1284

180

Таблица 3.15 Морфологическая таблица возможных сотовых телефонов

Морфологическую таблицу иногда целесообразно строить не на основе ФС конкретного прототипа, а на основе обобщения ряда прототипов, выделяя в них характерные функциональные элементы и формулируя для них обобщенные функции, которые становятся заглавиями столбцов морфологической таблицы. Такой пример приведен в таблице 3.16, где приведены функции элементов рабочего места радиомонтажника.

Заполнение морфологической таблицы. Альтернативные варианты исполнения или реализации функций в столбце будем обозначать через Aik ,

где i – порядковый номер столбца-функции (i = 1, 2, ...); k – порядковый номер альтернативного варианта в i-ом столбце (k = 1, 2, ...).

В морфологическую таблицу сначала вносят элементы прототипа. Затем записывают возможные наиболее интересные и эффективные варианты. При этом могут быть использованы:

-собственные знания и результаты опроса специалистов;

-справочники и энциклопедии;

-словари технических функций;

-международный классификатор изобретений и патентные описания по интересующим рубрикам;

-каталоги выставок для поиска технических решений элементов, соответствующих уровню лучших мировых образцов.

183

При заполнении столбцов альтернативными вариантами рекомендуется использовать методы мозговой атаки и метод эвристических приемов. В последнем случае для каждого элемента с помощью эвристических приемов ищут улучшенные варианты его модификаций.

Замечание. Некоторые элементы в прототипе могут иметь несколько реализуемых функций (см. таблицу 3.15). Для этих полифункциональных элементов при заполнении столбцов таблицы может оказаться затруднительным подбирать альтернативные варианты. В таких случаях вместо одного столбца (элемента) можно ввести два и более столбцов с альтернативными элементами, выполняющими меньшее число функций.

Выявление эффективных комбинаций альтернативных вариантов,

принадлежащих одному столбцу. В каждом столбце путем объединения двух и более альтернативных вариантов выявляют эффективную (взаимоусиливающую) комбинацию со следующим свойством: она в значительно большей мере устраняет какой-либо недостаток (недостатки) или улучшает критерий качества, чем отдельные альтернативные варианты.

Такие эффективные комбинации записывают в столбец в качестве до-

Если описания альтернативных вариантов в морфологической таблице недостаточно ясны, то для них выполняются графические эскизы или даются на отдельном листе дополнительные комментарии.

Выбор наиболее эффективных технических решений. Определение числа возможных ТР. Выбрать из морфологической таблицы наиболее приемлемые или эффективные комбинации ТР нелегко из-за большого числа комбинаций. Поэтому сначала оценивают число возможных вариантов ТР, которые можно получить (синтезировать) на основе морфологической таблицы:

где п — число альтернативных вариантов в столбце; m — число столбцов.

По этой формуле число возможных вариантов ТР в таблице 3.15 со-

ставляет N = 7 6 6 5 5 7 = 44100.

Сокращение числа альтернативных вариантов в столбцах и числа столбцов. Наиболее эффективные ТР из множества всех возможных вариантов можно выбрать путем последовательного сокращения этого множества за счет отбрасывания наименее эффективных и наименее перспективных ТР.

Первое сокращение проводят для выполнения неравенства N Nоб, где N вы-

числяется по формуле (3.11); Nоб – некоторое обозримое число возможных вариантов ТР. Для относительно простых технических объектов, для которых сравнение двух любых вариантов ТР занимает в среднем не более 10 с, можно

185

абстрактном примере обе комбинации - допустимые и равноценные, потому ни одну из них не относим к наихудшим и не исключаем.

Таблица 3.18

Комбинация из двух элементов

2. Выбираем из таблицы 3.17 следующий столбец с наименьшим числом альтернатив - столбец Ф2. С помощью вариантов этого столбца и допустимых комбинаций из таблицы 3.18 образуем все возможные комбинации из трех элементов (таблица 3.19). Сравнительный анализ этих комбинаций позволил три из них отнести к наихудшим и исключить.

Таблица 3.19 Сокращение комбинаций из трех элементов

3. Выбираем из таблицы 3.17 - следующий столбец с наименьшим числом альтернатив - столбец Ф1 и с помощью оставшихся допустимых комбинаций из таблицы 3.19 образуем все возможные комбинации из четырех элементов (таблица 3.20). Поскольку комбинации легко образуются мысленно, то их не обязательно выписывать в клетках таблицы. В таблице 3.20 на основе сравнительного анализа зачеркнуты клетки с наихудшими комбинациями.

Таблица 3.20

Сокращение комбинаций из четырех элементов

По аналогии с пунктами 1 - 3 образуем таблицы вариантов до последнего столбца, имеющего наибольшее число альтернатив. В последней таблице (после исключения наихудших) остается множество допустимых вариантов

186

ТР. Если допустимых вариантов окажется довольно много, то проводят сокращение по дополнительным наиболее важным показателям (надежность, расход энергии или дефицитных материалов, трудоемкость и т.д.).

