Vladimir Kush. Matrix of Love

Метод многомерных матриц или метод «морфологического ящика»

Этимология

Морфология (от гр. morphe — форма и logos — учение) -наука изучающая формы и строение неодушевленных и живых объектов (кристаллов, слов, артефактов, организмов) без рассмотрения их функционирования.

1. Автор

Фриц Цвикки (14 февраля 1898, Варна, Болгария -8 февраля 1974, Пасадена, США) - американский астроном швейцарского происхождения. Фю Цвикки работал в Швейцарском федеральном политехническом университете, расположенном в Цюрихе. В 1925 году он эмигрировал в Соединенные Штаты, где он продолжил свои исследования в Калифорнийском технологическом институте.

2. История

В 30-е годы Ф. Цвикки впервые применил морфологический подход к решению астрофизических проблем и предсказал благодаря этому существование нейтронных звезд.

Для решения технических задач морфологический анализ впервые был использован в 1942 г., когда Ф. Цвикки начал разрабатывать ракетные двигатели в фирме «Аэроджемн инжиниринг корпорейшн». Именно в это время данный подход получил наиболее полное обоснование и практическое применение.

В 1940-х и 50-х годах двадцатого столетия Цвикки впервые применил морфологический подход к решению астрофизических проблем и разработке реактивных ракетных двигателей. Фриц Цвикки (1967, 1969) разработал обобщенную форму морфологического анализа (МА), которая представляет собой метод систематического структурирования и исследования возможных взаимосвязей внутри сложных объектов. Этот метод может быть распространен практически на любую проблемную область, которая может быть подвержена структурированию. В 1969 году он издал книгу, посвященную разработке морфологического анализа, в которой отмечал, что многие свои открытия, он совершил, используя этот метод. Позднее подробное исследование морфологического моделирования было осуществлено Т. Ричи (1998, 2002, 2006, 2011).

Zwicky F. The morphological method of analysis and construction, Сourant, Anniversary Volume, 1948.
Zwicky, Fritz (1969), Discovery, Invention, Research — Through the Morphological Approach, Toronto: The Macmillian Company.
Ritchey, T. (1998). General Morphological Analysis: A general method for non-quantified modeling.
Ritchey, T. (2011) Wicked Problems/Social Messes: Decision support Modelling with Morphological Analysis. Berlin: Springer.

3. Описание метода

Морфологический анализ (MA) или общий морфологический анализ (GMA) — это метод творческого решения многомерных, сложных проблем путем их системного структурирования и изучения пространства всех возможных решений, а также эффективный инструмент создания креативных идей и разработки новых продуктов, технологий и услуг.

Морфологический анализ относится к хорошо структурированным эвристическим методам, является расширением метода Списка атрибутов и имеет общие черты с техникой Принудительных отношений.

Метод основывается на анализе атрибутов и параметров системы, генерировании альтернативных вариантов их представления, а также создании и выборе их новых комбинаций.

4. Сущность метода

Сущность морфологического анализа заключается в нахождении всех возможных вариантов реализации объекта или решения поставленной проблемы путём построения многомерных матриц и комбинирования их элементов.

Данный метод основан на построении матрицы, в которой по вертикальной оси перечисляются все основные параметры объекта, а по горизонтальной — указывается возможно большее число вариантов их реализации. Комбинирование полученных вариантов элементов объекта ведет к генерированию творческих идей и решений.

Цель метода: Расширить область поиска новых идей, путем систематического создания и исследования как можно большего числа комбинаций признаков объекта и альтернативных решений проблемы.

Механизм: Составление наиболее полного списка возможных вариантов представления параметров системы, создание и выбор их оптимальных комбинаций.

5. Основные функции

1. Морфологический анализ используется для анализа и решения сложных, практических проблем и нахождения наилучших решений среди самых разнообразных возможностей.

2. Данный метод наиболее эффективен при решении прикладных проблем и конструкторских разработок, проектировании новых продуктов, товаров и услуг.

6. Методологические и теоретические основания

1. Общий морфологический анализ (GMA) – представляет собой методологический подход, обобщенное отношение к реальности, особый способ видения и стиль мышления.

«Морфологический анализ — это просто упорядоченный способ видения вещей» (Фриц Цвикки).

Морфологический анализ создает основу для системного мышления, направленного на выявление ключевых структурных параметров и всего разнообразия вариантов их представленности, а также выбора их наиболее полезных комбинаций или узоров признаков.

2. Морфологический анализ основывается на концепции универсальной связи между всеми объектами, событиями и сферами реальности. «… в конечной и истинной картине мира все связано со всем, и ничто не может быть отброшено априори как несущественное» (Фриц Цвикки).

3. Морфологический анализ основан на комбинаторной природе творчества , которая была раскрыта и сформулирована в ряде концепций. В комбинаторных теориях творчество понимается как: Создание новых комбинаций элементов, взятых из отдаленных областей и выбор наиболее полезных из них (А. Пуанкаре, 1913) , «биссоциативные матрицы »представляющие собой смешение элементов, взятых из двух ранее несвязанных матриц мысли, в новую матрицу смысла (A. Костлер, 1964), реорганизация существующего опыта и создание на его основе новых комбинаций (А. Матейко, 1970), способность представлять комбинации двух или более концепций и образов (А. Ротенберг, 1980), комбинирование двух или более концепций внутри смыслового пространства с целью создания новой концепции (М. А. Боден, 1990), концептуальное сочетание и концептуальное смешение G. Fauconnier и M. Turner (2002), концептуальное комбинирование альтернативных структур знаний (G.M. Scott, D.C. Lonergan, M.D. Mumford, 2005).

