Морфологический анализ и синтез технических решений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью данного морфологического анализа и синтеза технических решений является ознакомление с основными положениями и приобретение основных навыков творческой работы с его применением.

Суть метода МАиСТР состоит в выявлении и систематическом исследовании всех возможных вариантов исполнения объекта, вытекающих из закономерностей его строения (морфологии). Автор идеи метода - известный швейцарский астроном Ф.Цвикки. Начало использования метода в технике - 1942 г.

Метод МАиСТР предназначен для расширения поля видения проблемы обеспечения объективности при анализе вариантов, вскрытия резервов и реализации нового на основе уже существующей элементной базы.

Морфологический анализ и синтез технических решений

«Транспортное устройство для индивидуального перемещения»(велосипед и не только)

Морфологический анализ (морфологический ящик) - метод систематизации перебора вариантов всех теоретически возможных решений, основанный на анализе структуры объекта.

Метод создан в 30-е гг. XX в. швейцарским астрофизиком Ф. Цвикки. Получил известность с 1942 г. (США).

Применяется при поиске решений в различных областях человеческой деятельности. Применяется при исследовании проблемных ситуаций и выборе направлений решений.

Морфологический анализ может быть использован для создания условий, облегчающих поиск новых идей и решений при формирования портфеля ценных бумаг. С помощью комбинаторики можно получить все теоретически возможные варианты исполнения.

Цель - создать условия, расширяющие область поиска новых идей и решений проблемы, исходя из особенности строения (морфологии) совершенствуемого объекта.

Суть метода - с помощью комбинаторики путем построения морфологической матрицы постараться получить все теоретически возможные варианты реализации объекта с требуемой главной функцией.

Известным методом систематизированного поиска новых идей является морфологический анализ, предложенный швейцарским астрофизиком Цвикки. Морфологический анализ основан на построении таблицы, в которой перечисляются все основные элементы, составляющие объект и указывается, возможно, большее число известных вариантов реализации этих элементов. Комбинируя варианты реализации элементов объекта, можно получить самые неожиданные новые решения.

Последовательность действий при этом следующая:

1. Точно сформулировать проблему.

2. Определить важнейшие элементы объекта.

3. Определить варианты исполнения элементов.

4. Занести их в таблицу.

5. Оценить все имеющиеся в таблице варианты.

6. Выбрать оптимальный вариант.

Основной идеей морфологического анализа является упорядочение процесса выдвижения и рассмотрения различных вариантов решения задачи. Расчет строится на том, что в поле зрения могут попасть варианты, которые ранее не рассматривались. Принцип морфологического анализа легко реализуется с помощью компьютерных средств.

Однако для сложных объектов, имеющих большое число элементов, таблица становится слишком громоздкой. Появляется необходимость рассмотрения огромного числа вариантов, большая часть которых оказывается лишенной практического смысла, что делает использование метода слишком трудоемким. Таким образом, главными недостатками метода является упрощенность подхода к анализу объекта и возможность получения слишком большого для рассмотрения числа вариантов. Морфологический анализ имеет много как простейших, так и усложненных модификаций. Однако его применение рационально для простых объектов и там, где возможно найти новую идею за счет комбинации известных решений (реклама, дизайн и т. п.).

морфологический анализ синтез техническое решение

Пример морфологического анализа

Рис

Для морфологического анализа определим понятие транспортного устройства для индивидуального перемещения. Рассмотрим мотороллер(скутер).

1.Определение мотороллера гласит следующим образом:

Моторомллер (от нем. Motorroller), или скумтер (от англ. scooter) -- это транспортное устройство или средство для индивидуального перемещения на не большие расстояния. Разновидность мотоцикла, отличающаяся более комфортабельными условиями для водителя. Данное средство передвижение является наиболее распространенным устройством и является недорогим. Главная идея мотороллера для города - доставка водителя и пассажиров до места назначения. Но парк мотороллеров не ограничен только городскими, существует вид грузовых, например, муравей мотороллер.

· Этот вид транспорта из-за специфической посадки часто именуют «табуретками», «стульчиками» и даже «унитазами». Мотороллеры, подвергнутые тюнингу двигателя (или класса «спорт») именуются «бешеными табуретками».

