Морфологический анализ

Понада Е., Буглакова А.

 ДМР 2 курс

Морфологический анализ

Морфологический анализ (метод морфологического анализа) — основан на подборе возможных решений для отдельных частей задачи (так называемых морфологических признаков, характеризующих устройство) и последующем сочетании их (комбинировании). Относится к эвристическим методам.

Метод разработан швейцарским  астрономом Фрицем Цвикки в 1942г. Благодаря этому методу он смог за короткое время получить значительное количество оригинальных технических решений в ракетостроении.

Применяется при поиске решений  в различных областях человеческой деятельности, при исследовании проблемных ситуаций и выборе направлений решений.

Морфологический анализ может  быть использован для создания условий, облегчающих поиск новых идей и решений,при формирования портфеля ценных бумаг. С помощью комбинаторики можно получить все теоретически возможные варианты исполнения.

В совершенствуемой технической  системе выделяют несколько характерных  для нее морфологических признаков.

Каждый признак может  характеризовать конструктивный узел системы, ее свойство, режим работы, особенность, словом, те параметры, от которых зависит решение проблемы. Далее по каждому из признаков  составляют списки различных вариантов  технического исполнения этих признаков. Все это располагают в форме матрицы (морфологической таблицы), что дает возможность представить себе поле поиска.

Различают морфологические  матрицы: общих возможностей и структурных  решений.

Основные принципы при  проведении морфологического анализа:

- ко всем элементам  морфологического исследования - равный  интерес;

- до получения полной  картины всех вариантов - не  вводить ограничений в решения;

- максимально точно формулировать  задачу.

Основные этапы применения метода:

1. Выясняется цель задачи — поиск вариантов функциональных схем, либо принципов действия, либо структурных схем, либо конструктивных разновидностей разрабатываемой системы. Возможно исследование одновременно по нескольким признакам.

2. Выделяют узловые точки  (оси, отдельные части задачи), которые характеризуют разрабатываемую  систему с позиции ранее сформулированной  цели. Это могут быть частные функции подсистем, принципы их работы, их форма, расположение, характеристики и свойства (состояние вещества и энергии, вид совершаемого движения, физические, химические, биологические, психологические, потребительские свойства и т. д.). Удобно предварительно (допустим, из анализа аналогичной системы) построить соответствующую блок-схему (функционирования, принципа действия, структурную схему), элементы которой и образуют узлы.

Количество узлов обычно выбирается из условия обозримости  и реальности анализа получаемых впоследствии вариантов: при ручной обработке — 4…7 узлов, при работе на компьютере — в пределах физической возможности вычислительной техники и отведенного на решение задачи времени. Удобно задачу решать в ряд этапов: сначала по ограниченному числу наиболее важных узловых точек, а затем — для дополнительных, второстепенных или выявленных в ходе анализа и представляющих интерес новых узлов.

3. Для каждой узловой  точки предлагаются варианты  решений: либо исходя из личного опыта (зависит от эрудиции), либо беря их из справочников и банков (баз) данных (то есть на каждую ось нанизываются возможные решения, по аналогии со счетами).

Варианты должны охватывать всю область возможных решений  для данной узловой точки. Но чтобы  задача была обозримой, рекомендуется  сначала выделять укрупненно-обобщенные группы вариантов, которые при необходимости  впоследствии конкретизируются. Варианты могут быть не только реальные, но и  фантастические.

4. Проводят полный перебор  всех вариантов решений (каждый  раз берут по одному варианту  для каждой оси) с проверкой  комбинаций на соответствие условиям  задачи, на несовместимость отдельных  вариантов в предлагаемой их  общей группе, на реализуемость  и иные условия.

При необходимости для  выбранных решений можно повторить  морфологический анализ, конкретизируя  узлы (оси) и варианты. Морфологический  анализ удобнее и нагляднее проводить  с применением морфологических  таблиц (ящиков).

При проведении морфологического анализа нужно:

1) Точно сформулировать  проблему.

2) Определить параметры,  от которых зависит решение  проблемы.

3) Разделить параметры  на их значения и представить  их в виде набора матриц-строк  или морфологической таблицы.

4) Оценить все имеющиеся  варианты, отбросить нулевые, определить  функциональную ценность всех  возможных сочетаний.

5) Выбрать из морфологической  таблицы оптимальный вариант  решения проблемы.

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.

Однако для сложных  объектов, имеющих большое число  элементов, таблица становится слишком  громоздкой. Появляется необходимость  рассмотрения огромного числа вариантов, большая часть которых оказывается  лишенной практического смысла, что  делает использование метода слишком  трудоемким. Таким образом, главными недостатками метода является упрощенность подхода к анализу объекта  и возможность получения слишком  большого для рассмотрения числа  вариантов. Морфологический анализ имеет много как простейших, так  и усложненных модификаций. Однако его применение рационально для  простых объектов и там, где возможно найти новую идею за счет комбинации известных решений (реклама, дизайн и т. п.).

