблемы. Метод строит мышление таким образом, что генерируется новая информация, касающаяся тех комбинаций, которые при бессистемной деятельности воображения ускользают от внимания.

Хотя морфологическому образу мышления внутренне присуще убеждение, что все решения могут быть реализованы, при этом, естественно, многие из них оказываются сравнительно тривиальными. Трудность применения морфологического анализа заключается в том, что до сих пор не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности того или иного варианта решения. Если бы он был найден, то можно было исходя только из теоретических соображений выбирать оптимальную комбинацию элементов для каждого проектируемого устройства. Таким образом, процесс изобретения был бы заменен непосредственным анализом альтернативных вариантов, что по силам и ЭВМ. Чаще всего, конечно, оказывается, что рабочие характеристики устройства, в основу построения которого положена неизвестная ранее комбинация элементов, являются более или менее неопределенными.

Применение. Морфологический анализ может быть использован как на первых этапах поиска технических идей и решений, так и на последней фазе поиска, когда найдена новая техническая идея, удовлетворяющая поставленным требованиям. В этом случае приемы морфологического анализа могут быть применены для расширения сферы использования найденной идеи и для нахождения различных вариантов реализации найденной идеи с целью ее развития и совершенствования.

В силу своей универсальности приемы морфологического анализа могут быть использованы, таким образом, на различных этапах поиска при решении самых разнообразных технических задач, причем не только при поиске идей, но и в других видах инженерной деятельности, например при подготовке материалов для руководства, в обучении и прочее. Поэтому внедрение этих приемов в практику работы инженеров может повысить эффективность их деятельности в целом.

Наиболее целесообразно использовать морфологический анализ при решении конструкторских задач общего плана: при проектировании машин и поиске компоновочных или схемных решений. Например, требуется предложить новый тип индивидуального транспорта в условиях города, выбрать рациональную конструкцию подводного (донного) транспорта и так далее. Метод может применяться для выполнения простых изобретений, а также при прогнозировании развития технических систем, при определении возможности патентования в том или ином абстрактном виде комбинаций основных параметров с целью "заблокировать" будущие изобретения.

Однако его использование предполагает наличие определенной исходной информации об аналогах технического объекта, подвергаемого анализу.

Применение морфологического анализа возможно на эмпирическом уровне, когда исходная информация перерабатывается по довольно формальным признакам, и на естественном уровне, предполагающем вскрытие природы всего класса объектов, к которому относится объект анализа.

Овладение приемами морфологического анализа позволяет не только увеличить поисковый потенциал инженера, но и способствует повышению эффективности всей его деятельности, связанной с разработкой и совершенствованием новой техники.

АРИЗ

Одной из научно обоснованных и хорошо зарекомендовавших себя в практике массового технического творчества является методика программного решения технических задач, созданная изобретателем Г.С.Альтшуллером. Он назвал ее алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ). Методика основана на учении о противоречии. Алгоритм -это комплекс последовательно выполняемых действий (шагов, этапов), направленных на решение изобретательской задачи (понятие "алгоритм" используется здесь не в строгом математическом, а более широком смысле). Процесс решения рассматривается как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР), то есть идеальное решение, способ, устройство.

Совершенствуемый технический объект рассматривается как целостная система, состоящая из подсистем, взаимосвязанных элементов, и одновременно являющаяся частью надсистемы, состоящей из взаимосвязанных систем. Перед решением прямой задачи, связанной с техническим объектом, производят поиск задач в надсистеме (обходные задачи) и выбирают наиболее приемлемый путь.

При постановке задачи в АРИЗ учитывается тот факт, что источником психологической инерции служит техническая терминология и пространственно-временные представления объекта. Поэтому рекомендуют формулировать нежелательный эффект или главную трудность какой-либо ситуации, а не требования того, что надо сделать.

Действие психологической инерции уменьшают также применением оператора РВС (Размеры – Время-Стоимость), суть которого состоит в проведении серии мысленных экспериментов по изменению размеров объекта от заданной величины до 0 и затем до ∞ времени действия (скорости) объекта от заданного до 0 и затем до ∞ и стоимости объекта от заданной до 0 и до ∞. Формулировка условий задачи дается по определенной схеме в терминах, доступных неспециалисту.

