Основная идея морфологического подхода - систематически находить наибольшее число, а в пределе - все возможные варианты решения поставленной проблемы или реализации системы путем комбинирования основных (выделенных исследователем) структурных элементов системы или их признаков. При этом система или проблема может разбиваться на части разными способами и рассматриваться в различных аспектах.
Отправными точками морфологического исследования Ф. Цвикки считает:
- равный интерес ко всем объектам морфологического моделирования;
- ликвидацию всех ограничений и оценок до тех пор, пока не будет получена полная структура исследуемой области;
- максимально точную формулировку поставленной проблемы.
- метод систематического покрытия поля (МСПП);
- метод отрицания и конструирования (МОК);
- метод морфологического ящика (ММЯ);
- метод экстремальных ситуаций (МЭС);
- метод сопоставления совершенного с дефектным (МССД);
- метод обобщения (МО).
Наибольшую известность получили три первых метода.
- Базовые сведения. Идея метода морфологического ящика состоит в определении всех «мыслимых» параметров, от которых может зависеть решение проблемы, и представлении их в виде матриц-строк, а затем в определении в этом морфологическом матрице-ящике всех возможных сочетаний параметров по одному из каждой строки. Полученные таким образом варианты могут затем подвергаться оценке и анализу с целью выбора наилучшего. На рис. 5.1 приведены возможные пути выбора решений из МЯ.
- метод систематического покрытия поля (МСПП);
- применение одного критерия, полностью исключающего все варианты решений, кроме одного (рис. 5.2а);
- последовательное применение нескольких критериев А, В, С, постепенно исключающих все варианты, кроме одного (рис. 5.2б);
- расчленение проблемы на подпроблемы (или задачи на подзадачи) и последовательное применение нескольких критериев для выбора по одному варианту решения по каждой из подпроблем (подзадач), которые вместе взятые и составляют искомое решение (рис.5.2в).
- Пример морфологического исследования
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: 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 табл.5.1 приведена морфологическая таблица для проектирования различных вариантов сумки.
Таблица 5.1
Морфологическая таблица проектирования сумки
Этап 3. Формирование комбинаций по всем признакам и сокращение комбинаций
Взяв из каждой строки морфологической таблицы по одному варианту, получим вариант решения:
Общее количество возможных решений для нашего примера
N = 4 х 4 х 3 х 3 х 3 х 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.
В нашем примере. Берем 2 признака – «Форма сумки» и «Форма и размер ручек». В табл.5.2 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 сумки».
В табл.5.3 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.
Здесь
Pn - параметр, от которых зависит решение проблемы (набор Pn может уточняться по мере получения сведений об исследуемом объекте).
Общее число вариантов в МЯ - R=k1´k2´…´кi´...´kn,. где ki, - число значений i-го параметра;
Возможны следующие пути выбора решений из МЯ (рис. 5.2):