7. Основные принципы

1. Единство анализа и синтеза

Морфологический анализ основан на универсальном методе анализа и синтеза, в котором противоположные компоненты взаимопроникают и дополняет друг друга (Т. Ричи). Принцип единства анализа и синтеза действует во всех сферах жизнедеятельности человека.

метод многомерных матриц базируется на принципе анализа и создания и новых связей и отношений

1. Анализ –декомпозиция.

Разложение на компоненты. В проблеме выделяются ключевые параметры и их возможные альтернативы.

2. Синтез –композиция.

Установление принудительных отношений. Реализация этого принципа ведет к созданию множества комбинаций альтернатив представления различных параметров.

2. Структурно-параметрический принцип. Реализация данного принципа позволяет представить каждый объект как систему взаимосвязанных структурных компонентов, существенных параметров, а также актуальных и потенциальных связей между ними. Этот метод связан с раскрытием и моделированием структурных отношений между различными аспектами объекта или проблемы. Это инструмент для выявления и исследования наборов возможных комбинаций, конфигураций и отношений между элементами.

3. Принцип комбинирования — основан на совокупности двух принципов: сочетания и совместимости, первый из которых позволяет сводить вместе несколько различных элементов, а второй определяет возможность создания их оптимальных паттернов и идеальных узоров.

Морфологический анализ основан на комбинировании выделенных элементов или их признаков в процессе поиска решения проблем. Данный метод помогает создавать и выбирать новые полезные или потенциальные комбинации атрибутов, которые могут представлять собой будущие новые продукты и услуги.

4. Принцип упорядочивания и систематического перебора вариантов.

Целью морфологического анализа является упорядочение процесса выдвижения и рассмотрения различных вариантов решения данной проблемы.

Упорядочивание способа исследования структуры и параметров объекта и систематизация перебора вариантов их представления позволяет расширить поле всех возможных решений и найти новые, неожиданные варианты, которые ранее не рассматривались. Систематическое исследование всех мыслимых комбинаций и альтернатив, порождает новую ценную информацию о способах совершенствования объектов и эффективном решении поставленных проблем.

Морфологическая матрица

Новые творческие идеи возникают в процессе комбинирования известных элементов, а применение морфологических матриц позволяет генерировать новизну целенаправленно и системно.

Морфологический анализ основан на построении матрицы, в которой определяются ключевые параметры объекта, указывается возможно большее число известных вариантов реализации этих параметров и определяются все возможные сочетания параметров по одному из каждого столбца.

Комбинирование выделенных вариантов реализации или представления элементов, ведет к нахождению самых неожиданных и сильных решений.

8. Процедура и этапы

В наиболее общем виде морфологический анализ представлен тремя основными этапами:

1. Создание матрицы и пространства решений.

2. Определение возможных конфигураций и ограничений согласованности.

3. Оценка и выбор наиболее продуктивных идей и решений.

Важной процедурой в процессе анализа-анализа является сокращение общей совокупности возможных комбинаций до меньшего набора внутренне согласованных конфигураций, представляющих «пространство решений». Том Ричи (Tom Ritchey, 1998) назвал этот процесс «оценкой взаимной согласованности» (CCA).

Метод создания и совершенствования нового объекта включает следующие шаги:

1. Выбирается объект или продукт.

2. Составляется список основных параметров или частей объекта,

совокупность которых обеспечивает его функционирование и на основе анализа и оценки выбираются самые значимые из них.

3. Для каждого параметра или части перечисляются их возможные варианты исполнения или представления.

4. Выбираются оптимальные сочетания и комбинации возможных реализаций всех параметров или частей объекта.

5. На основе лучшей комбинации формируется творческая идея нового объекта.

Процедура решения проблем с помощью морфологического анализа.

Определяются все возможные элементы, от которых может зависеть решение проблемы, перечисляются возможные значения этих элементов, а затем генерируются альтернативные решения путем перебора всех возможных сочетаний этих значений.

1. Дать короткую и точную формулировку решаемой проблемы.

2. Выявить наиболее важные характеристики и параметры решения проблемы и разместить их в вертикальной колонке матрицы.

3. Раскрыть и внести в горизонтальные ячейки возможные варианты реализации каждого параметра и наиболее продуктивные альтернативы. Наибольшую ценность представляют новые и даже фантастические варианты решений.

Совокупность всех внесенных вариантов и составляет содержание морфологической матрицы, в которой возможны и пустые клетки.

4. Найти как можно больше комбинаций альтернативных вариантов решений и определить их функциональную ценность с точки зрения эффективности, новизны и осуществимости.

5.Выбрать и реализовать наиболее продуктивные, желательные и выполнимые решения проблемы.

9. Достоинства

1. Это хорошо структурированный метод, позволяющий существенно расширить область поиска решения и ввести в поле зрения варианты, которые при обычном рассмотрении проблемы могут быть упущены.

2. Применение морфологического анализа позволяет глубже понять сущность и структуру исследуемой проблемы или объекта.