Стратегия решения изобретательской задачи по АРИЗ (рис.7) состоит в следующем. Формулируют исходную задачу (ЗИ) в общем виде. Обрабатывают и уточняют ее, учитывая действие вектора психологической инерции (ВИ) и технические решения в данной и других областях.

Излагают условия задачи, состоящие из перечисления элементов технической системы и нежелательного эффекта, производимого одним из элементов. Затем формулируют по определенной схеме ИКР. Он служит ориентиром (маяком), в направлении которого идет процесс решения задачи (при формулировке ИКР не нужно задумываться над тем, как он будет достигнут).

В сравнении ИКР с реальным техническим объектом выявляется техническое противоречие, а затем его причина - физическое противоречие (на рис.16 противоречие между ИКР и 30 может быть проиллюстрировано расстоянием между ними на плоскости поискового поля).

Понятие о техническом противоречии основано на том что всякая техническая система, машина или процесс характеризуется комплексом взаимосвязанных параметров: вес, мощность и так далее. Попытка улучшить один параметр при решении задачи известными способами неизбежно приводит к ухудшению какого-либо другого параметра. Так, увеличение прочности конструкции может быть связано с недопустимым увеличением веса, увеличение производительности - с недопустимым ухудшением качества, повышение точности - с недопустимым увеличением расходов и так далее.

Смысл АРИЗ состоит в том, чтобы путем сравнения идеального и реального выявить техническое противоречие или его причину - физическое противоречие - и устранить (разрешить) их, перебрав относительно небольшое число вариантов.

Алгоритм решения изобретательских задач

Часть 1. Выбор задачи

1.Определить конечную цель решения задачи.

2.Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально нерешима: какую другую задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат?

3.Определить, решение какой задачи целесообразнее - первоначальной или одной из обходных, и выбрать.

4.Определить требуемые количественные показатели.

5.Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.

6.Уточнить задачу, используя патентную информацию.

7.Применить оператор РВС.

Часть 2. Построение модели задачи

1. Записать условия задачи, не используя специальные термины.

Шлифовальный круг плохо обрабатывает изделия сложной формы с впадинами и выпуклостями, например ложки, заменять шлифование другим видом обработки невыгодно, сложно, применение притирающихся ледяных шлифовальных кругов в данном случае слишком дорого. не годятся и эластичные надувные круги с абразивной поверхностью - они быстро изнашиваются. Как быть?

2. Выделить и записать конфликтующую пару элементов.

Правило 1. В конфликтующую пару элементов обязательно должно входить изделие.

Правило 2. Вторым элементом пары должен быть элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие (инструмент или второе изделие).

Правило 3. Если один элемент (инструмент) по условиям задачи может иметь два состояния, надо взять то состояние, которое обеспечивает наилучшее осуществление главного производственного процесса (основной функции всей технической системы, указанной в задаче).

Правило 4. Если в задаче есть пары однородных взаимодействующих элементов (А1,А2,... и Б1,Б2 ...), достаточно взять одну пару (А1Б1).

Изделие - ложка. Инструмент, непосредственно взаимодействующий с изделием, - шлифовальный круг.

3. Записать два взаимодействия (действия, свойства) элементов конфликтующей пары: имеющееся и то, которое надо ввести; полезное и вредное.

1. круг обладает способностью шлифовать,

2. круг не обладает способностью приспосабливаться к криволинейным поверхностям.

2. Записать стандартную формулировку модели задачи, указав конфликтующую пару и техническое противоречие.

Даны круг и изделие. круг обладает способностью шлифовать, но не приспосабливается к криволинейной поверхности изделия.

Часть 3. Анализ модели задачи

1. Выбрать из элементов, входящих в модель задачи, тот, который можно легко изменить, и так далее.

Правило 5.Технические объекты легче менять, чем природные.

Правило 6.Инструменты легче менять, чем изделия.

Правило 7.Если в системе нет легко изменяемых элементов, следует указать "внешнюю среду".

форму изделия нельзя менять: плоская ложка не будет держать жидкость. круг можно менять (сохраняя его способность шлифовать) - таковы условия задачи.

2. Записать стандартную формулировку ИКР (идеального конечного результата).

Элемент (указать выбранный на шаге 1) сам (сама, само) устраняет вредное взаимодействие, сохраняя способность выполнять (указать полезное взаимодействие).

Правило 8. В формулировке ИКР всегда должно быть слово "сам" ("сама","само").

