Морфологический анализ

Метод морфологического анализа (МА) разработан в 30-е годы швейцарским астрономом Ф. Цвикки для конструирования астрономических приборов. МА основан на комбинаторике. Суть данного метода заключается в следующем. В проектируемом объекте выбирают группу основных признаков. В качестве признаков могут быть элементы конструкции либо функции элементов. Для каждого признака предлагаются различные альтернативные варианты его реализации. Затем предложенные варианты комбинируют между собой. Из всего множества получаемых комбинаций выбираются допустимые, а затем наиболее эффективные варианты по некоторым критериям качества.

Рассмотрим последовательность проведения морфологического анализа, поясняя содержание каждого этапа на примере разработки сумки, предназначенной для учебных занятий студентов.

Этап 1. Постановка задачи.

Здесь формулируются: проблемная ситуация, требования (ограничения) к проектируемому объекту, критерии оценки качества вариантов.

Пример.

Проблемная ситуация – выпускаемые сумки имеют неудобные размеры, не надежны, не модны.

Требования – сумка должна вмещать 5 тетрадей, 3 книги, иметь карманы для денег и ручек.

Критерии: стоимость, эстетичность, надежность.

Этап 2. Выделение признаков объекта и формирование морфологической таблицы.

На данном этапе выделяются признаки (элементы конструкции объекта, функции, свойства) и разрабатываются альтернативные варианты для каждого признака. В качестве отдельных альтернатив могут быть комбинации уже предложенных вариантов. Результаты этапа оформляются в виде морфологической таблицы.

В таблице приведена морфологическая таблица для проектирования различных вариантов объекта.

Этап 3. Формирование комбинаций по всем признакам и сокращение комбинаций

Взяв из каждой строки морфологической таблицы по одному варианту получим вариант решения:

Р1 = А11, А21, А31, А41, А51, А61;

Р2 = А11, А21, А31, А41, А51, А62;

Р3 = А11, А21, А31, А41, А51, А63;

…

Общее количество возможных решений равно:

N = n₁ × n₂ × … × n_m,

где n_i – число альтернативных вариантов по I-тому признаку.

Для нашего примера: N = 4 × 4 × 3 × 3 × 3 × 3 = 1296.

Сокращение числа решений ведется за счет отбрасывания наихудших комбинаций альтернатив, а именно: несовместимых, наименее эффективных и труднореализуемых, не соответствующих требованиям.

Рассмотрим один из эвристических приемов сокращения комбинаций. Предлагается комбинировать альтернативы не по всем сразу признакам, а сначала рассмотреть комбинации альтернатив по двум признакам и отбросить наихудшие комбинации. Затем оставшиеся комбинации комбинируются с еще одним признаком и т.д.

Пример. Берем 2 признака – «Форма» и «Форма и размер». В таблице каждая ячейка (на пересечении строк и столбцов) соответствует комбинации этих признаков. Наихудшие варианты вычеркнуты (помечены крестиком)

Оставшиеся комбинации - А11+А22, А11+А24, А12+А23, А13+А21, А14+А22 – далее комбинируются с вариантами еще одного признака, например, «Материал». В таблице отображены результаты выбора комбинаций на данном шаге.

Процесс продолжается, пока не будут использованы все признаки.

Оставшиеся комбинации образуют множество перспективных решений. Из этого множества в дальнейшем может быть выбрано оптимальное решение, например, с помощью методов выбора, рассматриваемых ниже.

Методы выбора