3. Метод носит системный и целенаправленный характер, что позволяет упорядочивать имеющуюся информацию и генерировать новые творческие идеи решения проблем.

4. Морфологический анализ позволяет развивать уже имеющиеся идеи и совершенствовать объекты, а также генерировать новизну и создавать новые технологии, объекты и услуги.

5. Принцип морфологического анализа легко реализуется с помощью компьютерных средств и может быть использован в вычислительном творчестве (computational creativity), моделях искусственного интеллекта, струкутрно-параметрического синтеза, параметрической архитектуры и дизайна.

10. Недостатки и ограничения

1. Механический подход к анализу объекта ведет к генерированию большого количества вариантов, многие из которых оказываются лишены практического смысла.

2. При выборе ключевых параметров объекта могут быть упущены значимые факторы, что может существенно понижать эффективность полученных решений.

3. Пространство решений задач определяется границами построенной матрицы, а процесс создания нового происходит внутри морфологического ящика.

4. Современные проблемы реального мира крайне динамичны, неопределенны и неоднозначны, а их сценарии развития часто непредсказуемы и лежат за пределами заданных границ морфологического пространства.

5. Успех метода напрямую зависит от субъективных процессов оценки и выбора, а отсутствие критериев отбора полезных комбинаций и вариантов решений делает возможным утраты полезных и значимых альтернатив.

6. Морфологический анализ увеличивает вероятность получения интересного решения, но не гарантирует его.

7. Комбинирование как инструмент генерации новизны, является только одним из целого спектра механизмов творческой деятельности. В связи с этим, в этом методе конвергентного мышление преобладает над дивергентным, а рациональный анализ над интуитивным решением проблем и преобразующим воображением.

Морфологический анализ разработан в 1942 г. швейцарским астрономом Ф.Цвикки, который в этот период был привлечен к участию в ранних стадиях ракетных исследований и разработок в американской фирме "Аэроджет инжиниринг корпорейшн". С помощью метода морфологического ящика, наиболее разработанного из всех методов морфологического анализа, созданных Ф.Цвикки, ученому удалось за короткое время получить значительное число оригинальных технических решений в ракетостроении, чем он очень удивил ведущих специалистов и руководителей фирмы. Многие из предложенных решений были впоследствии реализованы.

Сам морфологический анализ определил эру системных исследований и стал первым ярким примером системного подхода в области изобретательства. По мнению Ф.Цвикки, предметом метода морфологического ящика является проблема вообще (техническая, научная, социальная и другая). Он допускает, что точная формулировка проблемы автоматически раскрывает наиболее важные параметры, от которых зависит ее решение, и каждый такой параметр может быть разбит на ряд значений. Причем любое сочетание значений параметра считается принципиально возможным.

Сущность анализа заключается в следующем. В совершенствуемой технической системе выделяют несколько характерных для нее структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать, например, какой-то конструктивный узел системы, какую-то ее функцию, какой-то режим работы системы, то есть параметры или характеристики системы, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

По каждому выделенному морфологическому признаку составляют список его различных

конкретных вариантов, альтернатив, технического выражения. Признаки с их альтернативами можно располагать в форме таблицы, называемой морфологическим ящиком (картой, матрицей), 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.

План действия . Метод предусматривает выполнение работ в пять этапов :

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

Если первоначально ставить вопрос об одной конкретной системе, метод непосредственно обобщает изыскание на все возможные системы с аналогичной структурой и в итоге дает ответ на более общий вопрос. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу - снегохода.

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

Точная формулировка и определение класса изучаемых систем (устройств) позволяют раскрыть основные признаки или параметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признаками могут быть: А - двигатель; Б-движитель, В - опора кабины, Г - управление, Д - обеспечение заднего хода и так далее.

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

Каждая из n характеристик (параметров, морфологических признаков) обладает определенным числом различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Например, для снегохода варианты: А1 - двигатель внутреннего сгорания; А2 - газовая турбина, АЗ -электродвигатель, А4 - реактивный двигатель и так далее; Б1 - воздушный винт, Б2 - гусеницы, БЗ - лыжи, Б4 - снегомет, Б5 - шнеки и так далее; В1 - опора кабины на снег, В2 - на двигатель, ВЗ - на движитель и так далее. Сочетание одного из возможных вариантов морфологического признака с другими от каждого признака дает одно из возможных технических решений.

Структура технической системы может быть выражена морфологическими признаками (например, в приведенном примере - формулой АБ-ВГД...), но сочетание их конкретных вариантов (например, А1 Б2 В1 ГЗ Д4)- лишь одно конкретное из множества технических решений, вытекающих из закономерностей строения системы.

Совокупность всех возможных вариантов, каждого из перечисленных морфологических признаков, выраженная в виде матрицы, дает возможность определить полное число решений в этом случае

Если в приведенном выше примере ограничиться только названными морфологическими признаками, то число возможных вариантов решений будет определяться следующим образом:

N = 4х5хЗх...х...

Если построить n-мерное пространство (где n - число морфологических признаков) и на каждой из осей, принадлежащей одному из признаков, отложить все возможные его варианты, то получим "морфологический ящик" (название, удачное для трехмерного пространства, то есть для трех признаков). В каждой точке его, характеризуемой n конкретными координатами, находится одно возможное техническое решение.

