5.1. Метод морфологічного аналізу

Метод морфологічного аналізу спрямований на послідовний перебір усіх можливих варіантів рішення і є яскравим прикладом системного підходу до рішення творчих задач.

Мета методу - системно досліджувати усі можливі варіанти рішення задач, які витікають із закономірностей будови (морфології) об'єкту (ТС), що удосконалюється, і тим самим врахувати, крім відомих, незвичайні варіанти, котрі при простому переборі могли бути знехтувані.

Ідея методу - відійти в зону, далеку від того, що лежить на виду.

Суть методу полягає в тому, що в ТС яка удосконалюється виділяють декілька характерних для неї структурних, морфологічних ознак, за кожною з котрих складають максимально повний перелік різних конкретних варіантів (альтернатив) технічного вираження використання цих ознак. Таким чином, кожна ознака може характеризувати певний конструктивний вузол (елемент структури) ТС, деяку функцію (або зв'язок між елементами), певний режим роботи (або стану) ТС, якусь форму взаємодії вузлів (елементів), тобто параметри, характеристики ТС, від котрих залежить вирішення проблеми і досягнення основної мети.

Ознаки з їх альтернативами розташовують у вигляді таблиці, яка зветься морфологічним ящиком (матрицею, картою, моделлю або таблицею), що дозволяє краще уявити пошукове поле. Матриці можуть бути записані у буквеному або цифровому вигляді по рядках або по стовпчиках:

(1)

Перевага методу - його багатоваріантність. Оскільки метод заснований на використанні морфології об'єктів, він дозволяє організувати простір (обшир) змін об'єкту (морфологічний ящик) і систематично його аналізувати. При цьому на відміну від простого перебору виключається пропущення якихось варіантів, що дозволяє подолати інерцію мислення фахівців, знайти оригінальні рішення на неосяжній (неоглядній) в розумінні повного перебору множині (полі).

До недоліків методу належить те, що поряд з реально можливими комбінаціями варіантів характеристик (або ознак) морфологічна матриця має велику кількість несумісних варіантів. Поки що не розроблено апарату вибору допустимих рішень з великої кількості можливих варіантів. В теперішній час для вирішення цієї задачі мають місце спроби використання ЕОМ. Коли буде знайдено дійсно практичний і універсальний метод оцінки ефективності застосування того чи іншого варіанту, можна буде, виходячи тільки з теоретичних міркувань, обирати оптимальну комбінацію елементів для кожної проектованої ТС. Таким чином, процес винахідництва, по суті, був би замінений безпосередньо аналізом альтернативних варіантів.

Частіше всього виявляється, що робочі характеристики ТС, в основу побудови якої покладена невідома раніше комбінація елементів (ознак), в більшій чи меншій мірі є невизначеними, що залежить від ступеню відходу від існуючого рівня розвитку техніки.

Область застосування методу - рішення технічних задач, які відносяться до об'єкту (ТС) в цілому при наявності повної інформації про об'єкт (ТС) і направлені на удосконалення об'єкту (ТС). Застосовування методу вимагає систематизованого логічного мислення. Найбільш доцільна область використання методу - рішення конструкторських задач загального плану (проектування машин, їх вузлів, механізмів, технологічного оснащення, інструментів, пошук технологічних принципів, компонувань, схем, способів формоутворення, тощо).

Метод можна використовувати при прогнозуванні розвитку ТС, при визначенні можливості патентування в тому чи іншому абстрактному вигляді комбінацій основних параметрів з метою "заблокувати" можливі майбутні винаходи.

Є п'ять послідовних етапів морфологічного аналізу:

1. точне формулювання задачі (проблеми), яка відображає основну вимогу до об'єкту;

2. розподіл об'єкту на функціональні елементи (ознаки) з складанням списку усіх морфологічних ознак і вимог до них, тобто усіх важливих характеристик об'єкту, його параметрів, від котрих залежать рішення проблеми і досягнення основної мети;

3. незалежний розгляд усіх елементів (ознак) і вибір для кожного повного набору різних варіантів реалізації, тобто складання усіх можливих варіантів за кожною характеристикою незалежно і побудова морфологічної моделі (таблиці, ящики, матриці);

4. аналіз функціональної цінності рішень, які виникають з матриці з визначенням цінності усіх одержаних варіантів, тобто синтез варіантів об'єкту;

5. вибір найбільше раціональних варіантів конкретних рішень, тобто вибір кращих сполучень згідно заданого критерію.

Розглянемо особливості виконання кожного етапу.

Етап 1. Формулювання задачі. Часто початкове формулювання задачі не містить прямої вказівки про потребу вести конструкторський пошук її компонування. Пряме розуміння задачі буває заховане за багатослівністю її викладення або за невдало обраною термінологією. Метод потребує точного формулювання. Проте цю вимогу нелегко виконати.

Етап 2. Розподіл об'єкту на морфологічні ознаки. Точне формулювання задачі дозволяє виділити коло характеристик об'єкту (структурних елементів, зв'язків і їх ознак), від котрих в основному залежить виконання заданих вимог. В загальному випадку для конструкцій в якості морфологічних ознак можуть бути обрані: а) функціонально важливі елементи (деталі, вузли, прилади і т. і.); б) взаємний зв'язок між елементами; в) взаємне розташування елементів.

Етап 3. Складання морфологічної моделі (матриці). Основна вимога до цього етапу - недопустимість критичної оцінки по відношенню до сформульованих варіантів характеристик об'єкту. Таку критичну оцінку здійснюють на наступному етапі стосовно до одного або декількох варіантів у цілому. При цьому не враховують взаємозв'язки між різними варіантами інших характеристик. Щоб підвищити вірогідність внесених в морфологічну матрицю нових, оригінальних варіантів об'єкту, необхідно використовувати інформацію, яка відноситься не тільки до даного об'єкту або класу об'єктів. Ефективним є функціональний підхід, який дозволяє використовувати інформацію з інших галузей техніки. При цьому слід керуватися наступним. Спочатку складають загальний перелік варіантів розглядуваної характеристики. Потім групують їх за принципом близьких властивостей. З кожної групи варіантів відокремлюють найбільш важливі. Скорочений перелік включають в морфологічну таблицю. Ця процедура скорочує неістотну інформацію.

Етап 4. Синтез варіантів об'єкту. Після заповнення морфологічної матриці переходять до синтезу варіантів. Кількість варіантів може обчислюватись астрономічними числами, тому що кожна і-та характеристика з "п" характеристик володіє певним числом К_і різних варіантів (альтернатив). Сукупність варіантів морфологічної матриці дає можливість визначити повну кількість рішень:

(2)

Якщо кожна з "п" характеристик має однакову кількість альтернатив (К₁=К₂=...=К_п=сопst), то повна кількість рішень

N = Kⁿ. (3)

З врахуванням великої кількості варіантів безсистемний їх перебір несприятливий. При виконанні четвертого етапу слід керуватися переліком технічних вимог, які є в технічному завданні і відкоректовані з урахуванням уточнення формулювання задачі.

Етап 5. Вибір раціональних (кращих) варіантів. На цьому етапі вибирають не більш 2-3 варіантів кращих рішень для детальної конструктивної проробки.

Можна рекомендувати такий порядок вибору кращих рішень:

1. здійснити ранжування вимог по їх значимості;

2. здійснити ранжування варіантів рішення з врахуванням числа вимог, які вони задовольняють, і їх значимості;

3. використовуючи експертні оцінки або інший метод неформальних процедур, вибрати 2-3 найбільш сприятливих варіанти.