Мировая инновационная система Занятие 3 Методы системного ненаправленного

Мировая инновационная система Занятие 3. Методы системного ненаправленного поиска Курс разработан на основе программы компании «Алгоритм» , г. Санкт-Петербург и МОИТТ, г. Москва. 2

Разминка Опишите признаки объекта «остров» 3

Разминка Опишите свойства признаков объекта «остров» 4

Методы системного ненаправленного поиска

Стратегия системного поиска Стратегия систематизированного поиска П. Беренс (1907) Схема тотального синтеза: 1. Формирование общей концепции объекта. 2. Вычисление основных (значимых) составляющих объекта. 3. Поиск многообразных форм (способов) выполнения каждой составляющей. 4. Синтез всех возможных сочетаний.

Стратегия системного поиска Д. Дьюи (1910) – ведь сколько общего с ТРИЗ! 1. Столкновение с трудностью, попытки вскрыть элементы взаимосвязи, приводящие к противоречию. 2. Ограничение зоны поиска (локализация проблемы). 3. Возникновение возможного решения (движения мысли от того, что дано, к тому, чего не дано, образование идеи, гипотезы). 4. Рациональная обработка одной идеи (логическое развитие основного положения). 5. Верификация. П. К. Энгельмейер (1910) 1. Интуиция и желание. 2. Знание (выработка плана). 3. Умение (конструктивное воплощение изобретения).

Классификация методов решения проблемы Методы системного ненаправленного поиска Поиск Конфигурации системы-инструмента Морфологический анализ Классификация и комбинаторика элементов Метод Коллера Классификация и комбинаторика рабочих операций Метод тотального синтеза Комбинаторика элементов

Методы решения проблем Морфологический анализ Фриц Цвикки родился в Варне (Болгария) в 1898 году, Жил в Швейцарии, где в 1920 году закончил Технический университет в Цюрихе С 1925 года – в США (Пасадена) Умер в 1974 году. 1) метод отрицания и конструирования (МОК); 2) метод систематического покрытия поля (МСПП); 3) метод морфологического ящика (ММЯ). 9

Успехи Цвикки Построив морф ящик для типов звезд, Цвикки предсказал появление нейтронных звезд. В созданном морф ящике были и другие интересные объекты, например черная дыра. Но интерпретировать полученный результат Цвикки не смог, о чем впоследствии очень жалел. Во время войны Цвикки стал консультировать ракетные фирмы и быстро стал ведущим ученым на фирме «Аэроджет» . Кабинетный ученый-астрофизик в течение нескольких лет получил порядка 50 патентов (из них только три с соавторами) на новые конструкции ракетных двигателей на химическом топливе и выдвинулся в ряд ведущих специалистов ракетостроения. 10

Заслуги Цвикки были замечены Награжден в 1948 году Президентской Медалью Свободы (англ. Presidential Medal of Freedom) — одна из двух высших наград США для гражданских лиц, вручаемая по решению президента США. Медалью свободы награждаются люди, «внесшие существенный вклад в безопасность и защиту национальных интересов США, в поддержание мира во всём мире, а также в общественную и культурную жизнь США и мира» .

Методы решения проблем Морфологический анализ Алгоритм: 1. Точно сформулировать проблему, подлежащую решению. 2. Выявить и охарактеризовать все параметры, которые могли бы войти в решение заданной проблемы. 3. Сконструировать морфологический ящик или многомерную матрицу, содержащую все решения заданной проблемы. 4. Все решения, содержащиеся в морфологическом ящике, внимательно проанализировать и оценить с точки зрения целей, которые должны быть достигнуты. 5. Выбрать и реализовать наилучшие решения (при условии наличия необходимых средств). Этот этап практической реализации требует дополнительного морфологического изучения. 12