Очень важно, чтобы вплоть до данного момента не ставился вопрос о практической осуществимости и ценности того или иного варианта решения. Такая преждевременная оценка всегда наносит ущерб беспристрастному применению морфологического метода. Однако сразу после получения всех возможных решений можно сопоставить их с любой системой принятых критериев.

4. Определение функциональной ценности всех полученных вариантов решений.

Это наиболее ответственный этап метода. Чтобы не запутаться в огромном числе решений и

деталей, оценка их характеристик должна проводиться на универсальной и, по возможности, простой основе, хотя это не всегда легкая задача.

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

5. Выбор наиболее рациональных конкретных решений. Нахождение оптимального варианта может осуществляться по лучшему значению наиболее важного показателя технической системы.

Морфологический анализ создает основу для системного мышления в категориях основных структурных признаков, принципов и параметров, что и обеспечивает высокую эффективность его применения. Он является упорядоченным способом исследования, позволяющим добиться систематического обзора всех возможных решений данной крупномасштабной проблемы. Метод строит мышление таким образом, что генерируется новая информация, касающаяся тех комбинаций, которые при бессистемной деятельности воображения ускользают от внимания.

Хотя морфологическому образу мышления внутренне присуще убеждение, что все решения могут быть реализованы, при этом, естественно, многие из них оказываются сравнительно тривиальными. Трудность применения морфологического анализа заключается в том, что до сих пор не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности того или иного варианта решения. Если бы он был найден, то можно было исходя только из теоретических соображений выбирать оптимальную комбинацию элементов для каждого проектируемого устройства. Таким образом, процесс изобретения был бы заменен непосредственным анализом альтернативных вариантов, что по силам и ЭВМ. Чаще всего, конечно, оказывается, что рабочие характеристики устройства, в основу построения которого положена неизвестная ранее комбинация элементов, являются более или менее неопределенными.

Применение. Морфологический анализ может быть использован как на первых этапах поиска технических идей и решений, так и на последней фазе поиска, когда найдена новая техническая идея, удовлетворяющая поставленным требованиям. В этом случае приемы морфологического анализа могут быть применены для расширения сферы использования найденной идеи и для нахождения различных вариантов реализации найденной идеи с целью ее развития и совершенствования.

В силу своей универсальности приемы морфологического анализа могут быть использованы, таким образом, на различных этапах поиска при решении самых разнообразных технических задач, причем не только при поиске идей, но и в других видах инженерной деятельности, например при подготовке материалов для руководства, в обучении и прочее. Поэтому внедрение этих приемов в практику работы инженеров может повысить эффективность их деятельности в целом.

Наиболее целесообразно использовать морфологический анализ при решении конструкторских задач общего плана: при проектировании машин и поиске компоновочных или схемных решений. Например, требуется предложить новый тип индивидуального транспорта в условиях города, выбрать рациональную конструкцию подводного (донного) транспорта и так далее. Метод может применяться для выполнения простых изобретений, а также при прогнозировании развития технических систем, при определении возможности патентования в том или ином абстрактном виде комбинаций основных параметров с целью "заблокировать" будущие изобретения.

Однако его использование предполагает наличие определенной исходной информации об аналогах технического объекта, подвергаемого анализу.

Применение морфологического анализа возможно на эмпирическом уровне, когда исходная информация перерабатывается по довольно формальным признакам, и на естественном уровне, предполагающем вскрытие природы всего класса объектов, к которому относится объект анализа.

Овладение приемами морфологического анализа позволяет не только увеличить поисковый потенциал инженера, но и способствует повышению эффективности всей его деятельности, связанной с разработкой и совершенствованием новой техники.

АРИЗ

Одной из научно обоснованных и хорошо зарекомендовавших себя в практике массового технического творчества является методика программного решения технических задач, созданная изобретателем Г.С.Альтшуллером. Он назвал ее алгоритмом решения изобретательских задач (АРИЗ). Методика основана на учении о противоречии. Алгоритм -это комплекс последовательно выполняемых действий (шагов, этапов), направленных на решение изобретательской задачи (понятие "алгоритм" используется здесь не в строгом математическом, а более широком смысле). Процесс решения рассматривается как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Последовательность, направленность и активизация мышления достигаются при этом ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР), то есть идеальное решение, способ, устройство.

Совершенствуемый технический объект рассматривается как целостная система, состоящая из подсистем, взаимосвязанных элементов, и одновременно являющаяся частью надсистемы, состоящей из взаимосвязанных систем. Перед решением прямой задачи, связанной с техническим объектом, производят поиск задач в надсистеме (обходные задачи) и выбирают наиболее приемлемый путь.

При постановке задачи в АРИЗ учитывается тот факт, что источником психологической инерции служит техническая терминология и пространственно-временные представления объекта. Поэтому рекомендуют формулировать нежелательный эффект или главную трудность какой-либо ситуации, а не требования того, что надо сделать.

Действие психологической инерции уменьшают также применением оператора РВС (Размеры – Время-Стоимость), суть которого состоит в проведении серии мысленных экспериментов по изменению размеров объекта от заданной величины до 0 и затем до ∞ времени действия (скорости) объекта от заданного до 0 и затем до ∞ и стоимости объекта от заданной до 0 и до ∞. Формулировка условий задачи дается по определенной схеме в терминах, доступных неспециалисту.

