Раздел 3. Эвристические методы решения сложных проблем

Тема 1.Динамика развития методов решения сложных задач в условиях неопределенности

Необходимость получения любого вида знаний должна быть отражением проблемной ситуации. При решении сложных задач в условиях неопределенности необходимо снять противоречие между знанием о потребностях в каких-либо практических или теоретических действиях и незнанием путей, средств, методов, приемов, способов реализации этих действий. Графически это может быть представлено следующим образом (рисунок 1):

 

Приобретенная система знаний (1)	Знание путей, средств приемов реализации целей?	Потребности в практических и теоретических действиях (2)
Знание о стандартных путях

 

Рисунок 1. Сущность противоречий

Изучение методов решения задач в условиях неопределенности (МРЗУН) позволяет значительно расширить мост между приобретенной системой знаний (1) и множеством потребностей (2), т.е. резко расширить круг поддающихся решению задач, поставленных не в стандартной, не в стереотипной форме.

Недаром скачек в развитии МРЗУН произошел во время войны. Именно в это время возникла потребность в разрешении большого круга нестандартных противоречий. Например, между необходимостью создания большого количества оружия и отсутствием достаточного количества обычно используемых материалов; необходимостью в кратчайшие сроки перейти к производству новой техники на традиционных производственных мощностях и т.д.

Можно выделить во времени четыре этапа развития МРЗУН: 40-е годы, 50÷60 годы, 70÷80 годы, 90 годы. С точки зрения организационной структуры методов их можно разделить условно на две группы – коллективные и индивидуальные. Тогда основные методы можно выделить в следующую таблицу 1.

I этап. Типичным представителем коллективных методов на первом этапе является мозговой штурм (мозговая атака). Метод был предложен американцем Алексом Осборном еще до войны и держался практически в секрете. Во время войны он начал применяться более массово, а доступные публикации появились после войны (1953 г.). Метод направлен на раскрытие подсознания, воли, фантазии и заключается в поэтапном выдвижении идей. На первом этапе идеи выдвигает группа генераторов, на втором их оценивает группа аналитиков (экспертов). Подбирает группы и направляет их работу специальный человек-ведущий. Результат мозгового штурма во многом зависит от уровня подготовки ведущего, от знания им соответствующих правил и приемов.

Методы мозгового штурма, или мозговой атаки (МА), основываются на следующем психологическом эффекте.

Если взять группу из 5-15 человек и попросить каждого предложить самостоятельно генерировать не оценивая возможные самые фантастические идеи решения сложной проблемы (например, пути выхода из кризиса предприятия или улучшения конкурентоспособности любого товара), то количество таких идей будет гораздо меньше количества идей, высказываемых ими при генерировании в составе всей группы.

 

 

Таблица 1.

Состав методов

 

Этапы	Коллективные (иррациональные) методы	Индивидуальные (рациональные) методы
I	Мозговой штурм (атака)	Морфологический анализ. [28] Список контрольных вопросов
II	Синектика	АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач) [29], ФМП (функциональный метод проек-тирования)
III	Метод номинальных групп	Ф – ФМК (функционально-физический метод конструирования Колера)
ФСА (функционально-стоимостной анализ)[30]
IV	Метод эвристических приемов	Специальные методы поискового конструирования (технического творчества)

 

Если коллективно высказывается до 150 разных идей за 30 минут, то при индивидуальной работе – только до 20.

Во время сеанса МА происходит цепная реакция идей, приводящая к интеллектуальному взрыву.

В связи с этим Г.Я. Буш, известный советский специалист по эвристическим методам технического творчества, пишет: «Мозговая атака, предложенная А. Осборном, представляет собой применение эвристического диалога Сократа с широким использованием механизма свободных ассоциаций творческого коллектива и одновременно созданием путей той или иной психоэвристической настройки оптимального микроклимата для творчества»[35].

Методы МА рекомендуются для изучения в числе первых и обязательных эвристических методов для развития творческого мышления. Это вызвано рядом причин, кроме уже отмеченной его высокой эффективности. Изучение методов МА не требует специальной подготовки, и они осваиваются легко и быстро учащимися, студентами, менеджерами и т.д.

Удивительная универсальность методов МА позволяет с их помощью рассматривать почти любую проблему или любое затруднение в сфере человеческой деятельности. Это могут быть также задачи из области организации производства, сферы обслуживания, бизнеса, экономики, социологии, уголовного розыска, военных операций и т.д., если они достаточно просто и ясно сформулированы.