Методы решения проблем Морфологический анализ Морфологи… кто они? "Цель морфологического исследования - увидеть перспективу полного "поля знаний" о предмете. Это может быть поле материальных объектов, поле явлений или поле отношений, концепций, идей или теорий. Чтобы получить желаемую общую перспективу такого поля, морфолог ("morphologist - термин Ф. Цвикки) должен иметь внутреннюю мотивацию к исследованию без предубеждений. Одни обладают такими способностями, другие - нет, и почему это так, до сих пор остается тайной природы. Сейчас мы просто должны принять за аксиому тот факт, что лишь немногим дана способность отказаться от всех основных предубеждений. Это люди, не порабощенные догматизмом, которых не поколеблют ни групповые интересы, ни расовый, религиозный или партийный фанатизм и которые в случае необходимости могут идти и идут в одиночку на любые проблемы жизни, именно они врожденные морфологи". Zwicky F. Morphological astronomy, - Berlin, 1957. 13

Работы Цвикки Основные работы Цвикки в области морфологии 1. Zwicky F. Morphological astronomy, - Berlin, 1957. 2. Zwicky F. Discovery, invention, research through the morphological approach. - Toronto, 1969. 3. Zwicky F. The morphological approach to discovery, invention, research and construction //New methods of thought and procedure. - Pasadena, 1967. - P. 273 -297. Подробный разбор хода решения нескольких разнородных примеров, взятых из различных областей человеческой деятельности: • Типы ракет • Способы превращения энергии • Системы стенографии • Виды телескопов • Юриспруденция в космическом пространстве • Формы и структура волокон тканей • Типы кристаллов… 14

Куб Цвикки «Морфологический ящик» в виде «Куба Цвикки» 1) Цвет – RGB 2) Форма 3) Состояние поверхности Морфологический ящик состоит из набора морфологических матриц

Пример использования морфологического анализа – «конструктор речей» Неожиданное применение морфологии

Морфологические признаки Задача: необходимо предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу — снегохода. Точное определение класса изучаемых систем (устройств) позволяет раскрыть основные характеристики или параметры, облегчающие поиск новых решений. Применительно к снегоходу как транспортному средству морфологическими признаками могут быть функциональные узлы снегохода: А — двигатель, Б — движитель, В — опора кабины, Г — управление, Д — обеспечение заднего хода и т. п.

Выбор признаков Задача: необходимо предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу — снегохода. Наиболее отличающиеся признаки – А - Двигатель Б - Движитель

Свойства признаков Тогда основные оси морфологической таблицы – А - Двигатель Б - Движитель Каждая характеристика (параметр) обладает определённым числом различных независимых свойств. Так, А - двигатели: А 1 — внутреннего сгорания, А 2 — газовая турбина, А 3 — электродвигатель, А 4 — реактивный двигатель т. д. ; Б - движители: Б 1 — воздушный винт, Б 2 — гусеницы, Б 3 — лыжи, Б 4 — снегомёт, Б 5 — шнеки и т. д.

Морфологическая матрица Задача: необходимо предложить новую эффективную конструкцию устройства для транспортирования по снегу — снегохода. А 1 – двигатель внутреннего сгорания А 2 – газовая турбина А 3 - электродвигатель А 4 – реактивный двигатель Б 1 – воздушный винт Б 2 - гусеницы Б 3 - лыжи Б 4 - снегомет Б 5 - шнеки Лишь в одной этой морфологической матрице – 5*4 = 20 вариантов снегоходов!

Морфологический ящик А 1 – двигатель внутреннего сгорания А 2 – газовая турбина А 3 - электродвигатель Б 1 – воздушный винт Б 2 - гусеницы Б 3 - лыжи Б 4 - снегомет Б 5 - шнеки Добавьте еще один признак, например, тип опоры кабины (признак В) : В 1 – опора на снег; В 2 – опора на двигатель; В 3 – опора на движитель. Получился морфологический ящик из 5*4*3 = 60 вариантов снегоходов! И это всего лишь 3 признака и ограниченное число вариантов по каждому!!! А 4 – реактивный двигатель

Что почитать? Литература по морфологическому анализу: 1. Курс о проектировании систем М. Ш. Левина, включая морфологический анализ и его расширение в виде иерархического морфологического многокритериального проектирования. 2. Н. А. Козырева. Кратко о морфологическом анализе методах активизации творчества/33 -1 -0 -41/ Н. А. Козырева. АЛГОРИТМ РАБОТЫ по методу «Морфологический анализ» . 3. Одрин В. М. , Картавов С. С. Морфологический анализ систем, - Киев: Наукова думка, 1977