Стратегия решения изобретательской задачи по АРИЗ (рис.7) состоит в следующем. Формулируют исходную задачу (ЗИ) в общем виде. Обрабатывают и уточняют ее, учитывая действие вектора психологической инерции (ВИ) и технические решения в данной и других областях.

Излагают условия задачи, состоящие из перечисления элементов технической системы и нежелательного эффекта, производимого одним из элементов. Затем формулируют по определенной схеме ИКР. Он служит ориентиром (маяком), в направлении которого идет процесс решения задачи (при формулировке ИКР не нужно задумываться над тем, как он будет достигнут).

В сравнении ИКР с реальным техническим объектом выявляется техническое противоречие, а затем его причина - физическое противоречие (на рис.16 противоречие между ИКР и 30 может быть проиллюстрировано расстоянием между ними на плоскости поискового поля).

Понятие о техническом противоречии основано на том что всякая техническая система, машина или процесс характеризуется комплексом взаимосвязанных параметров: вес, мощность и так далее. Попытка улучшить один параметр при решении задачи известными способами неизбежно приводит к ухудшению какого-либо другого параметра. Так, увеличение прочности конструкции может быть связано с недопустимым увеличением веса, увеличение производительности - с недопустимым ухудшением качества, повышение точности - с недопустимым увеличением расходов и так далее.

Смысл АРИЗ состоит в том, чтобы путем сравнения идеального и реального выявить техническое противоречие или его причину - физическое противоречие - и устранить (разрешить) их, перебрав относительно небольшое число вариантов.

В описании метода морфологического анализа будем исходить из понимания того, то непосредственным результатом исследовательской работы является эффективное решение проблемы.

Тогда проведение исследования можно свести к анализу вариантов решений по определенному набору их параметров. Это и характеризует морфологический метод исследования.

Его можно реализовать посредством составления так называемых морфологических карт, которые содержат, с одной стороны, перечень необходимых параметров, отражающих предполагаемый и ожидаемый результат, с другой стороны, варианты решений, среди которых надо делать выбор, чтобы достичь результата.

Например, такими параметрами могут быть своевременность исполнения, равномерность загрузки, инновационность деятельности, качество работы. Все это параметры управления. Какие факторы определяют их достижение или реализацию? Контроль исполнения, ясность распоряжений, учет загрузки, нормы загрузки, информационное обеспечение, планирование работ, распределение персонала, обучение персонала, мотивирование исполнения, критерии качества, мотивирование качества и др. Все эти факторы определяют возможные решения. Но решения могут быть ключевыми и второстепенными, промежуточными и окончательными. Сделать выбор и обоснование решений позволяет морфологическая карта. Решение должно соединять все эти факторы, отражать комплекс действий, способных изменить положение.

Соединение метода классификации и метода обобщения дает метод морфологического анализа .

Он построен на декомпозиции проблемы по составляющим ее элементам, поиске в этой схеме наиболее перспективного относительно всей проблемы элемента ее решения.

Морфологический анализ предполагает не простую декомпозицию, т. е. разложение целого на составляющие его части, но выделение элементов по принципам функциональной значимости и роли, т. е. влияния элемента или подпроблемы на общую проблему, а также прямую или опосредованную связь с внешней средой (иногда это называют надсистемой).

Это лучше всего можно объяснить на примере. Возьмем проблему распределения функций. Менеджер заметил, что в процессах управления очень часто встречаются задержки в принятии решений или подготовке документов, или реагировании на распоряжения (резолюции). Многие объясняют такое положение неудачным распределением функций и полномочий между подразделениями, неравномерной загрузкой.

Итак, исходной позицией морфологического анализа является постановка проблемы. Далее проводится ее декомпозиция, т. е. разделение на составляющие проблемы. В качестве примера можно назвать проблемы структуры системы управления, профессионализма персонала, мотивации деятельности, трудоемкости функции, учета загрузки. Могут быть названы и другие проблемы.

Но декомпозицию проблем надо делать не только сверху вниз, но и снизу вверх. Ведь распределение функций зависит не только от внутреннего состояния системы управления, но и от внешних факторов ее функционирования: конкуренции, экономической обстановки, рынка специалистов, системы обучения, государственного регулирования и др.

Таким образом, строится морфологическая схема и на ее основе проводится анализ каждой из них, чтобы найти главную, связать ее с другими. При анализе можно использовать и другие методы исследования, такие как мозговой штурм, синектика и пр.

Пределом развития морфологической схемы снизу вверх и сверху вниз является возможный переход в другой класс проблем, который сделает эту схему бесконечной. На этом переходе следует остановиться.

Для того чтобы морфологическая схема была построена корректно, следует использовать ряд операторов, посредством которых можно проверять принадлежность проблемы к той или иной иерархической ступени или переходить с одной ступени на другую при декомпозиции проблем.

Эти операторы существуют в форме ключевых вопросов, ответ на которые дает возможность переводить проблему на новую ступень морфологической схемы.

Морфологический анализ помогает глубже понять содержание проблемы и не просто найти ее решение, но и выбрать наиболее удачное решение, учитывая средства и методы, причины и последствия.

Некоторой разновидностью морфологического анализа является другой метод исследования -метод "букета проблем".

Он основан на поиске такой формулировки проблемы, которая в большей мере способствует нахождению ее решения.