· Пилотов мотороллеров, ездящих без шлема и защитной экипировки, называют «хрустиками». Корни названия кроются в отсутствии даже минимальной защищённости такого водителя на дороге и в частом создании им аварийных ситуаций для других участников движения. Ассоциируется с хрустом разбивающегося скутера (хрустит ломающийся пластик).

· Слово «скутер» берет корни из английского языка, от глагола «to scoot» -- удирать. В условиях города, скрыться от полиции легче на скутере, так как он маленький и маневренный и способен легко ездить и лавировать там, где автомобилю и даже мотоциклу проход закрыт. По прямой дороге на скутере от полиции убегать бесполезно, но если использовать преимущества и уйти на узкие тропинки, во дворы, туда, где много близко расположенных друг к другу поворотов, то скутер догнать весьма сложно. Эти достоинства скутеров часто использовали английские подростки в различных ситуациях.

2. По определению, приведенным выше, составим основные критерии, которые охарактеризуют функционирование данного транспортного устройства

1. Этап «зажигания» мотороллера

2. Трогание мотороллера».

3. Движение мотороллера.

4.Торможение.

Все четыре пункта состоят и дополнительных критериев, которые тоже не мало важны дл я данного морфологического анализа, состоящие из: такта сжатия, такта рабочего хода, работы редуктора, работы двигателя, работы автоматического сцепления и других сложных процессов.

3. Нахождение возможных вариантов осуществления данной функции приводит к следующему:

А - Этап «зажигания» мотороллера.

Возможные варианты изменения характеристики:

А1 - Прикладывание усилия- «толчок».

А2 - Удерживание длительное время кнопки «Стартера». ( Необходимо повернуть ключ в замке зажигания в положение «ОN», нажать на одну из тормозных ручек, желательно левую) и нажать на кнопку стартера.)

А3 - Способом «Пульт - управления».

А4 - Способ «Кик-стартинга» ( Поставить мокик на подножку, повернуть ключ зажигания в положение «ON», с помощью кик-стартинга запустить двигатель).

В - «Трогание моторолера»

Для этого пункта возможны следующие варианты:

В1 - Нажатие на тормоз и перевод ручку вариатора в «D».

В2 - Толчок о конкретный предмет.(земля, стена и др.)

В3 - Скатывание мотороллера с вершины склона.

В4 - Электронное управление.

С - «Движение мотороллера»

С1 - Разгон.

С2 - Зацеп за другое транспортное средство.

С3 - Открытие ручки газа.(Ручное управление).

С4 - Автоматическое управление.

D - «Торможение»

D1 - Нажатие переднего или заднего тормозов.

D2 - Изменение «развесовки» во время торможения. (переднего или заднего колес).

D3 - Клевок мотоцикла вперед.

D4 - Отключение сцепление.

D5 - Резкий поворот.

D6 - Падение.

Число вариантов, относящихся к данным характеристикам мотороллера, могут быть многочисленными. Общее число вариантов равняется произведению сумм вариантов исполнения каждого из них.(см. Таблица 1)

Формула:

N (вариантов )=?(А(вар.)) *?(В(вар.))* ?(С(вар.))* ?(D (вар.)).

N (вариантов )=4*4*4*6=384 (варианта).

4.Рассмтриваем возникающие сочетания решений конструкции данного устройства

Самой распространенной конструкцией мотороллера является - А2В1С3D1, а также А4В4С3D4. Наряду со стандартными моделями существуют варианты транспортных средств такие, как A3B4C4D1, А4В1С3D2, (современные).

5.Выбор наиболее эффективных в конкретных условиях вариантов производим с помощью методов экспертных оценок

*Варианты А1В2С2D6, А1В3С1D5 - являются примитивными вариантами, так как не обосновывают как транспортное средство - мотороллер.

*Варианты А4В4С3D4, А4В1С3D2 и A3B4C4D1 достаточно подтверждают основные характеристики и параметры мотороллера.