Пример морфологической матрицы – матрица преимуществ Матрица преимуществ – связующий элемент между бизнесом целевых клиентских групп и решением компании. Морфологические признаки: А – потребности клиента в виде проблем, требующих решения Б – элементы решения компании: Б 1 – товар Б 2 – услуга Б 3 – обслуживание В – целевые клиентские группы (ЦКГ): В 1 – общие потребности клиентов, независимо от ЦКГ В 2…N – целевые клиентские группы, имеющие отличительные свойства

Пример морфологической матрицы – матрица преимуществ Матрица преимуществ – связующий элемент между бизнесом целевых клиентских групп и решением компании. Товар Услуга Обслуживание Потребность 1 + - 0 Потребность 2 + 0 + Потребность 3 0 + - … Потребность N - - + Преимущество 0 Паритет - Уязвимость ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕШЕНИЯ

Ограничения морфологического анализа Как видно на примере задачи о снегоходе, метод имеет две основные сложности: 1) 2) Нахождение морфологических признаков; Анализ огромного количества найденных вариантов. Частично проблема нахождения морфологических признаков снимается, если следовать определенной логике: 1) 2) 3) 4) 5) Дайте определение объекту в комплексе обстоятельств. Определите морфологические признаки. Опишите свойства морфологических признаков. Постройте морфологическую матрицу / морфологический ящик.

Определение осей Объект: стол. Рекомендация: удобно пользоваться функциональными определениями: Например, стол – устройство для фиксации объектов на определенной высоте под действием силы тяжести и их конфигурации на плоскости.

Определение осей Объект в комплексе обстоятельств: стол для столярных работ – столярный верстак. Столярный верстак – устройство для фиксации обрабатываемых деревянных заготовок на определенной высоте и их конфигурации на плоскости, обеспечивающей наилучшие показатели столярных работ.

Определение осей Более точное определение объект в комплексе обстоятельств: столярный верстак мебельщика-краснодеревщика. Столярный верстак мебельщика-краснодеревщика – устройство для фиксации обрабатываемых деревянных заготовок для производства мебели на определенной высоте и их конфигурации на плоскости, обеспечивающей наилучшее качество обработки и соединения мебельных заготовок с максимальной производительностью.

Определение осей Столярный верстак мебельщика-краснодеревщика – устройство для фиксации обрабатываемых деревянных заготовок для производства мебели на определенной высоте и их конфигурации на плоскости, обеспечивающей наилучшее качество обработки и соединения мебельных заготовок с максимальной производительностью. Из определения объекта в комплексе обстоятельств выделяем существенные морфологические признаки: 1) 2) 3) А – по типу приспособлений для закрепления деревянных заготовок; Б – по типу приспособлений для фиксации на плоскости элементов мебели; В – по типу приспособлений для соединения мебельных заготовок.

Определение признаков Столярный верстак мебельщика-краснодеревщика. Определяем свойства морфологических признаков: 1) А – по типу приспособлений для закрепления деревянных заготовок А 1 - винтовой зажим (тиски); А 2 - защелки; А 3 - клиновые зажимы; А 4 - крепежные пальцы. . .

Определение признаков Столярный верстак мебельщика-краснодеревщика Определяем свойства морфологических признаков: 1) Б – по типу приспособлений для фиксации на плоскости элементов мебели: Б 1 – упоры; Б 2 – штифты; Б 3 – направляющие пазы; Б 4 – шероховатая поверхность, например «акулий зуб» ; Б 5 – клеящая поверхность …

Определение признаков Столярный верстак мебельщика-краснодеревщика Определяем свойства морфологических признаков: В – по типу приспособлений для соединения мебельных заготовок. В 1 … В 2 … В 3…

Пример Объект: стиральная машина. Рекомендация: удобно пользоваться функциональными определениями.

Пример Объект в комплексе обстоятельств: Бытовая стиральная машина барабанного типа.

Пример Более точное определение объект в комплексе обстоятельств: Нужны ли дополнительные уточнения?

