ПТТ Заочники / ПТТ_7

7 МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

7.1 Морфологическая комбинаторика

Морфологический метод основан на комбинаторике. Суть его состоит в том, что в интересующем изделии или объекте выделяют группу основных конструктивных и других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты, то есть возможные ва-

рианты его исполнения или реализации. Комбинируя их между собой,

можно получить множество различных решений, а том числе пред-

ставляющих практический интерес.

Например, для изделия «нож» в таблице 7.1 приведен перечень признаков и альтернативных вариантов. Если из каждой строки этой таблицы взять по одному варианту, то получится некоторая конст-

рукция ножа. Так, для сочетания вариантов (1.1, 2.3, 3.3, 4.2, 5.1), по-

лучим следующую конструкцию ножа: «лезвие из металла, рукоятка

– пластмассовая, форма лезвия – треугольная, лезвие в чехле, допол-

нительная функция ножа – распиливание твердых тел». Число воз-

можных конструкций ножа в табл. 7.1. равно 1500.

Суть метода заключается в построении морфологической табли-

цы, заполнения ее возможными альтернативными вариантами и вы-

боре из всего множества получаемых комбинаций наиболее подхо-

дящих и наилучших решений.

Таблица 7.1

Морфологическая таблица на изделие «Нож для резания

пищевых продуктов»

Одна из модификаций метода, основанная на функциональном подходе, представлена в табл. 7.2. В качестве признаков берутся функции элементов (узлов, деталей) рассматриваемого технического объекта, а в качестве альтернативных вариантов – различные способы реализации каждой функции.

Таблица 7.2

Морфологическая модель технологических принципов

7.2 Постановка задачи и построение конструктивной функ-

циональной структуры

Постановка задачи поиска улучшенного технического решения с

помощью морфологического метода выполняется следующим обра-

зом.

Операция 1. Описание проблемной ситуации. Эта операция

представляет собой краткую предварительную формулировку задачи,

вкоторой должны содержаться ответы на такие вопросы:

-в чем состоит затруднение или проблемная ситуация?

-что требуется сделать для устранения проблемной ситуации,

т.е. какую потребность нужно удовлетворить?

-что мешает устранению проблемной ситуации?

-что дает решение задачи для людей, предприятия, народного хозяйства?

Операция 2. Описание функции (назначения) технического

объекта. Описание содержит четкую и краткую характеристику тех-

нического средства, с помощью которого можно удовлетворить воз-

никшую потребность. При этом сначала дается качественное, а затем количественное описание функции, которую требуется реализовать с помощью разрабатываемого технического объекта.

Операция 3. Выбор прототипа и составление списка требо-

ваний. В описании проблемной ситуации часто указывают прототип,

который требуется усовершенствовать.

Список основных требований составляют в зависимости от уровня его описания в виде списка требований к принципу действия

или техническому решению. Количественное описание функции тех-

нического объекта вместе со списком основных требований пред-

ставляет собой техническое задание на разработку нового поколения технических объектов.

Операция 4. Составление списка недостатков. При выполне-

нии этой операции необходимо стремиться выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии, то есть для каждого прототипа следует указать:

-критерии развития технического объекта;

-показатели, не соответствующие сформулированной функции;

-факторы, снижающие эффективность или затрудняющие ис-

пользование прототипа;

- показатели, которые желательно улучшить.

Операция 5. Предварительная формулировка задачи. Кратко обобщаются результаты, полученные при выполнении операций 1 – 4. Задача содержит две части «дано» и «требуется».

Дано:

- качественное или количественное описание функции и ограни-

чений, накладываемых на реализацию функции; - перечень и описание возможных прототипов и списки требо-

ваний к ним; - списки недостатков прототипов.

Требуется:

- в процессе решения задачи так изменить прототип, то есть найти такое техническое решение, которое бы реализовало интере-

сующую функцию и не имело недостатки, присущие прототипу.

Операция 6. Выбор критерия качества. Выбирают такой ко-

личественный показатель или параметр, с помощью которого из двух или нескольких допустимых вариантов технического решения выби-

рают наилучший. За критерий качества обычно принимают критерий развития или другие важные показатели.

Построение конструктивной структуры прототипа выполняется в следующем порядке.