круг сам приспосабливается к криволинейной поверхности изделия, сохраняя способность шлифовать.

3. Выделить ту зону элемента (указанного на шаге 2), которая не справляется с требуемым по ИКР комплексом двух взаимодействий. Что в ней - вещество, поле? Показать эту зону на схематическом рисунке, обозначив ее цветом, штриховкой и тому подобное.

Наружный слой круга (внешнее кольцо, обод); вещество (абразив, твердое тело)

4. Сформулировать противоречивые физические требования, предъявляемые к состоянию выделенной зоны элемента конфликтующими взаимодействиями (действиями, свойствами).

А. Для обеспечения (указать полезное взаимодействие или то взаимодействие, которое надо, сохранить) необходимо (указать физическое состояние: быть нагретой, подвижной, заряженной и так далее).

Б. Для предотвращения (указать вредное взаимодействие или взаимодействие, которое надо ввести) необходимо (указать физическое состояние: быть холодной, неподвижной, незаряженной и так далее).

Правило 9.Физические состояния, указанные в пп. А и Б, должны быть взаимопротивоположными.

А. Чтобы шлифовать, наружному слою круга надо быть твердым (или жестко связанным с центральной частью круга для передачи усилий).

Б. Чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия, наружному слою круга не надо быть твердым (или не быть жесткосвязанным с центральной частью круга).

5. Записать стандартные формулировки физического противоречия.

Полная формулировка: (указать выделенную зону элемента) должна (указать состояние, отмеченное на шаге и.), чтобы выполнять (указать полезное взаимодействие), и должна (указать состояние, отмеченное на шаге Б.), чтобы предотвращать (указать вредное взаимодействие).

Краткая формулировка: (указать выделенную зону элемента) должна быть и не должна быть.

Наружный слой круга должен быть твердым, чтобы шлифовать изделие, и не должен быть

твердым, чтобы приспосабливаться к криволинейным поверхностям изделия.

Наружный слой круга должен быть и не должен быть.

Часть 4. Устранение физического противоречия

1. Рассмотреть простейшие преобразования выделенной зоны элемента, то есть разделение противоречивых свойств. (В пространстве, во времени и так далее.)

Если получен физический ответ (то есть выявлено необходимое физическое действие), перейти к 5, а если нет - перейти к 2.

2. Использовать, таблицу типовых моделей задач и выполненных преобразований. Если получен физический ответ, перейти к 4, а если нет - перейти к 3.

Если разделить круг на две части, то наружная часть улетит под действием центробежной силы. Поэтому центральная часть круга должна крепко держать наружную часть и в то же время должна давать ей возможность свободно изменяться, при использовании магнитного поля и ферромагнитного порошка появляется возможность сделать наружную часть круга подвижной, меняющейся и обеспечить требуемую связь между частями круга.

3. Использовать таблицу применения физических эффектов и явлений. Если получен физический ответ, перейти к 5, а если нет - перейти к 4.

Применить электромагнитное поле.

4.Использовать таблицу основных приемов устранения технических противоречий. Если до этого получен физический ответ, использовать таблицу для его проверки.

5.Перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.

Центральная часть круга выполнена из магнитов. Наружный слой состоит из ферромагнитных частиц или абразивных частиц, спеченных с ферромагнитным. Так, наружный слой будет принимать форму изделия. В то же время он сохранит твердость, необходимую для шлифовки.

Часть 5. Предварительная оценка полученного решения

1.Провести предварительную оценку.

2.Проверить (по патентным данным) формальную новизну полученного решения.

Какие подзадачи могут возникнуть при технической разработке полученной идеи? Записать возможные подзадачи - изобретательские, конструкторские, расчетные, организационные.

Часть 6. Развитие полученного ответа

Определить, как дожна быть изменена надсистема, в которую входит измененная система.

Проверить, может ли измененная система применяться по-новому.

Использовать полученный ответ при решении других технических задач.

Часть 7. Анализ хода решения

1.Сравнить реальный ход решения с теоретическим. Если есть отклонения - записать.

2.Сравнить полученный ответ с табличными данными (таблица физических эффектов, таблица основных приемов ). Если есть отклонения - записать.

Приведенный алгоритм направляет мысль изобретателя по оптимальному пути поиска решения творческой технической задачи. Более подробно алгоритм решения изобретательских задач приведен в .