Пример Из определения объекта в комплексе обстоятельств выделяем морфологические признаки: 1) А – ? 2) Б – ? 3) В – ? …

Пример Определяем свойства морфологических признаков А, Б, В…: А 1, А 2, А 3 … Б 1, Б 2, Б 3 … В 1, В 2, В 3 …

Пример Куб Цвикки Создаем морфологическую матрицу или морфологический ящик

История морфологии Разработал методы комбинаторного поиска новых идей и деревья целей. 1235 - 1315

История морфологии Готфрид Вильгельм Гете полагал, что детей надо обязательно учить двум предметам: Морфологии, чтобы понимали, как все устроено И математике, чтобы умели логически думать. "Опыт о метаморфозе растений", 1790; "Вопросы морфологии", публикация - 1820

Знаменитные морф. матрицы Таблица Менделеева

Знаменитные морф. матрицы Матрица Альтшуллера

Студия Артемия Лебедева

Морф. матрица Р. Бартини засекречена до сих пор… Роберто Людогович Бартини Ро берт (Роберто) Лю двигович Барти ни (настоящее имя — Роберто Орос ди Бартини (итал. Roberto Oros di Bartini); 14 мая 1897, Фиуме, Австро-Венгрия — 6 декабря 1974, Москва) Четверть века назад генеральный конструктор О. К. Антонов сказал, что Р. Л. Бартини необходимо поставить памятник хотя бы за то, что он только был и десятилетия будоражил науку и конструкторскую мысль своими идеями, техническими разработками и постройками. Вячеслав КОЛГАНОВ «НАСЛЕДИЕ БАРТИНИ»

Наследие Р. Бартини

Наследие Р. Бартини Самолет амфибия вертикального взлета и посадки ВВА 14. Основой для ВВА 14 послужил проект амфибии МВА 62 разработанный в 1962 г. Главным конструктором Р. Л. Бартини. За годы работы в Советском Союзе он создал гидросамолет "ДАР" (дальний арктический разведчик), самолеты "Сталь 6" и "Сталь 7", разработал оригинальные схемы других летательных аппаратов. Из под его пера вышли многочисленные труды по аэродинамике и динамике полета. Сам ВВА самолет мог быть единстветнным, который имел на борту 14 (!!!) двигателей: 14 2 маршевых и 12 подъемных.

Метод тотального синтеза Питер Беренс (Peter Behrens). German, 1868 – 1949 Родился в Габсбурге. В 1897 г. , после посещения Италии, явился одним из основателей объединенных мастерских в Мюнхене. С 1898 г. начинает заниматься формообразованием промышленной продукции (впоследствии – дизайн). М. Беренс (1907). Схема тотального синтеза: 1. Формирование общей концепции объекта. 2. Вычисление основных (значимых) составляющих объекта. 3. Поиск многообразных форм (способов) выполнения каждой составляющей. 4. Синтез всех возможных сочетаний. Основное отличие от метода МА

Сравнение тотального синтеза и морфологического анализа П. Беренс (1907) Тотальный синтез Ф. Цвикки Формирование общей концепции объекта. Точно сформулировать проблему, подлежащую решению Вычисление основных (значимых) составляющих объекта. Выявить и охарактеризовать все параметры, которые могли бы войти в решение заданной проблемы Поиск многообразных форм (способов) выполнения каждой составляющей. Сконструировать морфологический ящик или многомерную матрицу, содержащую все решения заданной проблемы Синтез всех возможных сочетаний. Все решения, содержащиеся в морфологическом ящике, внимательно проанализировать и оценить с точки зрения целей, которые должны быть достигнуты Морфологический анализ

Пример. Придумайте новый чайник 1. Формирование общей концепции объекта. 2. Вычисление основных (значимых) составляющих объекта. 3. Поиск многообразных форм (способов) выполнения каждой составляющей. 4. Синтез всех возможных сочетаний.

Пример Исследование возможности изготовления широкой номенклатуры чайников. Объем 1, 5 Материал Медь, Латунь, Оцинкованное железо Форма днища Круг, Эллипс, Восьмиугольник Вид ручки Оплетенная камышом, Деревянная Способ нагрева На открытом огне, Электронагрев Количество вариантов : 2, 5 5 литров

Пример

Пример 1914 Дизайн электровоза 1914 год Кухонные вентиляторы 1911 год Домофон 1910 год

Пример Корпус турбинного цеха. Проект 1912 года и сегодняшний день.

