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.

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

Метод мозгового штурма

Метод мозгового штурма состоит в коллективной атаке возникшей проблемы с целью выбора наиболее удачной предложенной идеи. Этот метод, известный также как ʼʼмозговая атакаʼʼ, ʼʼконференция идейʼʼ, был предложен американским ученым Алексом Осборном в 1955 ᴦ.

Метод мозгового штурма основан на следующих принципах:

1. В решении поставленной задачи участвуют две группы людей: генераторы идеи и эксперты. Генераторы идеи объединяют людей с творческим мышлением, с фантазией и со знаниями в области науки, техники и экономики. Эксперты - это обычно люди с большим объёмом знаний и критическим складом ума. Эксперты играют роль аналитиков.

2. При генерировании никаких ограничений лет. Идеи высказываются любые, в т.ч. явно ошибочные, шутливые, без всякого доказательства и технико-экономического обоснования.

Высказанные идеи обычно фиксируются в протоколе, в компьютере, на магнитной ленте и т. п. (ᴛ.ᴇ. протоколируются), а затем анализируются экспертами, которые выбирают наиболее рациональные идеи. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, основа метода - это отделœение процесса интегрирования идей от процесса их оценки. Генерирование идей ведется в условиях, когда критика запрещена и даже, напротив - поощряется любая явно нелœепая идея.

Вся сила мозгового штурма проявляется в запрёте на критику. Но запрет на критику - это одновременно и слабость мозгового штурма. Для развития идеи нужно выявить ее недостатки. А для этого нужна критика данной идеи.

При решении проблем численность людей, как генераторов, так и экспертов, обычно не превышает шести человек, продолжительность штурма не более 20 минут.

Также существует и ʼʼобратный штурмʼʼ. Обратный штурм означает, что участники штурма ищут недостатки какого-либо нового продукта или операции, устраняют эти недостатки и выдвигают новые задачи.

Метод морфологического анализа был предложен швейцарским астрономом Ф. Цвики в 1942 ᴦ. Термин морфологический (греч. morphз - форма) означает внешний вид. Целью применения метода морфологического анализа является систематическое исследование всœех мыслимых вариантов решения проблемы, что дает возможность охватить исследованиями всœе неожиданные и необычные вопросы.

Метод морфологического анализа является единовременно методом психологической активизации творческого процесса. Его достоинство в том, что он помогает преодолеть трудности при рассмотрении значительного количества комбинации возможных решений.

Сущность метода морфологического анализа состоит в соединœении в единую систему методов выявления, обозначения, подсчета и классификации всœех выбранных вариантов какой-либо инновации. Морфологический анализ проводится по следующей схеме, состоящей из шести последовательных этапов:

1 этап: формулировка проблемы;

2 этап: постановка задачи;

3 этап: составление списка всœех характеристик обследуемого (предполагаемого) продукта или операции.

4 этап: составление перечня возможных вариантов решения по каждой характеристике. Этот перечень состоит в таблицу, называемую ʼʼморфологическим ящикомʼʼ - многомерной таблицей.

5 этап: анализ сочетаний.

6 этап: выбор наилучшего сочетания.

Выбор обычно производится путем перебора всœех вариантов без исключения. Следовательно, это довольно трудоемкая работа (это и есть его недостаток) .

Морфологический анализ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Морфологический анализ" 2017, 2018.