Из числа индивидуальных методов на первом этапе можно выделить морфологический анализ, который был предложен швейцарцем Цвики, работавшем в США над проблемой разработки ракетных двигателей. Суть метода заключается в систематизированном построении поля возможных решений, которое называют морфологическим ящиком. К этому методу Цвики пришел еще раньше, составляя таблицу характеристик звезд. До Цвики похожие идеи выдвинул Менделеев, работая над построением периодической системы. Метод представляет собой пятишаговую процедуру.

На первом шаге производят уточнение целей и условий задачи. При этом выделяют «параметры-признаки», от которых зависит достижение цели. Так, например, если нужно разработать средство для передвижения по пустыне, то «параметрами-признаками» этого средства могут быть: движитель (А), двигатель (Б), кабина (В).

На втором шаге составляют списки возможных значений параметров. Для упомянутого примера эти списки будут иметь следующий примерный вид:

А1- колесный	Б1 - механический	В1 - оболочка с микроклиматом
А2 - гусеничный	Б2 - солнечный	В2 - скафандр герметичный и другие
А3 - шагающий и другие	Б3 -электрический и другие

На третьем шаге формируют морфологический ящик в виде матрицы

А1	А2	…	Аk
Б1	Б2	…	Бt
В1	В2	…	Вm

Возможное конкретное решение может быть охарактеризовано сочетанием по одному признаку из каждой строки матрицы. Количество возможных решений равно .

На четвертом шаге производят исследования возможных вариантов, а на пятом – выбор оптимального варианта. Применяя этот метод, Цвики составил матрицу химических ракетных двигателей. Анализируя ее, он подал несколько патентов. После этого был подвергнут проверке на лояльность, так как предложил решения, реализованные в снарядах ФАУ-1, ФАУ-2, к разработке которых не имел доступа.

Автором мозгового штурма А. Осборном был предложен и индивидуальный метод – список контрольных вопросов. Также свой вариант списка контрольных вопросов был предложен английским изобретателем Т. Эйлоартом, который включает в себя следующие вопросы.

1. Проанализировать постановку задачи. Попробовать новые формулировки. определить второстепенные задачи и аналогичные задачи. Выделить главное.

2. Перечислить недостатки имеющихся решений, их основные принципы, новые предложения.

3. Набросать фантастические, биологические, экономические, молекулярные и другие аналогии.

4. Построить математическую, гидравлическую, электронную, механическую и другие модели. Они точнее выражают идею, чем аналогии.

5. Попробовать различные виды материалов (газ, жидкость, твердое тело, гель, пену, пасту и др.); энергию (тепло, магнитную энергию, свет, силу удара и т.д.); различные длины волн, поверхностные свойства и т.п.; переходные состояния (замерзание, конденсация, переход через точку Кюри и т.д.); различные физико-химические эффекты.

6. Установить варианты, зависимости, возможные связи, логические совпадения.

7. Узнать мнение некоторых совершенно неосведомленных в данном деле людей.

8. Устроить сумбурное групповое обсуждение, выслушивая все и каждую идею без критики.

9. Попробовать «национальные решения»: хитрое шотландское, всеобъемлющее немецкое, расточительное американское, сложное китайское и т.д.

10. Спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, пить, есть, играть в теннис – все с ней.

11. Бродить среди стимулирующей обстановки (технические музеи и выставки. магазины техники и т.д.), просматривать журналы, комиксы.

12. Набросать таблицу цен, величин, перемещений, типов материалов и т.д., разных решений проблемы или ее частей, искать пробелы в решениях или новые комбинации.

13. Определить идеальное решение, разрабатывать возможные.

14. Видоизменять решение проблемы с точки зрения времени (скорее или медленнее), размеров. вязкости и т.п.

15. В воображении залезть внутрь механизма.

16. Определить альтернативные проблемы и системы, которые изымают определенное звено из цепи и. таким образом, создают нечто совершенно новое, уводя в сторону от нужного решения.

17. Как возникла эта задача?

18. Какие ложные толкования этой задачи имели место?

19. Кто еще решал эту задачу? Чего он добился?

20. Определить общепринятые пограничные условия и причины их установления.