Самостоятельное задание* Постройте матрицу возможных способов проверки усвоения знаний Схема тотального синтеза: 1. Формирование общей концепции объекта. 2. Вычисление основных (значимых) составляющих. 3. Поиск многообразных форм (способов) выполнения каждой составляющей. 4. Синтез всех возможных сочетаний. * Дополнительно 54

Методы решения проблем Метод Коллера – самостоятельно Метод Коллера – метод систематического исследования возможных альтернатив реализации процесса. Р. Коллер, ФРГ, 1970 Представление любой системы в виде совокупности потоков • материальных • энергетических • информационных Работа с потоками, их трансформация, упрощение и комбинирование с целью выявления лучшего варианта исполнения Широкое использование заранее подготовленных специальных массивов информации 55

Метод Коллера – самостоятельно Konstructionsmethode fur den Mashinen-, Gerate- und Apparatebau. Koller R. Springer -Verlag, 1976 - машины - это технические системы, которые главным образом характеризуются потоком энергии и превращением энергии; - приборы - это технические системы, которые главным образом характеризуются потоком и обменом информации; - аппараты - это технические системы, которые, главным образом, характеризуются потоком и превращением веществ. 56

Метод Коллера – самостоятельно А. Синтез функций: 1. Постановка задачи. 2. Общая функция. 3. Структура подфункции. 4. Структуры основных операций или элементарных подфункций. Б. Качественное конструирование ( проектирование ): 1. Выбор эффектов. 2. Выбор носителей эффектов. 3. Принципиальные или основные решения. 4. Выбор узлов (принципиальные решения). 5. Выбор систем (принципиальные решения). 6. Выбор форм. 7. Качественный проект. В. Количественное конструирование (выбор размеров): 1. Проект в масштабе. 2. Окончательный проект. 3. Чертежная документация. 4. Технологическая документация. 57

Метод Коллера – самостоятельно Энергия Материалы Сигналы Техническая система Энергия Материалы Сигналы Под понятием система следует понимать техническое устройство, которое в зависимости от размера в состоянии выполнить одну или несколько физических операций. 58

Метод Коллера – самостоятельно Излучать, Проводить Накапливать Операция (элементарная операция) Операция + поток = функция Излучать свет Проводить электричество Накапливать цемент 59

Метод Коллера – самостоятельно Энергия, сигналы и материалы, проходящие через технические системы, формально могут рассматриваться как реки с естественными потоками, которые аналогичны свойствам: - существование потока предполагает наличие соответствующего источника и места впадения; - между источником и местом впадения потоку требуется проводящее пространство; - поток, расходящийся первоначально во все стороны, может сосредоточиваться (сводиться, собираться) на определенном прямом направлении; - поток может направляться вдоль заданного пути; - движение потока может прерываться и снова возобновляться; - поток в определенной среде может продолжать поступательное движение в одном направлении или колебаться; - поток в количественном отношении: может разделяться или соединяться; - поток, который представляет собой комбинацию из двух или нескольких отдельных потоков, отличающихся определенными физическими отличительными характеристиками, согласно этим различным характеристикам, может разделяться; - наконец, поток может накапливаться или выводиться. 60

Метод Коллера – самостоятельно Излучение (источник) Поглощение (место впадения) Проводимость Изолирование Сбор Рассеивание Проведение Непроведение Преобразование Обратное преобразование Увеличение Уменьшение Изменение направления Выравнивание Колебание Связь Прерывание Соединение Разъединение Сборка Разделение Накопление (информации) Выдача (информации) 61

Метод Коллера – самостоятельно

Метод Коллера – пример Насос Мех энергия Эл энергия Жидкость

Метод Коллера – пример Функциональная схема по методу Коллера – «система обучения»

Домашнее задание № 3 1. Решение задачи методом морфологического анализа. 2. Примените для решения задачи метод Тотального синтеза или метод Коллера. 3. Читать: Андрэ Моруа. Рождение знаменитости. 65

Менеджер проекта Дарья Шавшукова. телефон +7 (351) 210 -02 -80, мобильный +7 (912) 475 -52 -71, электронная почта delo@vukkp. ru 66