 

 

 

Пример морфологического анализа

Основные критерии (параметры)	Варианты критериев (параметров)
	1	2	3	4	5	6
A-зажигание	толчок	стартер	пульт-управления	кик-стартинг
B-трогание	нажатие на тормоз и перевод  ручку вариатора в «D».	зацеп	скатывание со склона	электрическое управление
C-движение	разгон	зацеп	открытие ручки газа	автомат
D-торможение	передний или задний тормоз	изменение «развесовки» во время торможения	клевок вперед	отключение сцепления	резкий поворот	падение

Таб.1

Для морфологического анализа  определим понятие транспортного  устройства для индивидуального  перемещения. Рассмотрим мотороллер (скутер).

1.Определение  мотороллера гласит следующим  образом:

Моторо́ллер (от нем. Motorroller), или ску́тер (от англ. scooter) — это транспортное устройство или средство для индивидуального перемещения на не большие расстояния. Разновидность мотоцикла, отличающаяся более комфортабельными условиями для водителя. Данное средство передвижение является наиболее распространенным устройством и является недорогим. Главная идея мотороллера для города - доставка водителя и пассажиров до места назначения. Но парк мотороллеров не ограничен только городскими, существует вид грузовых, например, муравей мотороллер.

• Этот вид транспорта из-за специфической посадки часто именуют «табуретками», «стульчиками» и даже «унитазами». Мотороллеры, подвергнутые тюнингу двигателя (или класса «спорт») именуются «бешеными табуретками».
• Пилотов мотороллеров, ездящих без шлема и защитной экипировки, называют «хрустиками». Корни названия кроются в отсутствии даже минимальной защищённости такого водителя на дороге и в частом создании им аварийных ситуаций для других участников движения. Ассоциируется с хрустом разбивающегося скутера (хрустит ломающийся пластик).
• Слово «скутер» берет корни из английского языка, от глагола «to scoot» — удирать. В условиях города, скрыться от полиции легче на скутере, так как он маленький и маневренный и способен легко ездить и лавировать там, где автомобилю и даже мотоциклу проход закрыт. По прямой дороге на скутере от полиции убегать бесполезно, но если использовать преимущества и уйти на узкие тропинки, во дворы, туда, где много близко расположенных друг к другу поворотов, то скутер догнать весьма сложно. Эти достоинства скутеров часто использовали английские подростки в различных ситуациях.

2. По определению,  приведенным выше, составим основные критерии, которые охарактеризуют функционирование данного транспортного устройства

1. Этап «зажигания» мотороллера

2. Трогание мотороллера».

3. Движение мотороллера.

4.Торможение.

Все четыре пункта состоят  и дополнительных критериев, которые  тоже не мало важны дл я данного морфологического анализа, состоящие из: такта сжатия, такта рабочего хода, работы редуктора, работы двигателя, работы автоматического сцепления и других сложных процессов.

3. Нахождение возможных  вариантов осуществления данной  функции приводит к следующему:

А - Этап «зажигания»  мотороллера.

Возможные варианты изменения  характеристики:

А1 – Прикладывание  усилия– «толчок».

А2 – Удерживание длительное время кнопки «Стартера». ( Необходимо повернуть ключ в замке зажигания в положение «ОN», нажать на одну из тормозных ручек, желательно левую) и нажать на кнопку стартера.)

А3 – Способом «Пульт – управления».

А4 – Способ «Кик-стартинга» ( Поставить мокик на подножку, повернуть ключ зажигания в положение «ON», с помощью кик-стартинга запустить двигатель).

В – «Трогание моторолера»

Для этого пункта возможны следующие варианты:

В1 – Нажатие на тормоз и перевод ручку вариатора в «D».

В2 – Толчок о  конкретный предмет.(земля, стена и др.)

В3 – Скатывание мотороллера с вершины склона.

В4 – Электронное управление.

С – «Движение  мотороллера»

С1 – Разгон.

С2 – Зацеп за другое транспортное средство.

С3 – Открытие ручки газа.(Ручное управление).

С4 – Автоматическое управление.

D – «Торможение»

D1 – Нажатие переднего или заднего тормозов.

D2 - Изменение «развесовки» во время торможения. (переднего или заднего колес).

D3 – Клевок мотоцикла вперед.

D4 – Отключение сцепление.

D5 – Резкий поворот.

D6 – Падение.

Число вариантов, относящихся  к данным характеристикам мотороллера, могут быть многочисленными. Общее  число вариантов равняется произведению сумм вариантов исполнения каждого  из них.(см. Таблица 1)

Формула:

N (вариантов )=∑(А(вар.)) *∑(В(вар.))* ∑(С(вар.))* ∑(D (вар.)).

N (вариантов )=4*4*4*6=384 (варианта).

4.Рассмтриваем  возникающие сочетания решений  конструкции данного устройства

Самой распространенной конструкцией мотороллера является – А2В1С3D1, а также А4В4С3D4. Наряду со стандартными моделями существуют варианты транспортных средств такие, как A3B4C4D1, А4В1С3D2, (современные).

5.Выбор наиболее  эффективных в конкретных условиях  вариантов производим с помощью  методов экспертных оценок

*Варианты А1В2С2D6, А1В3С1D5 – являются примитивными вариантами, так как не обосновывают как транспортное средство – мотороллер.

*Варианты А4В4С3D4, А4В1С3D2 и A3B4C4D1 достаточно подтверждают основные характеристики и параметры мотороллера.