II этап. Для второго этапа разработки МРЗУН характерно появление авторских школ, более сложных специализированных методов.

Из коллективных методов на этом этапе можно выделить метод «Сенектики». Метод был разработан Уильям Дж. Гордоном в 1952-1959 г.г., а в 1960 г. он создал фирму по обучению творческому мышлению – «Сенектик инкорпорейтед». Слово «Сенектика» в переводе с греческого означает «совмещение разнообразных элементов». В нашем словаре английского языка дано такое определение «Сенектические группы – группы людей различных специальностей, которые встречаются в целях нахождения творческих решений проблемы путем не ограниченной тренировки воображения и объединения несовместимых элементов».

Основными отличиями метода от метода мозгового штурма являются:

– выход на профессиональный уровень (идеи выдвигают не любители, а профессионалы);

– проведение заседаний по специальной программе.

Сенектические сессии проводятся специально сформированными группами в 5÷7 человек, прошедших предварительную подготовку. Сенектор – человек с широким кругозором, имеющий, как правило, несколько специальностей (врач-музыкант, химик-механик и т.д.). Подготовка сенектора требует примерно 2/3 рабочего времени в году и стоит около 20 тыс. долларов. Фактически сенекторов обучают профессиональному владению процессами аналогирования. Поэтому, если мозговую атаку можно рассматривать как коллективную научно-техническую самодеятельность, то работу группы сенекторов можно представить себе как выступление профессионального творческого ансамбля. Сенекторы обучаются применению при поиске новых идей четырем видам аналогий.

а) Прежде всего это прямая аналогия. Рассмотрим ее на примере поиска способов защиты от истирания частицами руды в потоке пульпы. Сенекторы обязательно рассмотрят, как защищаются от повреждений растения, как защищаются пищеводы рыб, питающихся «колючей пищей» и т.д. Т.е. должны быть рассмотрены пути достижения целей в других областях и объектах.

б) Личностная аналогия – эмпатия. При этом сенектор должен представить себя техническим объектом, частью явления, проблемы.

Дети великолепно могут пользоваться этим видом аналогии – представляют себя самолетом, вездеходом и даже электрической лампочкой. Рациональные методы обучения вытесняют эмпатию и у большинства людей к 20-и годам эта часть творческого воображения просто исчезает. Этим приемом хорошо владеют артисты, т.к. их этому обучают. О высокой эффективности этих приемов знали еще в древности. Примеры:

1) Мясник, описанный в трактате «Чжуинцзы» (300 г. до нашей эры) – от одного удара туша рассыпалась.

2) Академик Микулин при совершенствовании мельницы представлял себя зерном.

Для примера с заслонкой представьте себя стоящим в дверях, когда в Вас летят поленья и Вам нужно регулировать их поток. Если вы сможете себе это представить, то скажете, что нужно поймать первое же полено и им регулировать поток. И заслонка должна делать что-то аналогичное – можно намагнитить и она будет покрываться разрушаемым и восстанавливаемым слоем частиц.

в) Фантастическая аналогия. Применяя ее, сенекторы при поиске идей прибегают к «помощи» золотой рыбки, волшебной полочки и т.д.

г) Символическая аналогия Литераторы наиболее хорошо владеют этим приемом и используют его для описания противоречивой сущности персонажей и явлений (горячий снег, живой труп, очевидное-невероятное и т.д.). Полезно давать такие характеристики и техническим объектам при поиске новых идей.

Примеры: множество –благоразумная ограниченность, мрамор – радужное постоянство, храповой механизм – надежная прерывистость и т.д. Для упомянутой выше задачи «защита заслонки» были предложены на одном из занятий аналогии: живая броня, невидимая кольчуга, нарастающий панцирь. Последняя аналогия подсказывает и техническое решение – подавать охлажденный агент – она будет покрываться льдом, предохраняющим от истирания.

О практической ценности метода говорит то, что услугами фирмы «Сенектик инкорпорейтед» постоянно пользовались многие известные американские фирмы.

Из числа индивидуальных методов второго этапа можно отметить такие методы как АРИЗ (алгоритм решения изобретательских задач), перешедший затем в ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) и ФМП (функциональный метод проектирования).

