1284

171

где Pk -1 - это прототип для технического решения Pk; Pk -2 - прототип для Pk -

1 и т.д. Далее проводят анализ переходов (Pk -1 Pk), (Pk -2 Pk -1), ... и формулируют обобщенные ЭП, обеспечивающие такие переходы. Получен-

ные ЭП используют для получения новых решений Pk + 1 от прототипа Pk .

6. Обобщение опыта. После каждого удачного решения ТИЗ изобретатель должен обобщить свой опыт, т.е. рассмотреть возможность формулировки нового ЭП на основе решенной задачи или возможность ее использования как примера в каком-либо ЭП.

Наряду с созданием индивидуального фонда ЭП представляется полезным формирование фонда прототипов по своему классу ТИЗ. В качестве прототипов в первую очередь рекомендуется брать существенно отличающиеся, наиболее перспективные технические решения, изделия на уровне лучших мировых образцов.

Дополнительные рекомендации и примеры формирования индивидуальных фондов ЭП даны в книгах [19 , 26, 27].

172

3.4.3 Морфологический анализ

Метод морфологического анализа и синтеза был разработан в 30-х годах XX века швейцарским астрономом Ф.Цвикки для конструирования астрономических приборов. 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 оказалось позже, были предложены решения, повторяющие немецкие ракеты ФАУ-1, ФАУ-2.

Рассматриваемый морфологический метод основан на комбинаторике. Суть его состоит в том, что в интересующем изделии или объекте выделяют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты, т.е. возможные варианты его исполнения или реализации. Комбинируя их между собой, можно получить множество различных решений, в том числе представляющих практический интерес.

Например, для изделия «паяльник» в таблице 3.11 приведен перечень признаков и альтернативных вариантов. Если из каждой строки этой таблицы взять по одному варианту, то получим некоторую конструкцию паяльника. Так, для сочетания вариантов (1.1; 2.3; 3.3; 4.2; 5.1), где в каждой паре первая цифра обозначает номер строки, а вторая — номер столбца, получим конструкцию паяльника: «жало из меди, рукоятка — пластмассовая, форма жала

—цилиндрическая с заострением на конце, нагревательный элемент с предохраняющим кожухом, дополнительная функция паяльника — разрезание легкоплавких материалов».

Число возможных конструкций паяльника в таблице 3.11 нетрудно подсчитать. Оно будет равно произведению чисел вариантов в каждой строке, т.е. 5 5 4 3 5 = 1500.

Из рассмотренного примера видно, что суть метода заключается в построении морфологической таблицы, заполнении ее возможными альтернативными вариантами и в выборе из всего множества получаемых комбинаций наиболее подходящих и наилучших решений.

Морфологические методы в 50 – 60-е годы XX века нашли широкое распространение в США, Западной Европе, а также в нашей стране. Ф.Цвикки разработал несколько модификаций своего метода. Одна из таких модификаций представлена в морфологической таблице 3.12, разработанной У.Г. Зиннуровым. Эта таблица содержит более 3 млн. различных технологических принципов обработки металлов.

173

Таблица 3.11 Морфологическая таблица на изделие «Паяльник для монтажа ЭРЭ на

печатный узел»

В настоящем разделе изложена наиболее распространенная модификация метода Цвикки, основанная на функциональном подходе. В качестве признаков берутся функции элементов (узлов, деталей) рассматриваемого ТО, а в качестве альтернативных вариантов — различные способы реализации каждой функции.

Ниже подробно рассмотрено использование морфологического подхода к поиску улучшенных ТО. Однако не представляет особых затруднений использование изложенного метода и для поиска улучшенных технологических процессов или материалов (веществ).

174

Таблица 3.12 Морфологическая модель технологических принципов

175

Постановка задачи и построение конструктивной функциональной структуры. Постановка задачи поиска улучшенного технического решения с помощью морфологического метода выполняется в соответствии с операцией 1 раздела 3.1. В дополнение к этому выбирают критерий качества, т.е. такой наиболее важный количественный показатель или параметр, с помощью которого из двух или нескольких допустимых вариантов технического решения выбирают наилучший. Допустимыми называют такие варианты решений, которые удовлетворяют основным требованиям. За критерий качества обычно принимают какой-либо критерий развития или другие наиболее важные показатели.

Следует иметь в виду, что число элементов, на которые разделяют ТО, должно быть не менее трех, но не более десяти. В результате для каждого прототипа получают одну или несколько ФС. При этом можно использовать и составлять самим каталог ФС для интересующего класса ТО.

Приведем пример построения ФС прототипа. Анализ функций сотово-

го телефона стандарта GSM (рисунок 3.8).

176

Рисунок 3.8 – Сотовый телефон с цветным дисплеем SonyEricsson T68

Функция телефона: обеспечивать мобильную телефонную связь индивидуальному пользователю, а также предоставлять возможность выхода в Интернет.

Объекты окружающей среды: V1 — пользователь; V2 — оператор GSM; V3 — влажность; V4 — температура; V5 — злоумышленник; V6 — освещен-

ность; V7 — деталь одежды или сумки.

Если функция какого-либо элемента совпадает с уже описанной функцией, то повторно эту функцию можно не описывать, а указать на равенство с

Достоинство морфологического метода заключается в том, что он позволяет любой элемент в ФС рассмотреть как отдельный ТО, т.е. разделить его на свои функциональные элементы и построить для него ФС. Обычно это делают в тех случаях, когда наряду с улучшением ТО в целом специально рассматривают задачу улучшения какого-либо элемента. При этом появляются дополнительные конструктивные ФС для последующего рассмотрения. В таблице 3.14 дан пример дополнительной ФС для элемента «печатный узел».

Функциональная структура сотового телефона, соответствующая таблице 3.13, показана на рисунке 3.9. Для сотового телефона и его печатного узла не вызовет затруднений построение улучшенных конструктивных ФС в соответствии с рекомендациями по проведению операции 6 раздела 3.1.

179

Например, путем совмещения функций цветного дисплея (Е3) и клавиш (Е4) – идея сенсорного дисплея – можно уменьшить число функциональных элементов и т.д.

Рисунок 3.9 - Конструктивная ФС сотового телефона стандарта GSM

При построении ФС рекомендуется использовать закон соответствия между функцией и структурой и относящиеся к нему закономерности.

Составление морфологических таблиц. Заготовка формуляра таб-

лицы. Морфологическую таблицу строят на основе конструктивной ФС. Она состоит из нескольких столбцов, число которых обычно равно числу функциональных элементов. Заглавиями столбцов являются описания функций элементов. Пример формуляра морфологической таблицы показан в таблице 3.15. При заготовке формуляра таблицы иногда удобнее в заглавиях столбцов наряду с обозначениями функций давать их описания, как это сделано в таблице 3.16.

Вформуляре морфологической таблицы функции Фi лучше располагать

втаком порядке, чтобы наиболее конструктивно связанные элементы Еi находились по возможности в соседних столбцах.

Впроцессе подготовки формуляра оценивают возможность и целесообразность заполнения альтернативными вариантами каждого столбца. Это связано с тем, что часто встречаются случаи, когда в ФС прототипа некоторые функциональные элементы или нельзя заменять альтернативными, или не имеет смысла их изменять. Для таких элементов (функций) в морфологической таблице не предусматривают отдельных столбцов.