8. Экспертные методы прогнозирования. Морфологический анализ. Прогнозирование технического облика образца изделия

Экспертные методы прогнозирования (методы экспертных оценок), как уже отмечалось, основаны на использовании в качестве основных источников информации квалифицированных специалистов в исследуемой области (экспертов) для оценки перспектив развития объекта. Это определяет основное преимущество экспертных оценок – возможность анализа и прогноза развития объекта, не имеющего достаточной «предыстории». Другим достоинством экспертных методов является возможность прогнозировать скачкообразные изменения в процессе развития объекта, производить поиск принципиально новых идей и технических решений.

Поиск принципиально новых идей и технических решений – чрезвычайно сложная и во многом творческая процедура, полностью описать и проанализировать которую не представляется возможным. Однако в последние годы и в нашей стране, и за рубежом предпринимаются многочисленные попытки для того, чтобы отобрать, систематизировать и подробно описать хотя бы часть наиболее эффективных приемов и методов технического творчества.

Наиболее общая классификация методов генерирования идей и поиска новых технических решений выделяет два основных класса таких методов:

• трансформационные методы;

• морфологические методы.

В основе трансформационного подхода лежит идея получения искомого технического решения путем целенаправленного преобразования (трансформации) образца-прототипа без предварительного построения всего допустимого множества решений. Преобразование прототипа осуществляется с помощью набора различных эвристических приемов в одну или несколько итераций трансформации. Число таких итераций может быть достаточно велико. Цель применения данного метода – найти способы трансформации системы (образца, комплекса) для ликвидации присущих ей недостатков. Данная цель предопределяет следующий план действий:

• выявить коренные недостатки существующей системы;

• установить причины этих недостатков;

• определить новые типы компонентов системы, способных ликвидировать присущие ей недостатки;

• определить последовательность изменений (путь трансформации или эволюционную траекторию), которая позволит существующим компонентам системы эволюционировать в качественно новые.

Нетрудно увидеть, что метод может быть широко использован при определении путей модернизации образца. Однако такой подход не гарантирует успеха при поиске принципиально новых идей и технических решений, так как процедура базируется на анализе прототипа, который своими структурами несколько ограничивает допустимую область решений. Такую гарантию, в принципе, дает морфологический подход.

8.1. Морфологический анализ

Термин «морфология» употребляется во многих науках и относится к исследованию формы или структуры изучаемого объекта.

Применение морфологического анализа (и синтеза) в прогнозировании заимствовано у швейцарского астронома Ф. Цвикки, который разработал его в 30-е годы для конструирования астрономических приборов. Впервые весьма результативно анализ был практически применен Ф. Цвикки в авиационной фирме (1942 г., США), 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.

Метод морфологического анализа основан на комбинаторике. Суть его состоит в идее получения детального описания всех существующих и возможных (допустимых) технических систем исследуемого класса с последующим поиском на этом множестве описания технической системы, наиболее полно соответствующего поставленной цели. Для этого в интересующем изделии или объекте выделяют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты, то есть возможные варианты его исполнения. Комбинируя их между собой, можно получить множество различных решений, в том числе представляющих практический интерес.

Н апример, рассмотрим морфологию механического оборудования колесной крановой установки. Можно выделить четыре основных компонента: двигатель, ведущие оси, опоры (домкраты) и направляющую стрелу. У крановой установки может быть различное число этих компонентов. На рис. 8.1 показано морфологическое описание механического оборудования крановой установки. Исторически число двигателей (маршевых) варьировало между 0 и 2, ведущих осей – между 0 и 6, направляющих и опор (домкратов) – между 0 и 4.

Можно полностью описать механическое оборудование крановой установки (в отношении указанных четырех компонентов), выбирая один из элементов каждого ряда (то есть выбрать число двигателей осей, направляющих и опор). На рисунке показано всего 3·7·8·5·5=525 возможных комбинаций механического оборудования установки. Возможно, большинство из них никогда не было фактически реализовано, но ни одна из них не является принципиально неосуществимой.

Таким образом, алгоритм применения метода следующий. Проблему делят на части, которые можно считать независимыми, и для каждой части находят максимальное число решений или подходов.

На первом этапе выделяют наиболее важные аспекты, характеризующие проблему (объект исследования), которые впоследствии выступают в качестве оснований деления . Затем для каждого i-го аспекта проблемы выявляют возможные решения .

Допустим, возможных аспектов проблемы может быть , то есть , а возможных вариантов развития i-го аспекта – , то есть .

Вся указанная совокупность аспектов проблемы и способов ее решения может быть представлена в виде системы матриц (в виде «морфологического множества»):

или в виде «морфологического ящика» (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Морфологический ящик

Аспекты проблемы	Варианты решения

Если в каждой строке этой матрицы (ящика) обвести кружком один из элементов , а затем соединить все обведенные элементы, то полученная цепочка элементов будет представлять собой один из возможных вариантов решения проблемы. Некоторое единичное решение проблемы можно представить системой элементов

.

На следующем этапе следует определить, какие из этих решений осуществимы в действительности. Необходимо, чтобы все осуществимые решения были изучены прежде, чем будет сделан выбор лучшего решения. Одним из следствий этого может быть то, что систематическое изучение всех возможных комбинаций решений отдельных частей проблемы приведет к определению принципиально новых решений всей проблемы в целом.

После того, как отброшены все неосуществимые решения, проводится оценка технической эффективности всех оставшихся решений и из них выбираются наиболее рациональные.

Следует отметить, что в качестве аспектов проблемы могут назначаться как элементы (узлы, детали) рассматриваемого образца, так и их функции. Тогда в качестве альтернативных вариантов назначаются различные реализации каждой функции. 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.

Наиболее сложным моментом морфологического анализа является изучение всех полученных решений с точки зрения их функциональной ценности и выбор наиболее желательных конкретных решений и их реализации. Для этого устанавливается шкала оценок, причем для оценки решений могут быть использованы самые общие критерии.

Метод морфологического анализа представляет интерес для прогнозирования технического облика перспективного образца.