Дело в том, что решение любой проблемы зависит от того, как она поставлена, как сформулированы вопросы, отражающие суть этой проблемы. Корректная постановка вопроса всегда отражает знание пути его решения. На этом и построен метод букета проблем.

Технология использования этого метода включает несколько этапов:

· Постановка проблемы в таком виде, в каком она представлена в реальной практике управления. Например: как использовать компьютер в деятельности менеджера?

· Обобщить эту проблему, представить ее в общем виде. Здесь может быть множество формул обобщения, так же как и уровней. В нашем примере: повысить производительность управленческой деятельности, обеспечить профессионализм управления, поднять авторитет менеджера и пр. Обобщение позволяет определить класс проблемы, ее истоки, главное в выборе ее решения.

· Определить проблему-аналог. Эти действия заключаются в поиске аналогичных проблем в других областях деятельности или сферах природы. Можно по поставленной первоначально нами проблеме так сформулировать аналог "отрастить вторую голову", "увеличить скорость мысли", "обеспечить выживание" и т. д.

· Установить роль и взаимодействия проблемы в комплексе других проблем. Может быть, можно решить проблему не саму по себе, а через решение другой проблемы: может быть, решение проблемы произойдет как следствие. Например, по нашей исходной проблеме это может быть замена менеджера другим лицом, владеющим компьютером, изменение распределения функций и -полномочий в системе управления так, чтобы менеджер не нуждался в индивидуальном владении компьютером, создать должность личного помощника менеджера, владеющего компьютерной техникой, разработать предельно простые программы использования компьютера, доступные несведущему человеку.

· Сформулировать обратную проблему. Это бывает очень полезно, так как может подсказать решение, навести исследователя на удачный вариант. Например, компьютеризация деятельности менеджера снижает действие человеческого фактора управления, а это отрицательно сказывается на эффективности управления при любом уровне его технической вооруженности. Такая формулировка обратной проблемы позволяет увидеть опасность неудачных решений, установить критерии выбора успешных решений.

5.2 Методы доказательства

Понятие доказательства в практике исследовательской деятельности рассматривается как приведение любых аргументов, подтверждающих некоторое положение. Такими аргументами могут быть факты, проверенные положения, заключения, точки зрения признанных авторитетов, результаты экс­перимента.

Не все и не всегда можно доказать при помощи фактов, да и не всегда существуют доступные восприятию факты. В этом случае доказываемые положения выводятся из других, достоверность которых полагается установленной.

Надежность доказательства определяется аргументацией фактологией, методологией его построения, формально-логическим следованием, готовностью к восприятию аргументов и фактов.

Доказательство - это интеллектуальная операция, состоящая в установлении истинности некоторого суждения, посредством его вывода из других суждении, истинность которых полагается установленной до этой операции и независимо от нее, а также посредством подтверждения фактами и практической деятельностью.

В зависимости от характера и особенностей предмета исследования и возможностей его проведения формы доказательства могут быть различными.

Существуют доказательства фактологические, опирающиеся в основном на фактический материал; формально-логические, главной опорой которых являются законы формальной логики; экпериментальные - построенные на эксперименте; эмпирические - опирающиеся на осмысленный и обобщенный опыт.

Корректность доказательства определяется его строением. В каждом доказательстве существует три элемента: тезис, аргументы (основания), демонстрация.

Тезис - это суждение, истинность и приятие которого устанавливается в доказательстве; аргументы - суждения, из которых выводится тезис; демонстрация - логическая форма связи названных двух элементов, обусловливающая необходимость выведения одного из другого, тезиса из аргумента.

Существует множество разнообразных приемов и способов доказательства:

Доказательство от определения. Оно построено на четком определении ключевых категорий, так, "чтобы определения этих категорий не вызывали сомнений относительно их адекватности реальным явлениям и практическому опыту.

Доказательство от обратного. Если принимаются аргументы об абсурдности обратного, противоположного доказываемому, то считается, что первоначальное суждение истинно или, по крайней мере, корректно.

Доказательство, построенное на анализе свойств исследуемого объекта.

Доказательство по принципу приведения к нелепости, абсурдности. Это прием опровержения допуска истинности, которая оказывается нелепостью.

Доказательство на основе классификации факторов, позволяющей установить свойства объекта исследования и причины его оригинального поведения.

Аксиоматическое доказательство. Первоначально формулируется аксиома - бесспорное, понятное и принятое положение, затем строится доказательство, базирующееся, как правило, на нескольких аксиомах.

Фактологическое доказательство, в котором главную роль играет систематизация фактов.

Доказательство по рабочей гипотезе или концепции (гипотетическое, концептуальное доказательство).

Экспериментальное доказательство. Здесь главная опора - эксперимент и его результаты.

Доказательство по концентрации фактов. То или иное положение, вывод или идею могут доказывать не отдельные или разрозненные факты, а их определенная концентрация и конструкция. Факты надо накапливать и систематизировать.

Эффективность доказательства определяется правильным выбором его приемов в соответствии с предметом и характером исследования, особенностями и назначением его результатов.

В обобщенном представлении эффективность доказательства зависит от множества факторов гносеологических, методологических, социально-психологических, риторических. Но наиболее важную роль играют факторы, отражающие содержание доказательства.