АРИЗ был предложен писателем-фантастом и изобретателем Г.С. Альтшуллером в 1959 г. АРИЗ не относится к числу вычислительных алгоритмов, но имеет с ним некоторые одинаковые качества – он расчленен на отдельные элементарные части (шаги). К отличиям АРИЗа от вычислительных алгоритмов можно отнести: он включает эвристические приемы и правила; не дает однозначного результата при определенных исходных данных.

Например, загрузка памяти у человека при умножении многозначных чисел лежит за пределами возможностей большинства людей. Однако, есть небольшая часть людей, которая успешно справляется с такими задачами, используя эвристические приемы. Они сокращают число вариантов перебора, но не гарантируют успешного решения задачи. Так, например, человек очень хорошо может выравнивать динамические ряды некоторых характеристик, пользуясь эвристическими правилами (рисунок 2).

Экспериментальной психологией выявлено шесть таких правил, приемов, принципов: соответствие наличной установке, прошлый опыт (привычка), близость в поле зрения, хорошая непрерывность, сходство, общая судьба. Частичная формализация этих эвристик позволила предложить автоматический метод выравнивания рядов, который значительно лучше существующих (Е.А. Александров. Основы теории эвристических решений. 1975 г.). Создание роботов – ЭВМ, хорошо играющих в шахматы, стало возможно после выявления, систематизации и формализации эвристических правил, используемых шахматистами.

 

 

Рисунок 2. Выравнивание динамических рядов

 

Процесс решения задач в АРИЗе рассматривается, как последовательность операций по выявлению, уточнению и преодолению технического противоречия. Направленность поиска достигается ориентировкой на идеальный конечный результат (ИКР). В отдельном шаге расписаны рекомендации по составлению формулировки ИКР. В рамках АРИЗа были разработаны некоторые формы специального информационного обеспечения.

В частности, подготовлен список сорока эвристических приемов разрешения технических противоречий. На основе анализа большого массива изобретений была составлена таблица, которая позволяет выбрать из этого списка те приемы, которые могли бы с большой вероятностью разрешить противоречие, выявленное в рассматриваемой задаче.

ФМП – разработан а Англии Эдуардом Мэтчеттом и предполагает использование 3-х списков (контрольных вопросов). Список так называемого первого кольца используется при исследовании ситуации, в которой возникла задача, при поиске и анализе принципов, на которых могло бы быть построено средство для удовлетворения основной потребности. Вопросы сгруппированы так:

а) Какие потребности являются: жизненно важными, очень важными, важными, желательными.

б) Каковы потребности: функциональной системы, потребителя, предприятия, внешнего мира.

в) Каковы потребности на каждом этапе существования изделия: проектирования, сборки, испытаний, сбыта и т.д.

г) Какие сведения можно получить, если задать 5 основных вопросов анализа трудовых операций: Что нужно сделать? Почему это нужно сделать? Когда это нужно сделать? Кем или с помощью чего это должно быть сделано? Как это сделать?

Особый интерес представляет третий список Мэтчетта – список «течтэмов», который представляет собой простейшие мыслительные операции для развития навыков управления своим мышлением в процессе поиска. Название этим операциям он дал, прочитав свою фамилию справа налево, позаимствовав эту идею у Гильберта (единица движения).

Течтэмы облегчают изобретателю осознание хода собственных мыслей и действий во время поиска и способствуют формированию оптимальных поисковых стратегий. Список можно сравнить с набором деталей детского конструктора, из элементов которого собираются различные схемы. Течмэмы разбиты на 7 групп. Одна из основных групп «Варианты стратегий» выглядит следующим образом: продолжать в том же направлении, продолжать и расширять, изменить направление, сопоставить с прошлым (будущим), внимательно рассмотреть, разрешить конфликт, продолжить более интенсивно, прекратить.

Этот метод можно отнести к методам ликвидации тупиковых ситуаций и направлен на развитие творческого потенциала разработчика, а не сенектора.

III этап. Третий период развития МРЗУН характеризуется появлением еще более алгоритмизированных, автоматизированных методов.

К коллективным методам на данном этапе можно отнести метод номинальных групп, который фактически представляет собой структурированный мозговой штурм, который организует координатор, который формулирует задачу (проблему). Затем проходит этап молчаливого генерирования идей, этап неупорядоченного поочередного перечисления идей без их оценки, этап уяснения идей, выбор и ранжирование идей, подведение итогов.