Синтез технических решений

Задача синтеза проектных решений, с точки зрения возможности формализации, относится к числу наиболее сложных. Это связано с тем, что, с одной стороны, свойства синтезируемого объекта зависят от большого числа случайных, противоречивых и не до конца исследованных факторов. С другой стороны, при решении задачи синтеза часто приходится выбирать вариант из множества очень большой мощности. При проектировании функциональных схем технических объектов существует бесчисленное множество вариантов, различающихся количеством элементов, типами элементов и способами их взаимосвязи. Для решения задачи синтеза могут потребоваться вычислительные мощности, которые превосходят возможности современных компьютеров.

Большая размерность задач синтеза технических объектов делает целесообразным применение блочно-иерархического подхода, при котором весь процесс синтеза объекта разбивается на совокупность взаимосвязанных иерархических уровней. Это значит, что синтезируется не весь объект в целом, а на каждом иерархическом уровне синтезируются определенные подсистемы, уровень детализации которых соответствует принятому способу декомпозиции системы на подсистемы. Такой подход существенно упрощает решение задачи синтеза.

Среди всех подходов к решению задачи синтеза наибольшее распространение в системах автоматизированного проектирование получили комбинаторно-логические методы. В основе методов лежит хорошо организованный перебор в массиве решений, которые являются аналогами и прототипами.

Структура класса объектов, имеющих одинаковое функциональное назначение, представляет собой «комбинаторное пространство», в котором находятся различные сочетания элементов, образующие структуры разрабатываемого технического объекта. В качестве средств описания обобщенных структур используются различные модели.

На ранних этапах проектирование для описания обобщенных структур часто используется математический аппарат многодольных графов (N-дольных). Средствами N-дольных графов можно описывать обобщенные структуры с не очень сложной системой разбиения функции на подфункции. Техническим подфункциям соответствуют доли многодольного графа.

Техническим реализациям подфункций соответствуют вершины графа. Пара вершин связывается ребром тогда и только тогда, когда не существует запретов на сочетание соответствующих реализаций в составе одного технического объекта или процесса. Аппарат многодольных графов не только дает ясный способ описания обобщенных структур с простой функциональной структурой, с его помощью можно дать четкое описание решения задачи синтеза, учитывающего запреты на сочетания вершин. В этом случае любой полный N-вершинный подграф многодольного графа является решением исходной задачи.

Обобщенные структуры, описывающие реальные классы объектов, могут содержать несколько десятков долей и сотни вершин в каждой из них. Любые традиционные способы кодирования таких громоздких графов (матрицы смежности, инцидентности, списки смежности и пр.) не достаточно эффективны. Для компактного представления многодольных графов высокой размерности достаточно вместо самого графа хранить данные о его дополнении, так как объединение любого графа и его дополнения дает в итоге полный граф на том же множестве вершин. Поскольку сумма ребер основного графа и его дополнения -- есть величина постоянная, то большое число ребер в одном образовании означает их дефицит в его дополнении.

Таким образом, имеем способ компактного описания и хранения информации о классах технических объектов.

Для практической реализации рассмотренного подхода целесообразно поставить в соответствие каждой вершине графа структуру описаний, содержащих знания об элементе морфологического множества и хранящиеся в информационной базе проекта. А каждой паре вершин разных долей графа, за исключением вершин имеющих ребро, поставить в соответствие процедуры интеграции элементов в единую структуру.

Предложенный подход нашел свое отражение в разработанных макетах инструментальных средств. Практическая реализация инструментария позволит повысить эффективность проектной деятельности при создании принципиально новых технических объектов.

Список использованной литературы

1.Основы инженерного творчества. Учеб.Пособие, Никифоров Н.И., ВолгТу,2008 г. - 96 с.

2.Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. Учеб.Пособие - Волгоград, ВолгПИ, 1984 г.-364 с.

3.Уемов А. И. Системный подход и общая теория систем М.: Мысль 1982 246с.

4.Балашов Е. П. Эволюционный синтез систем М.: Радио и связь. 1985 328с

5.Кузьмин П. К. Принципы системности в теории и методологии К. Маркса. М. Политиздат, 1986. 399с.

6.Самарин В. В. Техника и общество. Социально философские проблемы развития техники. М.: Мысль 1988. 143с.

Размещено на Allbest.ru