Тезис или доказываемое положение должны соответствовать правилу точности формулировки, неизменности на всех этапах доказательства. В практике нередко приходится наблюдать подмену тезиса, подмену понятий. Эта ошибка проявляется в том, что выдвинутый в начале доказательства тезис в процессе доказательства заменяется другим. Бывает подмена количественных характеристик тезиса (доказанное относительно части объекта переносится на весь объект), подмена модальности (вероятность выдается за до­стоверность).

В обеспечении эффективности доказательства необходимо следовать и правилу истинности аргументов. Часто встречаются ошибки недоказанного основания. Одной из распространенных ошибок является "круг в доказательстве". Она заключается в замкнутости аргументов, не выходящих на тезис. Принципом, предостерегающим от этих ошибок, является принцип доказательственной независимости аргументов.

Если аргументационная процедура не является логически строгим доказательством, но обеспечивает некоторому суждению определенную степень вероятности, ее называют обоснованием.

управление морфологический альтернатива матрица

Суть морфологического метода заключается в следующем: в улучшаемой системе выделяют несколько характеристик - структурных или функциональных морфологических признаков. Любой признак может характеризовать какой-то параметр: характеристику системы, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

По любому выделенному морфологическому признаку составляют список его разных конкретных альтернатив. Признаки с их альтернативами можно группировать в форме таблицы, называемой морфологическим ящиком, что позволяет лучше изобразить поисковое поле. Перебирая многообразные сочетания альтернативных вариантов выделенных признаков, можно обнаружить новые варианты решения задачи, которые при простом переборе могли быть упущены.

Метод предусматривает выполнение работ в пять этапов:

Первый этап. Точная формулировка задачи (проблемы), подлежащей решению. Если первоначально ставится вопрос одной конкретной системе, метод непосредственно обобщает изыскания на все возможные системы с аналогичной структурой и в итоге дает ответ на более общий вопрос.

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

Третий этап. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку (характеристике) путем составления матрицы. Каждая из N характеристик (параметров, морфологических признаков) обладает определенным числом К, различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Тогда полное число решений, составленное из совокупности всех возможных вариантов, определяется как произведение К. В каждой точке N-мерного пространства, характеризуемой N- конкретными координатами, находится одно возможное решение.

Четвертый этап. 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.

Пятый этап. 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

Морфологический анализ разработан в 1942 г. швейцарским астрономом Ф. Цвикки, который в этот период был привлечен к участию в ранних стадиях ракетных исследований и разработок в американской фирме «Аэроджет инжиниринг корпорейшн». С по­мощью метода морфологического ящика, наиболее разра­ботанного из всех методов морфологического анализа, созданных Ф. Цвикки, ученому удалось за короткое время получить значи­тельное количество оригинальных технических решений в ракето­строении, чем он очень удивил ведущих специалистов и руководи­телей фирмы. Многие из предложенных решений были впоследст­вии реализованы.

В дальнейшем Ф. Цвикки создал еще несколько методов: систе­матического покрытия поля поиска; отрицания и конструирования; экстремальных ситуаций; сопоставления совершенного с дефект­ным и метод обобщения. Но все эти методы могут рассматривать­ся как дополнения к морфологическому ящику, наиболее универсальному и перспективному методу, основанномуна морфологиче­ском подходе.

Сам морфологический анализ опередил эру системных исследо­ваний и стал первым ярким примером системного подхода в области изобретательства. По мнению Ф. Цвикки, предметом метода морфо­логического ящика является проблема вообще (техническая, науч­ная, социальная и т. д.). Он допускает, что точная формулировка проблемы автоматически раскрывает наиболее важные параметры, от которых зависит ее решение, и каждый такой параметр может быть разбит на ряд значений. Причем любое сочетание значений параметра считается принципиально возможным. Основ­ной принцип такого анализа, в частности метода морфологическо­го ящика, состоит в систематическом исследовании всех мыслимых вариантов, вытекающих из закономерностей строения (т. е. морфо­логии) совершенствуемой системы.

Морфологический метод исследования был применен к целому ряду систем: по утверждению Ф. Цвикки, более 70 крупных про­мышленных фирм используют его при решении разнообразных научно-технических задач. В результате применения своего метода сам Ф. Цвикки создал серию оригинальных изобретений, в том числе баллистические устройства, оригинальные силовые установки, взрывчатые вещества, способ комбинированной фотографии и т. д.

Сущность анализа заключается в следующем. В совершенствуе­мой технической системе выделяют несколько характерных для нее структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать, например, какой-то кон­структивный узел системы, какую-то ее функцию, какой-то режим работы системы, т. е. параметры или характеристики системы, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

По каждому выделенному морфологическому признаку состав­ляют список его различных конкретных вариантов, альтернатив, технического выражения. 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:

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

Если первоначально ставится вопрос об одной конкретной си­стеме, метод непосредственно обобщает изыскание на все возмож­ные системы с аналогичной структурой и в итоге дает ответ на бо­лее общий вопрос. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов транспортных средств и предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу - снегохода.

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

Точная формулировка задачи и определение класса изучаемых систем (устройств) позволяют раскрыть основные признаки или па­раметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к транспортному средству (снегоходу) морфологическими признака­ми могут быть: А-двигатель, Б-движитель, В-опора кабины, Г - управление, Д - обеспечение заднего хода и т. д.