Наиболее ярким представителем индивидуальных методов является также функционально - физический метод конструирования (Ф-ФМК), который был предложен немецким ученым Коллером.

Метод стоит на трех китах:

- анализ функций технических систем и их элементов;

- систематизированный фонд физических эффектов;

- четкое (алгоритмоподобное) описание процесса поиска конструируемых устройств.

Любое устройство (система) по Коллеру перерабатывает либо потоки вещества (аппараты), либо потоки энергии (машины), либо потоки информации (переборы). Все многообразие окружающего мира техники связано с различными комбинациями разнообразных форм существования потоков вещества, энергии и информации. Но в основе всех видов преобразования потоков, по Коллеру, лежит небольшое число простейших или основных операций и подобно тому, как из химических элементов можно скомпоновать известное вещество, то из основных операций можно составить любое преобразование потоков. А подобрав затем элементы, которые будут выполнять эти операции, можно сконструировать необходимую систему. Колер считает, что набор основных операций включает в себя 12 пар прямых и обратных преобразований. Каждая операция имеет условные обозначения (таблица 2).

 

Перечень преобразований

Таблица 2.

№ п/п	Наименование прямой операции	Условное обозначение	Наименование обратной операции	Условное обозначение
1.	Излучение (источник)		Поглощение
2.	Проводимость		Изолирование
3.	Сбор		Рассеивание	*
4.	Проведение		Непроведение
5.	Преобразование		Обратное преобразование
6.	Увеличение		Уменьшение
7.	Изменить направления		Обратное изменение направления
8.	Связь		Прерывание
9.	Выравнивание		Колебание
10.	Объединение (разнородных потоков)		Разъединение
11.	Соподчинение (однородных потоков)		Разделение
12.	Накопление		Выдача

 

При применении метода на первом шаге необходимо описать главные функции. Рассмотрим на примере. Пусть необходимо создать устройства подачи жидкости из пункта А в пункт В. Устройство изобразим в виде черного ящика.

 

П_ж – поток жидкости;

П_э – поток энергии;

П_и1 – поток информации о включении,

выключении;

П_и2 – поток информации о регулировке;

 

 

На втором шаге общая (главная) функция разделяется на подфункции. При этом используют опыт разделения на функциональные узлы известных аналогов. Например, нам известно устройство для подачи жидкости, содержащие крыльчатку, электродвигатель и систему его управления (рисунок 4).

 

 

 

Рисунок 4

На очередном шаге строится функциональная модель элементарных функций. для данного примера они будут иметь вид (рисунок 5).

На следующем шаге мы можем путем комбинирования основных операций получить другие варианты структуры.

 

Рисунок 5

 

 

Для данного примера их будет 24. Например, одна из них на рисунке 6

 

Рисунок 6

 

Однако не всегда при поиске новых решений мы можем получить структуры, элементарные функции, которые можно реализовать с помощью известных конструкций. Для разрешения этих затруднений Колер предлагает использовать каталог физических эффектов, который представляет собой совокупность таблиц двух типов. Первые таблицы содержат перечни физических эффектов (таблица 3), диагонали которых соответствуют просто уменьшению, увеличению эффекта.

Таблица 3.

 

Вторые таблицы содержат описание источников, где находятся описания преобразований. Надо сказать, что изучение школьного курса дает понятие о 200-300 физических эффектах. А Колер составил таблицу, содержащую около 1000 эффектов, информация о эффектах затем продается.Существуют специалисты по отдельным эффектам. Например, изобретатель Радченко на тему «Эффект – расширение воды при замораживании» предложил целый ряд изобретений (холодная сварка, изготовление больших конструкций и др.).

К коллективным и индивидуальным методам третьего этапа относится и ФСА – функционально-стоимостной анализ. ФСА – это метод системного исследования объекта, направленный на повышение эффективности использования материальных и трудовых ресурсов. Очень образное определение ФСА дал английский экономист В.И. Гейджем «ФСА является концентрированной атакой на излишнюю стоимость, в первую очередь на ту ее часть, которая связана с несовершенством конструкций». Во второй мировой войне из-за нехватки материалов стали широко использоваться «заменители» (в авиации чугун вместо бронзы, дерево вместо металла и т.д.). В фирме «Дженерал электрик» после войны пропагандировали работу «заменителей» и сделали вывод, что надежность устройств не ухудшалась, а в ряде случаев улучшалась. В 1947 году в этой же фирме была создана группа специалистов во главе с Л.М. Майлзом, которая занялась планомерным снижением издержек, основываясь на вскрытии резервов конструкции. Был разработан метод – инженерно-стоимостной анализ, который Майлз определил, «как организованный творческий подход, цель которого заключается в эффективном определении непроизводительных затрат или издержек, не обеспечивающих ни качества, ни полезности, ни долговечности, ни внешнего вида, ни других требований заказчика».

