3230

шкалы в виде некоторого множества критериев качества и требуемого уровня их выполнения в искомом решении. Третий подход предполагает выбор оптимального, или рационального, варианта из морфологического множества без явного без явного выделения поискового задания. Здесь при поиске требуемого варианта используется лишь информация, характеризующая свойства и качество самих альтернатив, находящихся в морфологической таблице.

Составление поискового задания на основе множества классификационных качественных признаков целесообразно осуществлять с использованием автоматизированных баз данных, накапливающих наиболее важные классификации различных типов БСС. Автоматизированная база данных должна в этом случае включать признаки и значения признаков для характеристики всех функций (или ОФПС), имеющихся в морфологической таблице.

Формирование поисковых заданий на основе количественных признаков имеет ряд особенностей. В этом случае поисковые образы альтернатив, реализующие функции рассматриваемой системы, представляют числовые характеристики, отражающие степень проявления различных свойств. Такими свойствами являются, например, надежность подсистем, их технологичность, стоимость и т.п.

Задание численных значений критериев, характеризующих, с одной стороны, поисковое задание, а с другой - альтернативы морфологической таблицы, может проводиться методом сравнения с эталоном или методом попарного сравнения. На практике в качестве эталона свойство которой по i- тому критерию оценивается максимальным значением выбранной числовой шкалы. Например, для шкалы, имеющей

эталона, отражённое i-тым критерием качества, должно быть оценено значением «4 – хорошо».

Рассмотрим ряд процедур составления поисковых заданий из критериев качества и их значений для поиска требуе-

101

мых вариантов на морфологических таблицах методом сравнения с эталоном.

Процедура 1. В соответствии с этой процедурой поисковое задание формируется непосредственно на морфологической таблице в виде комбинаций альтернатив , извлекаемых по одной из каждой строки таблицы. Оценка альтернатив, вошедших в поисковое задание, осуществляется по множеству интересующих критериев качества наравне с другими альтер-

нативами{А'ij } из морфологической таблицы. Пример морфологической таблицы с оценкой с оценкой множеств альтернатив {Аij } и {А'ij } методом сравнения с эталоном по пятибалль-

ной шкале приведен на рис. 3.2а.

Получение значений показателей качества для альтернатив при их попарном сравнении основано на расчете собственного вектора МПС, которые строятся для альтернатив, принадлежащих определенной ОФПС, входящей в морфологическую таблицу. МПС составляются по каждому рассматриваемому критерию качества. В эти матрицы включаются и

альтернативы{А'ij }, образующие поисковое задание.

а) б)

Рис. 3.2. Формирование поисковых заданий на основе критериев качества в виде комбинаций альтернатив из таблицы а),

в виде гипотетической идеальной альтернативы б)

102

Процедура 2. Поисковое задание формируется в виде некоторого гипотетического идеального варианта, элементы

которого {А'ij }, соответствующие каждой строке морфологи-

ческой таблицы, имеют по всем заданным критериям качества идеальные, наилучшие предельные свойства. Эти предельные свойства в общем случае определяются субъективными факторами, т.е. представлениями конкретных экспертов.

При использовании метода сравнения альтернатив относительно эталонов гипотетические альтернативы А'ij , обра-

зующие поисковое задание, оцениваются по заданному списку критериев качества Кi наивысшей оценкой из принятой числовой шкалы (рис. 3.2 б).

Для получения численных значений гипотетического поискового задания методом парного сравнения строятся МПС по каждому заданному по условиям задачи критерию качества. В этих матрицах один элемент отводится для идеальной альтернативы. При заполнении матрицы эксперт, сравнивая аль-

тернативы из множества {А'ij }, из которых будет синтезиро-

ваться вариант системы, отвечает на вопрос, какая из двух сравниваемых альтернатив предпочтительнее и насколько. В то же время при сравнении каждой альтернативы из множества

{А'ij } с идеальной А'ij , эксперт всегда выражает определенную

степень предпочтения идеальной альтернативе.

Процедура 3. Поисковое задание может формироваться на основе желаемого для эксперта качества, которое необходимо иметь в синтезируемых вариантов систем. При формировании поискового задания методом сравнения с эталоном эксперт устанавливает значение желаемого качества в пределах используемой шкалы. Морфологическая таблица и поисковое задание здесь аналогичны приведенным на рис. 3.2 а.