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

Каждая из п характеристик (параметров, морфологических при­знаков) обладает определенным числом ki различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Например, для снегохода варианты: A 1 - двигатель внутреннего сгорания, А 2 - газовая турбина, А 3 -электродвигатель, А 4 -реактивный двига­тель и т. д.; B 1 - воздушный винт, Б 2 - гусеницы, Б 3 - лыжи, Б 4 - снегомет, Б 5 - шнеки и т. д.; B 1 - опора кабины на снег, В 2 - на двигатель, В 3 - на движитель и т. д. Сочетание одного из возмож­ных вариантов морфологического признака с другими от каждого признака дает одно из возможных технических решений.

Структура технической системы может быть выражена морфо­логическими признаками (например, в приведенном выше приме­ре-формулой АБВГД...), но сочетание их конкретных вариантов (например, А 1 Б 2 B 1 Г 3 Д 2) -лишь одно конкретное из множества технических решений, вытекающих из закономерностей строения системы.

Совокупность всех возможных вариантов, каждого из перечис­ленных морфологических признаков, выраженная в виде матрицы, дает возможность определить полное число решений в этом случае

Если в приведенном выше примере ограничиться только назван­ными морфологическими признаками, то число возможных вариан­тов решений будет определяться следующим образом:

Если построить n-мерное пространство (где п- количество мор­фологических признаков) и на каждой из осей, принадлежащей одному из признаков, отложить все возможные его варианты, то по­лучим «морфологический ящик» (название удачное для трехмер­ного пространства, т. е. для трех признаков). В каждой точке его, характеризуемой п конкретными координатами, находится одно возможное техническое решение.

Очень важно, чтобы вплоть до данного момента не ставился вопрос о практической осуществимости и ценности того или иного варианта решения. Такая преждевременная оценка всегда наносит ущерб беспристрастному применению морфологического метода. Однако сразу после получения всех возможных решенийможно со­поставить их с любой системой принятых критериев.

4. Определение функциональной ценности всех полученных ва­риантов решений.

Это наиболее ответственный этап метода. Чтобы не запутаться в огромном числе решений и деталей, оценка их характеристик должна проводиться на универсальной и, по возможности, простой основе, хотя это не всегда легкая задача.

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

5. Выбор наиболее рациональных конкретных решений.

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

Морфологический анализ создает основу для системного мыш­ления в категориях основных структурных признаков, принципов и параметров, что и обеспечивает высокую эффективность его приме­нения. Он является упорядоченным способом исследования, позво­ляющим добиться систематического обзора всех возможных реше­ний данной крупномасштабной проблемы. Метод строит мышление таким образом, что генерируется новая информация, касающаяся тех комбинаций, которые при бессистемной деятельности вообра­жения ускользают от внимания.

Хотя морфологическому образу мышления внутренне присуще убеждение, что все решения могут быть реализованы, при этом, естественно, многие из них оказываются сравнительно тривиальны­ми. Трудность применения морфологического анализа заключает­ся в том, что до сих пор не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности то­го или иного варианта решения. Если бы он был найден, то можно было, исходя только из теоретических соображений, выбирать оп­тимальную комбинацию элементов для каждого проектируемого устройства. Таким образом, процесс изобретения был бы за­менен непосредственным анализом альтернативных вариантов, что по силам и ЭВМ. Чаще всего, конечно, оказывается, что рабо­чие характеристики устройства, в основу построения которого по­ложена неизвестная ранее комбинация элементов, являются более или менее неопределенными.

Наиболее целесообразно использовать морфологический анализ при решении конструкторских задач общего плана: при проекти­ровании машин и поиске компоновочных или схемных решений. Например, требуется предложить новый тип индивидуального транспорта в условиях города, выбрать рациональную конструк­цию подводного (донного) транспорта и т. д. Метод может при­меняться для выполнения простых изобретений, а также при про­гнозировании развития технических систем, при определении возможности патентования в том или ином абстрактном виде ком­бинаций основных параметров с целью «заблокировать» будущие изобретения.

Создавая морфологический анализ, Ф. Цвикки основное вни­мание уделял не столько совершенствованию уже созданных им методов, сколько разработке новых, которые обеспечат их различ­ные практические приложения.

В целях повышения эффективности и расширения возможно­сти применения морфологического метода и в нашей стране ведет­ся его дальнейшее изучение и доработка. Так, В. М. Одриным и С. С. Картавовым проведен глубокий теоретический анализ метода, сформулированы основные понятия и термины, предложе­ны новые принципы и подходы к анализу и синтезу технических систем.

Метод матриц открытия

Этот метод разработан в 1955 г. во Франции. Его автор А. Моль. Метод матриц открытия близок к известному морфологическому методу Ф. Цвикки, но имеет свои специфические особенности. Как и в методе Ф. Цвикки, он преследует цель систематически исследовать все мыслимые варианты, вытекающие из закономерностей строения (морфологии) усовершенствуемого объекта и изучения поля возможных технических решений. Но метод А. Моля дает возможность гораздо проще ограничить рассматриваемые варианты приемлемым их числом. В наиболее простом виде суть метода матриц открытия заключается в построении матрицы, в которой пересекаются два ряда характеристик (вертикальный и горизонтальный). Ряды могут быть упорядоченными и неупорядоченными, выражены количественно и качественно. Если в морфологическом ящике все выбранные характеристики относятся к объекту, то у А. Моля часть из них может относиться, например, к условиям производства, потребления, эксплуатации и т. п.