В 1949-1952 г.г. в нашей стране Ю.М. Соболев опубликовал ряд работ. в которых изложил метод поэлементной отработки конструкции. Применив свой метод на узле крепления микротелефона автор добился сокращения перечня применяемых деталей на 70%, расходы материалов на 42%, трудоемкость – на 69%. В результате себестоимость упала в 1.7 раза. Метод Соболева получил затем дальнейшее развитие в ГДР. Так в промышленности развитых стран постепенно сформулировалась система, которую впоследствии назвали ФСА. За первые 17 лет использования ФСА фирма «Дженерал электрик» сэкономила 200 млн. долларов. На каждый доллар, израсходованный на ФСА, фирма получила 25 долларов экономии. При этом значительно сократились сроки разработки проектов. В 1959 году даже было создано общество американских инженеров-специалистов по ФСА. В ФРГ в 1969 г. Союзом немецких инженеров издается руководящий материал по ФСА, а в 1973 году – промышленный стандарт. С 1975 г. такой же стандарт действует в Австрии. В ГДР был создан координационный центр по ФСА, в 1971 г. – инструкция по ФСА, а в 1973 г. – промышленный стандарт.

Практическое использование ФСА началось в СССР в конце 66-70-х годов. В начале 80-х годов начался качественно новый этап развития ФСА. В Японии 80% изделий подвергались ФСА, а на экспорт – все изделия. В 80-х годах ФСА внедрялся в целом ряде промышленных отраслей. ФСА на предприятии обычно проводит временная рабочая группа под руководством инженера-организатора. Работа ведется по определенному плану, включающему семь элементов: подготовительный, информационный, аналитический, творческий, исследовательский, рекомендательный и внедренческий. Было разработано даже автоматизированное рабочее место для проведения ФСА. После распада СССР ФСА практически не используется по причине отсутствия специалистов, средств на его проведение и спад промышленного производства.

На IV этапе был разработан также комплекс специальных методов поискового конструирования, которое только условно можно отнести к индивидуальным, т.к. применить их может только коллектив исполнителей. Все они приведены в книгах А.И. Половинкина, либо в книгах выпущенных под его редакцией [31, 32, 33,34].

К этим методам относятся:

метод автоматизированного синтеза физических принципов действия;

метод автоматизированного синтеза технических решений;

метод автоматизированного поиска оптимальных структур и форм;

обобщенный эвристический метод.

Первый метод основан на использовании фонда физико-технических эффектов (ФТЭ), в котором каждый ФТЭ имеет 3-х уровневое описание.

На первом уровне дается короткое качественное описание ФТЭ. На втором уровне составляется стандартная карта описания ФТЭ, где дается наиболее важная и легко обозримая информация о ФТЭ и его использовании. третий уровень имеет следующие рубрики описания ФТЭ:

1. Наименование ФТЭ.

2. Наименование физических законов и явлений, на которых основан ФТЭ.

3. Вход А.

4. Объект В.

5. Выход С.

6. Сущность и схема ФТЭ.

7. Математическая модель ФТЭ.

8. Сущность обратного ФТЭ.

9. Применение ФТЭ в технике.

10. Инженерно-технические характеристики ФТЭ.

11. Дополнительная полезная информация.

12. Карта описания ФТЭ.

13. Список литературы, где дано более подробное описание ФТЭ.

Затем используется автоматизированная система синтеза физических принципов действия (ФПД) для поиска допустимых (рациональных) ФПД.

Второй метод представляет собой дальнейшее развитие метода морфологического анализа.

