Морфологический анализ

Морфологический (касающийся внешнего вида и строения) анализ - один из алгоритмических методов конструирования. Это метод логической организации идей при проектировании, который отличается от традиционных методов, основанных на опыте и интуиции. Морфологический анализ - довольно строгий метод выбора и комбинирования различных этапов конструирования для достижения поставленной цели. Его трудно использовать при плохо определенных и нечетко сформулированных проблемах. В результате проведения морфологического анализа составляется морфологическая карта (ящик) решений, из которых по определенным критериям (непростая задача) нужно выбрать окончательный вариант.

При создании морфологической карты рассмотренные ранее методические приемы (основные физические операции, система движений, физико-технические эффекты, преобразование объектов) используются для решения конструкторских задач по определенным правилам. Это позволяет подходить к решению не чисто интуитивно или на основе опыта, а опираясь на некую систему приемов (с использованием функций, операций, эффектов). При таком подходе меньше вероятность «потерять» хорошее решение.

Составление морфологической карты (ящика). Процесс конструирования разбивается на три фазы (этапа).

  1. Формулирование задачи. На этой фазе устанавливаются основные требования и ограничения. Общая задача разбивается на частные (подзадачи-функции), которые изделие должно выполнять. Это наиболее сложный этап анализа. Основные трудности состоят в определении набора частных задач (функций), которые должны быть:
  • существенными для любого решения;
  • независимыми друг от друга;
  • достаточными для охвата всех аспектов проблемы;
  • достаточно немногочисленными.

      2. Функциональная реализация. На этой фазе рассматриваются действия для решения частных задач. Основным инструментом являются физические операции (увеличить силу, обеспечить фиксацию и др.) и физико-технические эффекты без уточнения механизмов, на основе которых эти действия реализуются.

      3. Предметная реализация (фаза). Здесь осуществляется техническая реализация эффектов, используемых во второй фазе. При использовании метода преобразования объектов предлагается широкий спектр механизмов для решения задач второй фазы (например, для реализации требования увеличить силу предлагаются эксцентрик, рычаг, гидроцилиндр и др. - это уже этап конструирования).

Пример решения задачи с использованием морфологического анализа. Разработать устройство для произвольно частого неподвижного соединения и разъединения деталей без дополнительных приспособлений, т.е. замок с защелкой. В качестве исходного решения (для облегчения изложения материала) принимается устройство, имеющее прямолинейные направляющие а, штифт с поворотной защелки, кнопку d для расфиксирования запирающего элемента V, клин V1 для сжатия пружины е при фиксации и запирающий выступ V2 для фиксирования механизма (рис. 1.44, а).

  1. Формулирование частных задач (декомпозиция общей задачи на более мелкие, конкретные):
  •  разработать устройство для запирания;
  •  предусмотреть устройство, препятствующее отпиранию;
  • увеличить силу, т.е. прикладываемая для запирания сила мала, а сила запирания должны быть велики;
  • обеспечить фиксацию в запертом состоянии;
  • сделать фиксатор бистабильным, т.е. обеспечить снятие фиксирующих свойств, и обеспечить стабильное положение в рабочем состоянии.

Морфологический анализ

            2.  Функциональная реализация (функциональная фаза). Здесь рассматриваются действия для решения частных задач и используемые приемы: физические операции, системы движений, физико- технические эффекты. Например, для частной задачи разраоотки устройства для запирания действием является - вдвинуть одну деталь в другую, а движением - поступательное перемещение.

            3.  Предметная реализация. Для частной задачи 1 (разработки устройства для запирания) предмет реализации - направляющие а поступательного перемещения. Таким образом, рассмотренные фазы конструирования при конкретной конструкции замка представляются в виде морфологической карты (табл. 1.5).

Если конструкция еще неизвестна, то для каждой частной задачи можно предложить различные альтернативные варианты решения. Поэтому появляется семейство решений. Например, част ное решение «вдвинуть одну деталь в другую» можно выполнить различными перемещениями: поступательным, вращательным и др. Аналогично предлагаются различные варианты для других частных решений. В результате можно сформировать морфологическую карту возможных решений (табл. 1.6). Рассматриваемый вариант замка имеет структуру: 1 1, 2.1; 3.2; 4.1; 5.2 Фрикционный штекерный замок для соединения деталей по рис. 1.44, б имеет структуру: 1.1; 2.1; 3.1; 4.4; 5.4, замок по рис. 1.44, в имеет структуру: 1.5; 2.1; 3.1; 5.1.

В принципе количество решений определяется произведением числа вариантов в каждой строке N = n1 n2 n3 n4 n5. Из общего числа нужно исключить несовместимые решения по отдельным строкам, например, использование вращательного и поступательного движений (винт-гайка) исключает умножение силы рычагом и т.п. Формального приема для отбора несовместимых вариантов не существует.

Рекомендации по составлению морфологической карты заключаются в следующем:

  • чтобы иметь наибольшую вероятность найти оптимальное решение, следует предусматривать наибольшее число вариантов тех частных задач, для которых критерии выбора наиболее неопределимы и ненадежны (наиболее часто во второй абстрактной фазе проектирования);
  • в первом приближении можно ограничиться тремя - четырьмя вариантами решений в каждой строке;
  • можно сразу рассматривать ограниченное число вариантов, если отдельные решения заведомо не подходят (например, использование тепловой энергии, электромагнитной энергии и др.).

Морфологический анализ

Морфологический анализ

 

Смотрите также