Выбор наиболее эффективных вариантов ТР. Множество допусти-

мых вариантов ТР, полученное после сокращения множества возможных вариантов ТР путем исключения наихудших комбинаций элементов, упорядочивают по критерию качества от лучших к худшим. При равных или близких значениях критерия качества в упорядочиваемых вариантах учитывают степень устранения недостатков в прототипе. После упорядочивания выбирают 3 - 5 наиболее эффективных вариантов ТР для дальнейшей проработки.

Если упорядочение и выбор наиболее эффективных вариантов ТР вызывает затруднения, то рекомендуется воспользоваться таблицей сравнения вариантов, в которой дается обзорная сравнительная расчетно-экспертная оценка вариантов. Фрагмент такой сравнительной оценки для некоего аппарата приведен в таблице 3.21.

Оформление предварительных эскизов ТР и их описание. Для вы-

бранных выше вариантов дают краткое их описание с приведением схем и эскизов, как это принято в патентных описаниях.

После составления предварительных эскизов проводят более детальную конструкторскую проработку найденных ТР с учетом дополнительного списка требований (надежность работы, удобство обслуживания, трудоемкость изготовления, расход энергии и дефицитных материалов, общая стоимость и т.д.). При этом отдельные наиболее важные и сложные элементы могут быть рассмотрены и проработаны по данной методике в соответствии с рекомендациями, приведенными выше.

Дополнительные рекомендации по дальнейшей проработке полученных ТР даны в Приложении 2 (этапы 5 - 7).

Замечание 1. Если в морфологической таблице 3.17 полифункциональные элементы выполняют одновременно несколько функций, то для них иногда целесообразно составлять отдельно наборы альтернативных средств реализации каждой функции или меньшего числа функций. После этого для по-

187

лучения более эффективных вариантов ТР нужно попробовать заменить полифункциональные элементы на элементы, реализующие отдельные функции или меньшее число функций.

Замечание 2. При решении задач методом морфологического анализа и синтеза часто имеет большой практический смысл использовать только готовые элементы. В этих случаях морфологическая таблица заполняется наименованиями только стандартных, унифицированных и серийно производимых элементов, для которых известны такие показатели, как стоимость, масса и т.д. Синтезируемые в этой таблице допустимые варианты, как правило, легко и быстро изготовляются и осваиваются на практике. Наилучший вариант легко выбирать по суммарным показателям стоимости, массы и т.п.

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

В настоящем примере пункты 1 - 4, 6 выполнены в соответствии с операциями 1 - 4, изложенными в разделе 3.1, а пункты 7, 8 – в соответствии с рекомендациями настоящего раздела.

1. Описание проблемной ситуации. Описание выполняется по этапам. Этап 1. Применение аналогового электронного вольтметра [33] в каче-

стве прибора для снятия многократных статистических данных или для непрерывного мониторинга выходных параметров системы связано с низкой производительностью и большой трудоемкостью измерений. В зависимости от квалификации оператора время, затраченное на одно измерение физической величины, может достигать нескольких минут.

Этап 2. Необходимо создать вольтметр с высокой производительностью многократных измерений, когда процесс единичного измерения не превышает нескольких секунд.

Этап 3. Низкая производительность труда по измерению физических величин связана с общим временем измерения t:

t = t1 + t2 + t3 + t4 + t5,

где t1 – время подключения измерительного щупа; t2 – выбор масштаба измерения; t3 – визуальное снятие показаний со шкалы прибора; t4 – фиксация по-

казаний на бумаге; t5 – ввод данных в ЭВМ.

Кроме этого, существует вероятность ошибки оператора при выполнении указанных этапов, вследствие чего возможно появление ложных результатов измерений.

Этап 4. Устранение указанных недостатков вольтметра позволит получить значительную экономию времени, материальных ресурсов, а также значительно повысить достоверность измеряемых величин.

2. Описание потребности (функции) вольтметра. Обобщенное опи-

сание: измерение напряжения в цепях электрического тока. Количественное описание: измерение уровней постоянного напряжений и среднеквадратиче-

189

где tРЕГ – абсолютное время регистрации одного измерения; t1 – время на подключение измерительного щупа.

Точность измерения за критерий качества, в данном случае, принимать не целесообразно, поскольку автоматизированные измерительные комплексы вносят дополнительные погрешности измерения, связанные с аналогоцифровым преобразователем.

6. Разделение вольтметра (прототипа) на элементы. Описание функций элементов вольтметра приведено в таблице 3.22, а соответствующая ему конструктивно-функциональная схема – на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 – Конструктивно-функциональная схема прототипа

Построение улучшенных ФС. Для автоматизации процесса измерения напряжения и передачи измеренных данных в ЭВМ необходимо перейти к цифровому (дискретному) представлению информации. Для этого целесооб-

разно ввести блок аналого-цифрового преобразования Е4. Поэлементная детализация блока аналого-цифрового преобразования не приводится, чтобы не усложнять конструктивно-функциональную схему нового устройства. Необ-

ходимо также ввести новый интерфейсный блок Е7, который бы обеспечивал передачу данных в ЭВМ. Желательно отказаться от стрелочного измерителя магнитоэлектрической системы и заменить его устройством цифрового от-

счета (индикатором) Е5. Улучшенная ФС представлена в таблице 3.23 и на рисунке 3.12.

Таблица 3.22 Измерение постоянного и переменного напряжений (прототип)