ФСА на основе морфологического анализа

Наибольшую сложность на предварительном этапе функционально-стоимостного анализа вызывает выбор одной единственной технологии среди множества альтернативных вариантов.

Поэтому особое значение на данном этапе приобретает владение современными методами выбора оптимальной технологии (оптимального решения) по стоимостным критериям.

К методам морфологического анализа и синтеза относят способы поиска современных решений, которые основываются на разделении рассматриваемой системы на подсистемы и элементы, формировании подмножеств альтернативных вариантов реализации каждой подсистемы, комбинирования различных вариантов решения системы из альтернативных вариантов реализации подсистем, выборе наилучших вариантов решения систем.

Метод морфологических таблиц (в литературе вместо термина «морфологическая таблица» иногда применяют термин «морфологический ящик») был разработан и успешно применен Ф.Цвики в 1942 г.

Метод был использован на практике для решения многих, прежде всего изобретательских задач: при создании новых двигателей, ряда взрывчатых веществ, баллистических устройств, способов комбинированной фотографии, при прогнозировании направлений развития научных журналов, при исследовании экологической проблемы смогаи пр.

Метод морфологического анализа основан на комбинаторике – систематическом исследовании всех теоретически возможных вариантов, вытекающих из закономерностей строения (морфологии) анализируемого объекта.

Синтез охватывает как известные, так и новые, необычные варианты, которые при простом переборе могли быть упущены. Путем комбинирования вариантов получают большое число различных решений, ряд которых представляет практический интерес.

Идея метода состоит в том, что в интересующей системе выделяют группу морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать параметры, функции системы, которые она должна выполнять.

Известны два варианта метода морфологических таблиц. Общепринятый вариант включает следующие этапы:

1. Точная формулировка (описание и определение) поставленной задачи, а также ее целенаправленное обобщение.

2. Выявление функции и обобщение конструктивных (технологических) признаков исследуемого объекта.

3. Выявление различных альтернатив выполнения функций и обобщенных конструктивных (технологических) признаков исследуемого объекта и сведение их в матрицу (морфологическую таблицу) следующего вида:

Набор значений (по одному из каждой строки) различных альтернатив представляет собой возможный вариант решения данной задачи, например, вариант Общее число вариантов, содержащихся в морфологической таблице равно: - множество значений i-го параметра функции.

4. Оценка всех имеющихся в морфологической таблице вариантов на основе определенных нормативов.

5. Выбор из морфологической таблицы оптимальных вариантов решения проблемы и отслеживания их до завершения конструирования или до окончательной реализации.

Рассматриваемый морфологический признак может быть охарактеризован множеством не перекрывающихся функциональных значений

Морфологическая таблица в заполненном виде представляет собой своеобразное поле поиска. Различают морфологические матрицы:

1. Общих возможностей.

2. Структурных решений.

Матрица общих возможностей помогает подсказать идею технической концепции объекта в целом. Матрица структурных решений позволяет выделить возможный состав объекта, который при несистематизированном подходе ускользает от внимания. Пример матриц общих возможностей и структурных решений для задач экологизации технологий обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения представлен на рис. 6.1. и 6.2.

Рис. 6.1. и 6.2. изображены на слайдах!

Если в каждой строке этой матрицы зафиксировать один из элементов, то их набор будет представлять собой возможный вариант решения задачи обезвреживания питьевой воды. Можно подсчитать, что с помощью матрицы получается следующее число комбинаций:

выбора способов обезвреживания питьевой воды на станциях водоочистки. Морфологические таблицы могут быть как двухмерными, так и многомерными (см. рис. 6.1 и 6.2.). При заполнении морфологических таблиц для конкретных объектов необходимо использовать:

· собственные знания и результаты;

· справочники и инциклопедии;

· словари технических функций;

· международный классификатор изобретений и патентов;

· каталог выставок для поиска технических решений элементов, соответствующих уровню лучших мировых образцов.

При большом количестве морфологических признаков матрицу можно дробить.

Чтобы показать матрицу структурных решений для выделения возможного состава разрабатываемых способов обеззараживания, графически необходимо зафиксировать один из элементов, тогда их набор будет возможным вариантом решения. Для упрощения задачи предположим, что т.е. 2-я стадия обеззараживания.

Таким образом, мы получим морфологическую таблицу, состоящую из 2-х признаков, которые можно рассмотреть одновременно (см. рис. 6.5).

Техническое исполнение способа обеззараживания, например, выбор устройства смешения дезинфектанта с питьевой водой, может быть представлено следующим образом:

· смеситель с подачей озона через фильтросы (высота слоя воды 5м);

· противоточный скруббер;

· турбосмеситель и др.

Оптимальным вариантом решения задачи экологизации технологий обеззараживания в системах водоснабжения будет считаться решение, набранное из частей i-способа обеззараживания, приносящих минимум издержек Z_i.