15.1 Метод морфологического анализа

Термин «морфология» (учение о форме) впервые использовал Иоганн Вольфганг Гёте - немецкий мыслитель, естествоиспытатель и всемирно известный писатель, поэт. Он был основоположником морфологии организмов - учения о форме и строении растений и животных.

Автором метода морфологического анализа является швейцарский астроном Ф. Цвикки, который не дал развернутого определения этому понятию, а лишь указал, что этот метод позволяет находить все варианты решения проблемы. Рассмотрим, как и в какой последовательности осуществляется поиск новых технических решений по правилам, предложенным Ф. Цвикки. При этом все этапы морфологического анализа будем иллюстрировать примерами поиска технических решений создания нового автомобиля-вездехода.

На 1-м этапе дается точная и полная формулировка поставленной задачи. В частности, выдвигаются следующие требования потребителя к автомобилю-вездеходу:

- он должен передвигаться по сложной пересеченной местности (по твердому и сыпучему грунту, по воде, льду) в любое время года и суток;

- он должен перевозить грузы и людей в комфортных условиях, а значит - должен быть защищен от внешней среды и оборудован соответствующими средствами жизнеобеспечения;

- он должен быть управляемым и обеспечить передвижение в любых направлениях со скоростями и ускорениями в заранее заданных диапазонах.

На 2-м этапе формулируются основные морфологические признаки технического объекта (функциональные узлы, параметры), исходя из закономерностей его строения.

В рассматриваемом примере за морфологические признаки автомобиля-вездехода могут быть приняты:

1. Способы перемещения вездехода по земной поверхности.

2. Принципы осуществления движения.

3. Виды преобразователей энергии в движение.

4. Типы источников энергии.

5. Виды систем управления вездеходом.

2. Типы систем жизнеобеспечения.

7. Варианты систем ориентации.

На 3-м этапе производится независимое рассмотрение всех морфологических признаков; для каждого из них намечаются все мыслимо возможные варианты решения проблемы.

4-й этап: составление многомерной матрицы, в которой каждому морфологическому признаку соответствует графа возможных вариантов решения задачи.

5-й этап: анализ и оценка всех без исключения вариантов решения задачи с позиций наилучшего выполнения техническим объектом сформулированных для него потребительских целей и технических функций. При этом большинство из обсуждаемых вариантов оказываются неперспективными и неприемлемыми по тем или иным причинам и исключаются из дальнейшего рассмотрения.

На последнем, 6-м этапе производится выбор одного или нескольких синтезированных вариантов решения задачи, которые могут оказаться перспективными для практической реализации.

15.2 Метод функционально-стоимостного анализа

В инженерной и изобретательской практике технически развитых стран мира, начиная с 60-х г. XIX в., получил распространение новый подход к снижению стоимости и к повышению качества технических изделий. Этот подход получил название функционально-стоимостного анализа (ФСА).

Используются два подхода к снижению себестоимости изготовления и эксплуатации технических изделий: предметный и функциональный. При традиционном предметном подходе разработчик рассматривает объект как реальную целостную конструкцию. При функциональном же подходе разработчик полностью абстрагируется от реальной конструкции объекта и сосредотачивает внимание на ее функциях. Такой подход изменяет и направление поиска путей снижения себестоимости изготовления и эксплуатации технического объекта. Четко определив и сформулировав все функции анализируемого объекта и их количественные характеристики, разработчик выясняет: насколько важны и необходимы те или иные функции, которыми обладает прототип? Можно ли избавиться от некоторых «излишних» функций без ущерба для общей потребительской ценности объекта? Какие характеристики и параметры элементов объекта можно изменить для снижения себестоимости?

Процесс проведения ФСА состоит из следующих поэтапно выполняемых видов работ:

1. Подготовительный этап, на котором производится выбор технического объекта, определяются цели и задачи ФСА, формируется группа разработчиков проекта создания нового или усовершенствования существующего объекта.

2. Информационно-аналитическая работа. На этом этапе осуществляется сбор и анализ информации по конструкторско-технологическим решениям прототипа то, по условиям его работы, по конструктивным и эксплуатационным недостаткам, по затратам на его изготовление и обслуживание. Составляется список основных показателей и требований к техническому объекту, определяются РФитерии его развития. Разрабатывается конструктивная функциональная структура то. Производится классификация и анализ функций элементов то, определяются и попарно сравниваются стоимости функций, выявляются функциональные зоны наибольшего сосредоточения затрат. На основе проведенного анализа формулируется задача поиска более рациональных, оптимальных (по себестоимости) конструкторско-технологических решений.

3. Поисково-исследовательскиuй этап. Это один из творческих и доминирующих этапов работы, на который затрачивается до 50% времени от суммарного времени на выполнение проекта. Здесь исследуется каждая функция то на предмет: нужна ли она, нельзя ли переложить эту функцию на другой элемент то, можно ли объединить функции, можно ли упростить, удешевить или стандартизировать те или иные элементы то. На этом этапе основным инструментарием поисково-исследовательской деятельности разработчиков являются типовые приемы разрешения технических противоречий, эвристические методы и приемы поиска новых идей и рациональных конструкторско-технологических решений. Финалом этого этапа является оформление результатов в виде технического предложения и эскизного проекта .

4. Разработка и внедрение результатов ФСА. На этом этапе производится (в ряде случаев с привлечением опытных экспертов) отбор наиболее эффективных и перспективных вариантов конструирования технических объектов, определение технологичности и экономичности их изготовления, формируются рекомендации по их внедрению.