Лабораторная работа №2

Частично-алгоритмизированного метода мышления «Морфологический анализ»

Цель - обучить студентов использовать метод «морфологического анализа» для генерации большого числа идей.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Морфологический анализ относится к группе методов технического творчества, позволяющих систематизировать перебор вариантов, увеличить их число, исключить свойственные ненаправленному поиску (метод проб и ошибок) повтору, постоянный возврат к одним и тем же идеям. Автор морфологического анализа - швейцарский астроном Ф. Цвикки (США, 1942 г). Метод создавался для разработки объектов, основанных на новых по сравнению с прототипом принципах действия. Первое весьма результативное практическое применение метода было продемонстрировано в 1942 г. в США Ф.Цвикки в авиационной фирме, где он в короткое время получил несколько десятков новых технических решений ракетных двигателей и ракет, среди которых, как выяснилось позже, были предложены решения, повторяющие немецкие ракеты ФАУ-1 и ФАУ-2.

Сущность морфологического анализа заключается в стремлении систематически охватить все или хотя бы главнейшие варианты, исключив влияние случайности.

Использование метода включает следующие шаги:

1. выбирается объект для усовершенствования;

2. составляется список основных характеристик или частей объекта;

3. для каждой характеристики или части перечисляются ее возможные исполнения;

4. составляется список (таблица) всех сочетаний возможного исполнения объекта;

5. производится анализ и отбор наиболее интересных сочетаний.

Анализ удобнее вести с помощью таблицы (таблица 1), получившей название морфологической, в которой выбранные характеристики или части объекта играют роль основных осей.

Таблица 1

Функция подсистемы (Фi) или (ОФПСi)	Альтернативы для реализации Фi или ОФПСi						Число способов реализации Фi, или ОФПСi,
Ф1	А 11	А12	А 13	...	A1K1	K1
Ф2	А21	А 22	А23	...	A2K1	K2
...	...	...	...	...	...	...
Фi	Аi1	А i2	Аi3	...	AiKi	Ki

В таблице использованы следующие обозначения: Ф – функция подсистемы (часть, характеристика системы), ОФПС – обобщённая функциональная подсистема, А – альтернативы, К – количество альтернатив.

В морфологической таблице цепочкой связанных альтернатив (выделено жирным шрифтом) показан один из вариантов рассматриваемой системы. Общее число всевозможных вариантов N, образующих морфологическое множество, определяется как декартово произведение множеств альтернатив, образованных каждой строкой морфологической таблицы:

В приведенном выражении приняты следующие обозначения:

Kj— число способов (альтернатив) для реализации j-ой функции или обобщенной подсистемы; L — число всех функций.

Морфологическое множество является областью поиска в пространстве размерностью L. Генерируемый вариант системы представляет выборку альтернатив по одной из каждой строки морфологической таблицы и в общем виде записывается следующим образом:

Si={A_1i,A_2j,...,A_lm,..,A_Ln},

где i=1,…,K1; j=1,…,K2; m=1,…,Kl; n=1,…,KL.

Правило генерации вариантов исследуемых систем таково, что каждый целостный вариант отличается от любого другого варианта рассматриваемого морфологического множества хотя бы одной альтернативой А_lm.

Фактически морфологический анализ есть метод развития творческих способностей, или, точнее, систематическое вспомогательное средство для творчества. Он совершенно не исключает творческого труда человека, а стимулирует его и расширяет его возможности, распространяя на большее число идей, чем это было бы возможно при использовании классического метода проб и ошибок.

Метод морфологического исследования реализуется в два качественно различных этапа /2/. Первый этап предполагает получение описания всех систем, принадлежащих к исследуемому классу, т. е. классифицирование множества систем. Этот этап решения задачи называется морфологическим анализом. На втором этапе проводятся оценка описаний различных систем исследуемого класса и выбор тех из них, которые в том или ином приближении соответствуют условиям задачи. Этот этап решения называется морфологическим синтезом, так как в итоге получается целостное описание всей исследуемой системы из частей описания подсистем и отношений между ними.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с краткими сведениями о морфологическом анализе.

1. В режиме мозгового штурма предложить некоторое количество понятий (систем), связанных с вашей специальностью. Время проведения штурма 5-10 мин. Количество систем от 10 до 20, названия систем свести в таблицу.

2. Сформировать и записать критерий, по которому предложенные системы можно разделить на простые и сложные.

3. Используя критерий распределить системы на две группы: простые системы, сложные системы.

4. Выбрать одну систему из группы простых и провести для неё морфологический анализа. Примечание, системы у студентов разных бригад не должны повторяться.

5. Выбрать одну систему из группы сложных и тоже провести для неё морфологический анализа. Примечание, системы у студентов разных бригад не должны повторяться.

6. Оформить отчёт о лабораторной работе, который должен содержать:

• цель выполнения лабораторной работы;

• краткое изложение теории;

• перечень систем для анализа, полученных в результате проведения «мозгового штурма», представленный в виде таблицы;

• критерий разделения систем на простые и сложные;

• перечень простых и сложных систем, в виде таблицы;

• результаты проведения морфологических анализов:

• название и краткое описание выбранной системы;

• название и краткое описание функций, частей системы, причины, по которым вы их выбрали;

• заполненная морфологическая таблица с альтернативными вариантами реализации функций или частей системы;

• результат подсчёта количества возможных вариантов системы;

• описание двух-трёх наиболее интересных на ваш взгляд вариантов реализации системы, с пояснением, почему вы их считаете интересными;

• выводы по лабораторной работе;

• список используемой литературы.

Примечание. Отчёт должен соответствовать руководящему нормативному документу КнАГТУ - Текстовые студенческие работы. Правила оформления. РД КнАГТУ 013-97. Коэффициент качества выполнения в рейтинге напрямую зависит от степени соответствия этому документу.

8. Разместить файл с отчётом по лабораторной работе в соответствующей папке и выполнить этап самооценки.

Пример проведения морфологического анализа.

Возьмём в качестве системы для проведения морфологического анализа– очки. Очки, простейший прибор для коррекции оптических дефектов зрения или для защиты глаз. /Советский энциклопедический словарь /Гл. ред. А.М.Прохоров. – 3-е изд. – М.: Сов.энциклопедия, 1985. – 1600 с. стр. 950./

В качестве основных осей для выбранной системы выберем: полезные функции, исправляемый дефект зрения, материал линзы, форма линзы и материал оправы. Выбор первых двух осей следуют из определения системы, а остальные определяют варианты изготовления системы.

Таблица 2

Характеристики, части, элементы	Альтернативы характеристик, частей, элементов						Число альтернатив
Полезные функции	Корректировка зрения	Защита глаз от солнца	Защита глаз от воды	Защита глаз от пыли и стружки	Изменение цвета глаз	Корректировка имиджа владельца	6
Исправляемый дефект зрения	Близорукость	Дальнозоркость	Близорукость и дальнозоркость	Без исправления			4
Материал линзы	Стекло	Хрусталь	Силикон	Пластмасса	Отсутствует		5
Форма линзы	Круглая	Оваль-ная	Треугольная	Квадратная	Шарообразная	Дырявая	6
Материал оправы	Пластмасса	Металл	Композитная	Дерево	Отсутст-вует		5

Определим общее количество вариантов

Выберем из предложенных альтернатив по одному частичному решению (в таблице 2 выделено жирным шрифтом). Очки без оправы, т.е. силиконовая линза – хамелеон, солнцезащитного эффекта коричневого или любого затеняющего солнечные лучи цвета, меняющая оттенок цвета в зависимости от яркости солнца и корректирующая дальнозоркость.