2.4. Фасетные методы анализа и синтеза
конструктивно-схемных решений

Наиболее часто применяются следующие фасетные методы: «Метод морфологического анализа», «Метод матриц открытия» и «Метод организующих понятий». Перечисленные методы сходны по своей идее, поэтому рассмотрим для примера один из них.

2.4.1. Метод морфологического анализа [44]

Характеристика метода. Цель метода – расширить область поиска проектной проблемы. Метод состоит в делении проблемы на части, которые в какой-то степени можно считать независимыми, причем каждая часть имеет несколько подходов и решений. Конкретное техническое решение получают, взяв одно из возможных для каждой части. Чаще всего метод используется на этапе рабочего проекта. Применяется при решении конструкторских задач общего плана, при проектировании новых машин и поиска новых технологических и конструктивно-схемных решений. С успехом метод применяется для выбора направления разработки, чтобы охватить все поисковое поле с самыми разнообразными, иногда даже «дикими» сочетаниями различных вариантов выполнения отдельных составляющих проблемы.

Автор метода швейцарский астроном Ф. Цвикки (1942г.) имел дело с многомерными таблицами классификации звезд и пришёл к выводу, что подобные таблицы можно строить и для описания морфологической структуры любых, достаточно изученных объектов и прогнозирования новых, ещё не открытых комбинаций и решений.

При проведении морфологического анализа строится матрица таким образом, что строками ее являются выполняемые изделием функции, операции, или его структурные части, столбцы соответствуют вариантам конструкторского решения. Матрица может быть и N-мерной. При её построении может быть применен мозговой штурм.

Число возможных конструктивных решений технической системы равно произведению вариантов технического исполнения компонентов системы по каждой строке. Конкретному конструктивному решению технической системы соответствует своя комбинация вариантов, взятых по одному из каждой строки.

Принцип отбора состоит в том, чтобы из каждой строки выбрать именно то решение, которое при конкретных условиях получает наивысшее количество очков по некоторым "критериям", например, весу, стоимости, производительности. При значительном числе рассматриваемых факторов могут применяться методы оценки неформализованных проблем [22,23].

Морфологическая матрица предназначена для стимулирования мышления и гарантирования того, что ни одно возможное решение проектной проблемы не будет упущено и на ее составление потратится гораздо меньше времени, чем при использовании других методов.

Обычно опытные специалисты быстро осваивают этот метод, умело и хорошо применяют его в работе.

Выявление функций или элементов и составление матрицы требуют несколько часов, полное рассмотрение частных решений – более недели. Поиск обычно прекращается, как только находится несколько новых, практически осуществимых комбинаций, и далее делается их эскизная проработка.

Построение морфологической матрицы (табл.2.1) может быть проиллюстрировано на примере выбора инженерно-технических решений и показателей технического уровня, предназначенных осуществить определённый набор функций, определяемый техническим заданием [63].

При рассмотрении таблицы видно, что для реализации приведенного в ней набора функций можно выбрать один или одновременно несколько вариантов для повышения технического уровня проектируемого или модернизируемого изделия относительно аналога. Таким образом, число возможных альтернатив формирования технического задания при широком рассмотрении может быть довольно значительным, например, в рассматриваемом примере при выборе только одного варианта из одной строки будет равно 4*4*4*3*4*4*3=9216.

Таблица 2.1
Морфологическая матрица формирования вариантов
инженерно-технических решений реализации функций
проектируемого изделия

Недостаток метода в том, что для его применения требуется знание структуры проблемы, и что количество комбинаций очень быстро растет по мере увеличения количества функций и частных решений. Его преимущество в том, что он заставляет проектировщика расширить область поиска.

Обычно опытные специалисты быстро осваивают этот метод, умело и хорошо применяют его в работе.

