Метод морфологического ящика. Метод отрицания и конструирования. Метод систематического покрытия поля

Под морфологией (от греч. morphe – форма и logos – учение) обычно понимается структурная форма системы, организованная в соответствии с ее функциями. В практике разработки сложных систем обычно отсутствуют способы, позволяющие по условиям технического задания сразу же выбрать ее оптимальную структуру. Поэтому процесс проектирования носит итеративный характер. Суть морфологических методов заключается в том, что сначала определяют пространство поиска в виде так называемого морфологического множества, содержащего описания всех потенциальных альтернативных вариантов системы, принадлежащих к исследуемому классу. Данный этап решения задачи называется морфологическим анализом. Затем проводится сужение пространства поиска, в ходе которого проводится оценка описаний различных вариантов систем исследуемого класса и выбор тех из них, которые в том или ином приближении соответствуют поставленной цели. Этот этап решения проблемы, связанной с созданием системы, называется морфологическим синтезом. В его итоге получается целостное описание всей исследуемой системы, состоящее из описаний подсистем и взаимодействия между ними.

Таким образом, методы морфологического (комбинаторно-морфологического) анализа и синтеза предназначены для поиска новых решений на основе разделения рассматриваемой системы на подсистемы и элементы, формирования подмножеств альтернативных вариантов реализации каждой подсистемы, комбинирования различных вариантов построения системы из альтернативных вариантов реализации подсистем и, наконец, выбора наилучших вариантов решения системы.

Идеи морфологического подхода изложены швейцарским астрономом Ф. Цвикки, который предложил ряд методов, развивающих данный подход. К ним относятся: метод морфологического ящика; метод отрицания и конструирования; метод систематического покрытия поля.

Построение и исследование морфологического ящика проводится в 6 этапов:

1. Точная формулировка поставленной проблемы.

2. Определение перечня параметров , от которых зависит решение проблемы.

3. Выделение градаций допустимых значений параметров P_i (характеристик) и представление их в виде матриц-строк:

4. Определение альтернативных вариантов: каждый вариант решения задается как совокупность значений различных параметров, взятых по одному из каждой строки.

5. Оценка всех имеющихся в морфологическом ящике вариантов.

6. Выбор из морфологического ящика оптимального варианта решения проблемы.

Возможны следующие пути выбора решений из морфологического ящика: применение одного критерия (А), полностью исключающего все варианты решений, кроме одного; последовательное применение нескольких критериев (А, В, С), постепенно исключающих все варианты, кроме одного; расчленение проблемы на подпроблемы и последовательное применение нескольких критериев для выбора по одному варианту решения каждой из подпроблем, которые вместе взятые составляют решение.

Основой метода отрицания и конструирования служит принцип: любое утверждение, сформулированное в конечных и полностью определенных терминах, не может быть абсолютно верным.

В технике метод отрицания и конструирования очень плодотворен, причем наибольшей эвристической силой он обладает на стадии постановки задачи, целеполагания. Процедурно он сводится к трем последовательным этапам:

1. Выявляют в исследуемом объекте (это может быть реальная, действующая техническая система, но может быть и технология, и любой другой объект любой природы и элементного состава, реальный или мыслимый) его признаки, характеристики, свойства или иные атрибуты, существенные для выполнения его главной полезной функции. В некоторых случаях достаточно определить всего один такой признак.

2. Отрицают один из выявленных признаков, отказываются от него и заменяют его принципиально иным признаком, не обязательно противоположным отброшенному. Например, при разработке нового объекта, на основе настенных часов, можно отрицать их свойство «показывать местное время» и заменить его, в зависимости от назначения, такими:

− показывать время, оставшееся до конца заданного интервала (например, до конца рабочей смены);

− показывать время с момента восхода солнца;

− показывать температуру, давление или еще какую-нибудь погодную характеристику или их комбинацию;

− показывать фазу луны, уровень солнечной активности или иной космический фактор, влияющий на здоровье и самочувствие.

3. Конструируют (сначала мысленно, а при удачном завершении «мысленного конструирования» – и в натуре) новый объект с этой замененной характеристикой. Остальные характеристики, не связанные с замененной, оставляют теми же, что и в исходном объекте.

Рисунок 6.1 – Метод систематического покрытия поля

Схема метода систематического покрытия поля поясняется на рисунке 6.1, на котором «поле знаний» об объекте исследования условно обозначено в виде некой замкнутой плоской области. В действительности, начиная изучение любого объекта, исследователь вначале имеет в своем распоряжении лишь очень небольшое количество известных положений, т. е. экспериментальных фактов или теоретических утверждений, которые можно назвать «вехами знаний». Познание объекта исследования фактически строится как продвижение от каждой из этих «вех».

Метод систематического покрытия поля (МСПП) рекомендует последовательно экстраполировать имеющиеся знания в неизученные участки поля, стараясь перекрыть его полностью, т. е., с одной стороны, найти ответы на все вопросы, имеющие отношение к объекту исследования, а с другой стороны, мысленно построить все ситуации и следствия, вытекающие из уже имеющихся знаний.