Аналогично формируется поисковое задание методом парного сравнения. В каждой матрице парных сравнений один из элементов отводится для альтернативы, отражающей в поисковом задании желаемые свойства. Эти желаемые свойства

103

могут быть соотнесены в конкретном поисковом задании со свойствами альтернатив поискового задания может быть выше, равен или ниже уровня свойств альтернатив, из которых синтезируется вариант системы.

Рассмотрим более подробно морфологические таблицы, являющиеся эффективным средством представления знаний о множестве сложных технических систем, к которым относятся беспроводные системы связи. Они позволяют систематизировать достаточно большой объем знаний о морфологии систем в компактно виде. Разработка морфологической таблицы дает возможность формализовать процесс упорядочения множества заключенных в ней вариантов систем. Качество составления морфологической таблицы во многом определяет конечный результат поиска искомого решения проблемы. Разработка морфологических таблиц связана с первым этапом метода морфологического исследования – морфологическим анализом. Целью морфологического анализа является классифицированное в общем случае заключается в делении родового понятия таким образом, что последним могут соответствовать как множества известных систем, так и множества потенциальных вариантов, появление которых возможно в будущем.

Формирование конкретных морфологических таблиц для отображения множества технических систем может производиться двумя способами. Выбор способа определяется конечными целями морфологического исследования, характером исходной информации, степенью изученности предметной области, профессиональным уровнем специалистов, их знаниями.

Первый способ основан на проведении функциональноэлементного анализа систем. В результате формируется морфологическая таблица, включающая функции или обобщенные функциональные подсистемы и альтернативы, реализующие соответствующие функции. Альтернативы, как правило, оцениваются количественно экспертными оценками по критериям качества для решения задач синтеза рациональных вариантов.

104

Формирование морфологических таблиц первым способом наиболее предпочтительно в тех ситуациях, когда в исходно информации характеризующей анализируемую систему, не выражены в явном виде функциональные компоненты, когда специалисты по знаниям недостаточно хорошо ориентируются в анализируемой предметной области и кода при синтезе новых рациональных систем предполагается использовать только количественную экспертную оценку альтернатив по критериям качества.

Второй способ реализуется в два этапа, на первом этапе проводится функциональный анализ таким же образом, как он проводился в первом способе. На втором этапе каждая альтернатива, находящаяся в морфологической таблице, дополнительно характеризуется множеством качественных классификационных признаков, более тонко и полно отражающих отличительные особенности альтернатив.

Второй способ формирования морфологических таблиц используется в следующих ситуациях: при наличии предварительно структурированной информации о системах по функциональным компонентам, при постановке задачи проведения более глубокого исследования морфологического множества вариантов систем и синтеза принципиально новых знаний о структуре систем, при наличии высококвалифицированных специалистов с большим опытом исследовательской работы в анализируемой предметной области, когда требуется исследовать морфологические множества одновременно по количественно оцененным критериям качества и качественным признаком, характеризующим функции и структуру вариантов систем.

Рассмотрим более подробно методы разработки морфологических таблиц. При разработке морфологических таблиц, предназначенных для синтеза рациональных и оптимальных вариантов по многим критериям качества, классификационные признаки и их значения должны иметь такое содержание, которое позволяло бы оценивать их количественно. Такими ос-

105

новополагающими характеристиками сложных систем являются функции и элементы, реализующие те или иные функции.

При функциональном анализе удобным является принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневой иерархией. Согласно этому принципу первоначально выделяется главная функция (функции) рассматриваемой системы, которая представляет самый верхний иерархический уровень.

После определения главной функции, устанавливают функциональные элементы, обеспечивающие выполнение главной функции и образующие первый иерархический уровень. Функции, выполняемые элементами первого иерархического уровня, являются подфункциями по отношению к главной функции системы. Далее каждый функциональный элемент первого уровня рассматривается как самостоятельная система, что позволяет выделить конструктивные элементы второго уровня, обеспечивающие функционирование элементов первого уровня. аналогично производится разделение на функциональные элементы третьего уровня и последующих.

На основании проведенного анализа формируются строки морфологической таблицы, в которые записываются функции системы или ОФПС, из которых состоит система в целом. Причем строки морфологической таблицы определяются из функций или обобщенных функциональных подсистем, относящихся к одному иерархическому уровню. Наименованиями столбцов являются альтернативы - варианты исполнения функций. Для заполнения морфологической таблицы альтернативами можно использовать различные информационные источники.