Суть метода состоит в том, что информацию о прототипах или известных технических решениях (ТР) определенного назначения представляют и записывают в виде И-ИЛИ-дерева (И-ИЛИ-графа). Варьируя на этом дереве конструктивными элементами и признаками, можно получить как известные, так и неизвестные (новые) ТР. И-ИЛИ-дерево – это многоуровневая (иерархическая) морфологическая таблица. Метод синтеза ТР на И-ИЛИ-графе отличается от метода морфологического анализа и синтеза тем, что человек выполняет только работу по составлению усложненной морфологической таблицы с предварительной оценкой некоторых показателей качества ТР и их элементов. ЭВМ выбирает в этой таблице по заданному списку требования, подходящие ТР, и формирует их иерархическое описание. В связи с этим метод синтеза на И-ИЛИ-дереве ТР имеет следующие преимущества по сравнению с традиционным методом морфологического синтеза:

· позволяет описывать ТР с любой степенью детализации;

· обеспечивает в большой мере автоматическую оценку и сравнение вариантов ТР, т.е.

устраняет самый значительный недостаток морфологических методов.

Если первые два метода это методы поиска новых улучшенных технических решений, то третий метод – это метод поиска глобального оптимального ТР. При этом разработано два универсальных метода. Один метод ориентирован на поиск оптимальных многоэлементных структур, другой – на синтез оптимальных форм технических объектов.

Оба метода основаны на построении сложных математических моделей. Наиболее широкое применение имеет четвертый метод – обобщенный эвристический метод, который основан на использовании глобальной информационной базы, которая включает в себя:

М1 – фонд физико-технических эффектов;

М2 – информационный фонд ТР.

М2 должен содержать по возможности все наиболее интересные, перспективные и существенно различающиеся ТР в рассматриваемой области техники. Этот фонд должен включать следующие группы ТР: современные, широко применяемые ТР; современные ТР, прошедшие экспериментальную и опытную проверку; отечественные и зарубежные патентные решения последних лет (включая ТР, опубликованные в литературе); старые ТР, целесообразно провести систематизацию и классификацию фонда ТР по предметному, функциональному или другому более удобному принципу. Одним из наибрлее рациональных способов представления и описания информации о классе ТР являются морфологические таблицы с постоянными столбцами, число которых может увеличиваться.

М2А – фонд ТР на уровне мировых образцов. Представляет собой часть фонда М2, которая выделена в связи с особой важностью информации.

М3 – список требований, предъявляемых ТР. Все множество требований целесообразно классифицировать по группам: эксплуатационные, конструктивные, технологические, эргономические, экономические, ремонтно-профилактические и т.д.

М4 – информационный фонд материалов и конструктивных элементов, перспективных для создания новых ТР. Формируется путем анализа новых стандартов в близких отраслях техники, новых патентов и авторских свидетельств, рекламных материалов, проспектов выставок и т.п.

М5 – информационный фонд технологических процессов. Фонд М5 целесообразно классифицировать по группам технологического оборудования, имеющегося на предприятии-изготовителе, в отрасли, стране, за рубежом.

М6 – фонд эвристических приемов.

М7 – информационный фонд ТР ведущего класса. Для формирования фонда М7 можно использовать рекомендации по формированию фондов М2, М2А, М4.

М8 – методы оценки и выбора вариантов ТР. Предназначены для сравнительной оценки множества ТР или ТО с целью выбрать наилучшие варианты, чаще всего по векторному критерию. К таким методам относятся: экспертные оценки и квалиметрический анализ, метод Делфи, метод ПАТТЕРН, комплексные технико-экономические оценки, различные методы математического моделирования, методики лабораторных и натурных испытаний и др.

 

 

Рисунок 7. Схема обобщенного эвристического метода

Структура метода. Поиск новых, более эффективных ТР – это. прежде всего процесс подготовки и обработки информации, с помощью которой синтезируют новую информацию в виде конструктивных решений изделий или технологических процессов. В связи с этим обобщенный эвристический метод представляет собой описание такого процесса, условно разделенного на семь этапов (рис.7).

Каждый этап состоит из нескольких процедур подготовки и обработки информации, которые отличаются однородностью выполняемой работы.

 

Тема 2. Основные положения и определения системного анализа сложных проблем

Прежде всего, приведем определения системного анализа и связанных с ним понятий, которые приводятся в энциклопедических изданиях (Советский энциклопедический словарь, военный энциклопедический словарь).

Системныйанализ - методы подготовки обоснованных решений по сложным проблемам политического, социального, военного, экономического, научного и технического характера. Процесс системного анализа включает: постановку задачи на исследование, сбор необходимых исходных данных, пост