Методы исследования систем управления

      Прием 5. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, таким образом, чтобы его различные части имели различные значения параметра, указанного в ФФП.

      Прием 6. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, таким образом, чтобы на различных стадиях (фазах) жизненного цикла исходной системы он характеризовался различными значениями параметра, указанного в ФФП.

      Прием 7. Заменить узловой элемент объектом, который на различных стадиях (фазах) жизненного цикла исходной системы характеризуется различными значениями параметра, указанного в ФФП.

      Прием 8. Заменить узловой элемент объектом, который претерпевает превращение (например, фазовое) в другой объект, при этом каждый из них характеризуется одним из значений, указанных в ФФП.

      Прием 9. Включить узловой элемент в состав системы, которая характеризуется одним значением параметра, указанного в ФФП, а узловой элемент — другим значением.

      Прием 10. Заменить узловой элемент объектом, который характеризуется параметром, аналогичным узловому параметру, с таким значением, что его по отношению к различным внешним объектам можно было бы считать "различным".

      Прием 11. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, таким образом, чтобы он превратился (например, за счет фазового перехода) в другой объект, причем перед превращением он характеризовался бы одним значением параметра, указанного в ФФП, а после превращения — другим значением.

      Прием 12. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, таким образом, чтобы одна из его частей претерпевала превращения (например, за счет фазового перехода) в другой объект, который характеризуется одним значением параметра, указанного в ФФП, а оставшаяся часть узлового элемента — другим.

      Прием 13. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, таким образом, чтобы он характеризовался двумя различными параметрами, аналогичными узловому параметру, каждый из которых имел бы одно из значений, указанных в ФФП.

      Прием 14. Рассмотреть узловой элемент как систему, которая характеризуется одним значением параметра, указанного в ФФП, а один из ее элементов — другим значением.

      Выбор приемов рекомендуется осуществлять в соответствии со следующими правилами:

• Если указанные в ФФП показатели характеризуют исходную систему на различных стадиях и фазах жизненного цикла (изготовление, транспортировка, хранение, функционирование, ремонт и т.п.), то лучшие результаты дает применение приемов устранения физического противоречия "во времени" — приемы 6, 7, 8, 11.
• Если указанные в ФФП показатели одновременно присущи исходной системе, то лучшие результаты дает применение приемов устранения физического противоречия "в пространстве" — приемы 1, 2, 5, 12.
• Если по условиям поисковой задачи замена узлового элемента недопустима, то лучшие результаты дает применение приемов "изменение условий" — приемы 5, 6, 9, 11, 12, 13.
• Если требования к узловому элементу сформулированы с точки зрения различных внешних объектов или исходя из различных систем отсчета, то наилучшие результаты дает применение приемов "в отношении" — приемы 10, 14.

      Если  требуется получить наиболее простое решение поисковой задачи, то наилучшие результаты дает применение приемов 3, 4 и 10.

      Морфологический метод и его модификации. Суть метода заключается в следующем. В совершенствуемой системе выделяют несколько характеристик структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать какой-то параметр или характеристику системы, от которых зависят решение проблемы и достижение основной цели.

      По  каждому выделенному морфологическому признаку составляют список его различных конкретных вариантов, альтернатив. Признаки с их альтернативами можно располагать в форме таблицы, называемой морфологическим ящиком, что позволяет лучше представить себе поисковое поле.

      Перебирая всевозможные сочетания альтернативных вариантов выделенных признаков, можно выявить новые варианты решения задачи, которые при простом переборе могли быть упущены.

      Метод предусматривает выполнение работ в пять этапов.

      Этап 1. Точная формулировка задачи (проблемы), подлежащей решению.

      Если  первоначально ставится вопрос об одной  конкретной системе, метод непосредственно  обобщает изыскания на все возможные  системы с аналогичной структурой и в итоге дает ответ на более общий вопрос.

      Этап 2. Составление списка всех морфологических признаков, т.е. всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

      Этап  3. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку (характеристике) путем составления матрицы.

      Каждая  из N характеристик (параметров, морфологических признаков) обладает определенным числом K_i различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Тогда полное число решений, составленное из совокупности всех возможных вариантов, определяется как произведение К.. В каждой точке TV-мерного пространства, характеризуемой N конкретными координатами, находится одно возможное решение.

      Этап 4. Определение функциональной ценности всех полученных вариантов решений.

      Это наиболее ответственный этап метода. Должны быть рассмотрены все N вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы, и проведено их сравнение по одному или нескольким наиболее важным для данной системы показателям.

      Этап  5. Выбор наиболее рациональных конкретных решений.

      Нахождение  оптимального варианта может осуществляться по лучшему значению наиболее важного показателя системы.

      Трудности применения морфологического анализа заключаются в том, что не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности того или иного варианта решения.

      К модификациям морфологического метода относятся:

• метод организующих понятий;
• метод "матриц открытия";
• метод десятичных матриц поиска;
• метод семикратного поиска.