При разработке морфологических таблиц на основе функционального анализа систем достаточно было выявить функции подсистем, образующих исследуемую систему в целом, и подобрать для каждой функции альтернативы конкретных реализаций. Данный вид морфологических таблиц хотя и дает возможность проведения многокритериальной оценки альтернатив и выбора рациональной целостной системы, однако в ряде исследовательских задач недостаточно глубоко

106

вскрывает морфологию системы. Устранить этот недостаток можно путем использования в морфологических таблицах классификационных признаков для описания альтернатив.

Построение морфологических таблиц на основании классификационных признаков основано на разработке для каждой ОФПС функциональной классификации. После формирования классификаций осуществляется описание альтернатив каждой функции соответствующими признаками и значениями этих признаков, т.е. составляются классификационные образы альтернатив. Обработка таких морфологических таблиц проводится с использованием подходов кластерного анализа.

При комбинаторно-морфологическом синтезе вариантов построения БСС особенно важен выбор критериев оценки качества синтезированных вариантов систем. Для оценки качества могут использоваться следующие критерии.

Аддитивный критерий предполагает нахождение подмножества R Ω , для которого

l =1

Мультипликативный критерий предполагает нахождение подмножества R Ω , для которого

l=1

Вформулах (3.2), (3.3) приняты следующие обозначе-

ния: R – подмножество искомых целостных вариантов систем;

Ω– морфологические множества всех систем, содержащихся

иисследуемой морфологической таблице; ωlm – интегральное

по нескольким критериям качества значение вектора приоритета соответствующей альтернативы, входящей в i -й вариант синтезируемой системы.

Критерий на основе меры сходства предполагает нахождение подмножества R Ω, для которого

107

xlm1 , xl2 - числовые интегральные значения критериев качества, характеризующие альтернативы Alm и Al , входящие соответственно в рассматриваемый вариант системы Ri1 и поисковое

задание R2 , которое представляет прототип, идеальную систему или желаемую систему; L – число функциональных подсистем; m – порядковый номер альтернативы в строке морфологической таблицы.

Критерий комбинационной новизны определяет новизну для рассматриваемого класса объектов сочетаний функциональных подсистем, составляющих целостную систему. Система обладает максимальной степенью комбинационной новизны, если ни одни из составляющих ее функциональных элементов не состоял в комбинации с каким-либо другим функциональным элементом в рамках представленного в морфологической таблице класса исследуемых объектов. Соответственно, система не обладает комбинационной новизной, если все входящие в нее элементы составляют комбинацию, которая нашла реализацию в рамках анализируемого класса. Таким образом, степень комбинационной новизны определяет, насколько новыми являются сочетания, в которых участвует каждый функциональный элемент системы, и какова степень ее новизны и конкурентоспособности.

Степень комбинационной новизны, численно характеризующая новые для представленного в морфологической таблице класса объектов сочетания, определяется по формуле:

108

которая принимает значение равное 1, если альтернатива s строки и столбца si ; образовывала комбинацию с альтернати-

вой из строки p столбца pi в пределах рассматриваемого

класса технических объектов, значение равное 0, если не образовала такой комбинации.

Критерий элементарной новизны, численно характеризующий использование новых элементов в объектах рассматриваемого класса, определяется по формуле:

где si – номер столбца морфологической таблицы в строке s , альтернатива из которой вошла в i -ую систему; es,si – пере-

менная, принимающая значение 1, если альтернатива из строки s и столбца si , использовалась в пределах рассматриваемо-

го класса систем, и 0, если нет.

Мера включения признаков рассматриваемой целостной системы во множество признаков остальных синтезированных систем характеризует степень ее оригинальности по отношению к другим вариантам. Минимальное ее значение отражает тот факт, что в рамках обобщенной функциональной структуры данная система обладает весьма специфическими свойствами, что является одним из важнейших условий ее высоких потребительских и конкурентоспособных качеств.

109

Мера включения i -ой системы (TRi ) во все сгенерированные варианты систем (TR) определяется следующим образом:

N

где Ntr = ∏s Nai – число возможных решений, синтезирован-

i=1

ных на морфологической таблице; N s – число строк морфологической таблицы; Nai – число альтернатив в каждой i -ой строке морфологической таблицы; N pr – общее число признаков, которыми описаны и исследуемые системы; xki и xkj — значения признака k соответственно для TRi и TR .

Мера сходства анализируемой системы с системамипрототипами характеризует степень их близости по анализируемым свойствам. Расчет меры сходства между i -ой системой и множеством систем – прототипов производится по следующей формуле:

чения 1, если соответственно включают признак из исследуемого множества признаков и значение равное 0, если не включают.

110