Разделение технического объекта на элементы. Любой техни-

ческий объект можно разделить на несколько элементов, каждый из которых имеет вполне определенную функцию (или функции) по обеспечению работы технического объекта или его элементов. При этом рассматриваемый технический объект представляет собой верх-

ний уровень, а выделенные функциональные элементы – нижний уровень (двухуровневая иерархия).

Если требуется продолжить (углубить анализ), то каждый из вы-

деленных элементов нижнего уровня рассматривается как самостоя-

тельный технический объект, который также можно разделить на не-

сколько функциональных элементов и т.д.

Предельное детальное разделение технического объекта воз-

можно до неделимых (в функциональном смысле) элементов.

Неделимым элементом называют деталь (или часть детали) с

минимальным числом функций (не менее одной) по обеспечению ра-

боты других элементов, при любом делении которой появляются элементы, не имеющие самостоятельной функции или с одинаковыми функциями.

Одновременно с разделение технического объекта на элементы выделяют объекты окружающей среды, с которыми рассматриваемый технический объект находится в функциональном или вынужденном взаимодействии и которые существенно влияют на конструкцию тех-

нического объекта.

Среди выделенных элементов технического объекта выделяют главные элементы. К ним относятся рабочие органы и другие элемен-

ты, которые непосредственно взаимодействуют с предметом обра-

ботки и другими объектами окружающей среды.

При выделении главных элементов и соответствующих им объ-

ектов окружающей среды рекомендуется иметь в виду следующие свойства:

- функция главных элементов, как правило, совпадает с функци-

ей технического объекта или в решающей мере зависит от функции технического объекта;

- объекты окружающей среды для главных элементов, как пра-

вило, совпадают с объектами, на которые направлено действие тех-

нического объекта.

Описание функций элементов. Описание функций элементов выполняется в соответствии с разделом 1.2. Результаты разделения технического объекта на элементы и описание их функций оформля-

ют в одной таблице анализа функций.

Построение конструктивной функциональной структуры.

Конструктивная функциональная структура представляет собой ори-

ентированный граф, вершинами которого являются наименования

элементов технического объекта и объектов окружающей среды, а

ребрами – функции элементов.

При построении конструктивной функциональной структуры сначала изображают вершины. После этого строят направленные реб-

ра графа. Ребра выходят из вершин элементов, чьи функции они опи-

сывают и заканчиваются в вершинах-элементах, работу которых они обеспечивают, или в вершинах-объектах окружающей среды, взаимо-

действующих с рассматриваемым элементом. Из каждой вершины-

элемента выходит столько ребер, сколько функций имеет элемент.

Конструктивная функциональная структура может иметь ребра двух типов. Первый тип – простые ребра, начинающиеся в одной вершине и заканчивающиеся в другой единственной вершине. Ребра второго типа описывают функции элементов, которые обеспечивают соединение или взаимодействие между другими несколькими эле-

ментами и объектами окружающей среды. Такие ребра имеют один

«выход» и несколько «входов».

После построения функциональной структуры проводят ее кор-

ректировку (улучшение), давая ответы на следующие вопросы:

- какие можно ввести новые функциональные элементы, обеспе-

чивающие устранение недостатка прототипа или существенное по-

вышение эффективности и качества технического объекта? Дают на-

звания элементам и описывают их функции; - какие можно исключить элементы для устранения недостатков

прототипа или повышения эффективности и качества технического объекта?

-какие элементы целесообразно исключить путем передачи их функций другим элементам?

-для каких элементов, имеющих несколько функций целесооб-

разно разделение функций и введение вместо одного двух и более элементов? Дают названия новым элементам и описывают их функ-

ции.

После ответа на перечисленные вопросы строят улучшенную конструктивную функциональную структуру. При этом возможны ситуации, когда не удается изменить функциональную структуру прототипа и появляется несколько альтернативных улучшенных функциональных структур.

Следует иметь ввиду, что число элементов, на которые разделя-

ют технический объект, должно быть не менее трех, но не более деся-

ти. В результате для каждого прототипа получают одну или несколь-

ко функциональных структур. При этом можно использовать и со-

ставлять самостоятельно каталог функциональных структур для ин-

тересующего класса технических объектов.

7.3 Составление морфологических таблиц

Заготовка формуляра таблицы. Морфологическую таблицу строят на основе конструктивной функциональной структуры. Она состоит из нескольких столбцов, число которых обычно равно числу функциональных элементов. Заглавиями столбцов являются описания функций элементов.