Рекомендации по применению. «Метод морфологического анализа» и «Метод матриц открытия», как и «Метод организующих понятий», могут быть рекомендованы для систематической организации имеющегося материала и дают отправные точки для дальнейшего исследования, определяя резервы, узкие места и т.д. Матрицы создаются для условий, обеспечивающих поиск большего количества вариантов, их роль в методологии поиска более существенная, чем отдельные приемы. В изучении морфологические методы несложны, однако построение достаточно представительных матриц требует от разработчика глубоких знаний исследуемой проблемы и соответствующих навыков. Методы могут применяться при коллективном и индивидуальном поиске. Роль организатора работ сводится к правильной постановке поисковой проблемы с учетом целевой направленности на расширение поля поиска или на поиск приемлемого варианта. Сами методы не дают сколько-нибудь значительных технических решений и предназначены в основном не для поиска решения, а для создания условий, облегчающих поиск.

Методы данной группы могут быть рекомендованы для решения следующих задач: поиск вариантов прогрессивных технических решений для различных условий применения разрабатываемых изделий, наилучшей комбинации формообразующих элементов, дизайн-решения; гарантированное отыскание обходных конструктивных решений; поиск и генерирование информации и установление связей между источниками; поиск рациональных функционально-структурных связей и выявление потребностей в средствах механизации.

В конструкторской деятельности метод чаше всего используется на этапе рабочего проекта.

Условия, в которых можно решать задачи, используя данную группу методов: применение методов для решения единичных и многократно решаемых однотипных задач, при постоянном или переменном составе группы и в одиночку, привлечение квалифицированных специалистов и специальных составов групп, достаточной подготовленности по методологии поиска каждого участника и руководства квалифицированного ведущего неподготовленными участниками и смешанным составом группы.

2.4.2. Метод фокальных объектов

Характеристика метода. К фасетным методам с определённой условностью можно отнести и «Метод фокальных объектов». При этом методе цель поиска может быть уточнена в процессе поиска и направлена на совершенствование объекта – товара, выпускаемого на предприятии и нуждающегося в совершенствовании в связи с сокращением спроса и насыщением потребительного рынка или на полную замену принципа действия или конструктивного исполнения изделия, оставляя неизменным основное функциональное его назначение.

Метод фокальных объектов незаменим при разработке товаров широкого ассортимента, создании рекламы, определении возможностей нетрадиционного применения известных устройств.

Для реализации рекомендуется:

• составить список случайных объектов (3-4 наименования);
• построить таблицу, аналогичную морфологической, но вместо элементов – случайные объекты, а вместо вариантов – свойства (характеристики, качественные оценки);
• составить списки характеристик или качеств случайных объектов и внести их в таблицу;
• рассмотреть аналогии и ассоциации, возникающие при сопоставлении свойств, случайных объектов с объектом, взятым в фокус внимания.

Удачные таблицы можно использовать многократно для других объектов или для других составов группы. При коллективном анализе может быть применен мозговой штурм.

Метод, основанный на возбуждении воображения в раскачивании обычного представления о знакомом объекте путём приписывания ему свойств другого, довольно далекого объекта, для некоторого поиска задач довольно результативен по количеству высказываемых предложений и непредсказуемости результата. В изучении прост. Особых трудностей в применении не имеет. В стратегии поиска играет вспомогательную роль, но для определенного класса задач может быть выбран в качестве основного. Специального информационного обеспечения не требует. Число участников, их профессионализм и подготовленность не регламентируются.

Вероятность выхода на рациональное решение довольно высокая.

Рекомендации по применению. Метод может быть применен к особому классу задач, связанных с совершенствованием и обновлением товаров широкого ассортимента, в маркетинговой деятельности для поиска новых сфер применения инженерных решений и создания рекламы выпускаемых товаров.

Условия, в которых можно решать задачи, следующие: многократное применение метода для решения однотипных задач, при постоянном, переменном и с постоянным ядром группы, при поиске решения в одиночку; при квалифицироваином и смешанном составе группы в области решаемой проблемы; при достаточной подготовленности участников и дилетантах в инженерном поиске, под руководством квалифицированного методиста; при достаточном времени на исследование и решение проблемы.