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.

Например, 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. 6.1 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.

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. 6.5).

Таблица 6.5. 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.