      Метод организующих понятий. Метод организующих понятий включает:

1. установление организующих понятий и определение их отличительных признаков;
2. классификацию организующих понятий по степени их важности;
3. проведение наглядных сопоставлений организующих понятий с их отличительными признаками и разработку на этой основе руководящего материала для возможных решений, соответствующих выбранным ограничениям;
4. оценку признаков в отношении их соответствия специальным требованиям задачи;
5. комбинацию признаков различных организующих понятий в решения.

      Каждая  комбинация отличительных признаков (по одному от каждого организующего  понятия) дает один вариант решения. Для облегчения поиска рациональных комбинаций предлагаются приемы, аналогичные приемам составления морфологических матриц.

      Метод "матриц открытия". Суть метода заключается в построении таблицы, в которой пересекаются два ряда характеристик. Если в морфологическом анализе все выбранные характеристики относятся к строению объекта, то в этом методе часть из них может касаться, например, условий потребления, производства, эксплуатации и т.д. Сам метод не дает законченных решений, но создает возможность для ассоциаций, постановки новых проблем.

      Метод десятичных матриц поиска. Метод включает поиск новых технических решений на основе анализа результатов систематического применения десяти эвристических приемов к каждому из десяти показателей технической системы.

      В качестве основных выделены следующие  десять групп показателей технической системы:

• геометрические (длина, ширина, высота, площадь и т.д.);
• физико-механические (вес, прочность, эластичность и др.);
• энергетические (вид энергии, КПД и др.); конструкционно-технологические;
• надежность и долговечность;
• эксплуатационные (производительность, точность, стабильность параметров и др.);
• экономические (себестоимость, трудовые затраты, потери и др.);
• степень стандартизации и унификации;
• удобство обслуживания и безопасность (шум, вибрации, освещенность, температура и др.);
• художественно-конструкторские (гармоничность, масштабность).

      Для преобразования основных показателей  используют десять групп эвристических  приемов:

• неология — перенос в данную отрасль техники новых для нее значений основных показателей технических объектов;
• адаптация — приспособление известных процессов, конструкций, форм, материалов и их свойств к данным конкретным условиям;
• мультипликация — умножение, увеличение основных показателей;
• дифференциация — связана с дифференциацией показателей (дробление, разделение, очистка и т.д.);
• интеграция — связана с интеграцией показателей (сложение, соединение, смешивание, сближение и т.д.);
• инверсия — изменение порядка на противоположный, обращение, выворачивание и т.д.;
• импулъсация — связана с импульсивными изменениями показателей технических объектов;
• динамизация — связана с динамикой, изменением во времени веса, температуры, размеров, цвета и других показателей технических объектов;
• аналогия — отыскание и использование сходства, подобия в каком-либо отношении показателей данного технического объекта и известных объектов;
• идеализация — приближение показателей технического объекта к идеальным.

      Такая классификация позволяет построить десятичную матрицу поиска, в строках которой записаны основные изменяемые показатели, характеристика технического объекта, а в столбцах — основные группы эвристических приемов (матрица 10 х 10).

      Каждая  ее ячейка соответствует определенному  изменению какого-либо из основных параметров объекта и готовых  технических решений еще не содержит, но способствует возникновению ассоциаций, активизирует поиск идеи решения.

      Метод семикратного поиска. Особенностью метода является деление всех стадий и элементов процесса поиска решений на семь частей, что связано со способностями человеческого мозга воспринимать и эффективно перерабатывать информацию в названных пропорциях.

      Стратегия поиска состоит из анализа проблемной ситуации и общественных потребностей, анализа функций аналогов и прототипа, постановки задачи, генерирования идей и выбора эвристических средств, конкретизации идей, оценки вариантов и выбора оптимального, упрощения, развития и реализации решения. Тактическая часть — многочисленные приемы, применяемые на разных стадиях решения. Среди них используется прием "семи ключевых слов" и таблицы, аналогичные десятичным матрицам поиска, но размером 7x7.

      Комбинаторный метод. Комбинаторный метод является усовершенствованием морфологического метода. Примерную схему комбинаторного метода можно представить следующим образом.

      С помощью анализа сначала следует определить в объекте рабочий орган. Этому способствует само наименование объекта, определение его основной функции, восприятие физической сути исполнения этой функции, воображение. Рабочий орган должен иметь мало частей (элементов).

      Выделив рабочий орган, следует составить сопоставимые перечни вариантов по отдельным признакам. Первые перечни выделяются для составных частей рабочего органа. Зачастую одну из этих частей можно вообразить себе как рабочую среду (жидкость, газ), в которой помещаются другие части рабочего органа. При этом необходимо знать, из какого материала она образована. Такой же перечень в случае надобности может быть составлен и для других, уже установленных частей рабочего органа. Составляют перечни для характеристики их материала. После этого выделяется перечень для описания геометрической формы рабочего органа.

      Затем переходят к структуре рабочего органа. Выделяются перечни для взаимного  расположения его частей (в ней структуру изображают графически), для перечисления сочетаний подвижных и неподвижных частей рабочего органа.