МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

 

В 1942 г. известного швейцарского астронома Ф. Цвикки пригласили для участия в ракетных исследованиях, проводимых американской фирмой «Аэроджет инжиниринг Корпорейшн». Спустя незначительное время новоиспеченный ракетостроитель предложил 36864 (!) вариантов ракетных двигателей, чем немало удивил своих коллег и руководителей фирмы.

Как же удалось швейцарскому астроному получить такое огромное количество решений?

«Секрет» Цвикки заключался в методе, который он применил для исследования ракетных двигателей. Морфологический анализ – такое название получил новый метод. По мнению автора он «охватывает всю совокупность решений данной проблемы», т. е. Позволяет изобретателю получать почти полный перечень возможных решений поставленной задачи.

Решение задачи морфологическим методом начинается с точной формулировки проблемы. Например, необходимо предложить новый тип ракетного двигателя, состоящего из простых элементов и работающего на химическом топливе.

Точное описание проблемы, подлежащей решению автоматически раскрывает основные характерные особенности устройства, от которых зависит решение поставленной задачи. Например, создавая новый ракетный двигатель, некоторыми такими особенностями являются вид химического топлива, среда, в которой будет работать двигатель, способ создания тяги и т. д.

Решая задачу, Цвикки выделил 11 основных признаков: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л. каждый из них обладает определенным набором свойств. Например, химическое топливо может быть в виде газа, жидкости твердого тела; среда, в которой будет работать двигатель, может быть воздухом, безвоздушным пространством, водой, землей; тяга может создаваться за счет внутренних или внешних источников и т. п.

Таким образом, Цвикки составил следующую таблицу, (называемую морфологическим ящиком), состоящую из одиннадцати строк /20/:

А₁, А₂, А₃ - двигатели на газообразном (А₁), жидком (А₂), твердом (А₃) топливе;

Б₁, Б₂, Б₃, Б₄ - способность двигателя работать в безвоздушном пространстве (Б₁), в воздухе (Б₂), в воде (Б₃), под землёй (Б₄);

В₁, В₂ - создание тяги за счёт внутренних (В₁), или внешних (В₂) источников;

Д₁, Д₂ - собственный (Д₁) или посторонний (Д₂) химический агент;

Е₁, Е₂, Е₃ - регулирование тяги за счёт собственных (Е₁) или посторонних (Е₂) источников или его отсутствие (Е₃);

Ж₁, Ж₂ - внутреннее (Ж₁) или внешнее (Ж₂) регулирование тяги;

И₁, И₂, И₃, И₄ - двигатели с поступательным (И₁), вращательным (И₂), колебательным (И₃), движением или без движущихся частей (И₄);

К₁, К₂ - двигатели непрерывного (К₁) или прерывного (К₂) действия;

Л₁, Л₂ - самовоспламеняющееся (Л₁) или несамовоспламеняющееся (Л₂) топливо.

Если из каждой строки выбрать по одному элементу, то это сочетание даст один вариант ракетного двигателя. Например, сочетание А₃-Б₄-В₁-Г₃-Д₁-Е₁-Ж₂-З₁-И₂-К₂-Л₁ даёт позитивный двигатель прерывистого действия, работающий на твёрдом самовоспламеняющемся топливе под землёй, с созданием и внешним регулированием тяги за счёт внутренних источников, с преобразованием химической энергии в тепловую, а затем в механическую, с собственным химическим агентом и вращательным движением частей.

Последовательно меняя сочетания элементов, получаем новые варианты реактивных двигателей. Всего же в данной таблице, построенной Цвикки, было:

3 4 2 4 2 3 2 2 4 2 2 = 36864 реактивных двигателя.

Такое значительное число вариантов представляет собой, по сути дела, «оматериализированное» огромное поисковое поле. Отбрасывая нереальные сочетания элементов, например двигатель работает под землёй, Цвикки в 1943 г. сузил поле сначала до 25344, а затем до 576, в числе которых были тогда ещё секретные германские самолёты-снаряды «ФАУ-1» и ракеты «ФАУ-2» с импульсными двигателями.

Заключительный шаг морфологического анализа состоит в выборе наиболее приемлемого технического решения из построенного поискового поля. Однако следует сразу оговориться, что этот шаг является самым трудоёмким, так как приходится «вручную» выбирать считанные из огромного морфологического ящика.

Таким образом, морфологический метод является «упорядоченным способом смотреть на вещи», позволяющим добиться «обзора всех возможных решений данной крупномасштабной проблемы», в том числе и перспективных решений, которые пока невозможно осуществить в настоящее время.

Например, только в наши дни стала реальностью ракета, предугаданная швейцарским астрономом и способная двигаться … под землёй.

Изобретение московского инженера Михаила Ивановича Циферова предназначено для прокладки подземных тоннелей в различных грунтах /16/. Мощность двигателя подземной ракеты достигает 100 тысяч лошадиных сил, что в сто раз больше, чем у механических бурильных установок.

Бурение осуществляется жесткими струями газа, истекающими из нескольких сопел, расположенных в носовой части ракеты. Из забойных сопел при температуре 1000-1500 ⁰С на небольшой площади концентрируется колоссальная энергия, которая с большой скоростью разрушает породу. Одновременно с ними вступают в работу и другие сопла, которые расширяют забой и своими огненными «колючками» упираются в стенки скважины, придавая ракете поступательное и вращательное движение. Оно вгрызается в землю, а по бокам ракеты, вместе с восходящим потоком газов, потерявших часть энергии при разрушении породы, на поверхность выбрасывается до 2 т грунта в секунду. Промышленность пока что не знает агрегата такой производительности.

Итак, результаты, достигнутые с помощью подземной ракеты, поистине фантастические: она прокладывает подземный тоннель диаметром 75-100 см со скоростью почти метр в секунду.

Изобретение совершенствуется. Профессор В. М. Сенюков из Челябинска разработал пневматическую проходческую машину с циферовской рабочей головкой, где вместо огненных струй для обработки грунта используется сжатый воздух. Эта машина бесшумно работала в центре города на строительстве областного драматического театра. Пневморакета легко разрушала грунты четвёртой-пятой категории твёрдости, прокладывая скважину диаметром 1,2 м со скоростью 2,5 м/с /7/.

Морфологический анализ, как и всякий метод психологической активизации, не отражает закономерностей развития технических систем. Он позволяет только просмотреть больше вариантов решения задачи в единицу времени, чем при работе методом «проб и ошибок». Однако все эти варианты, собранные в морфологическую карту, находятся перед глазами решающего, а это значит, что вероятность пропуска идеи, дающей решение задачи, резко снижается.

Рекомендуются следующие правила применения морфологического анализа при решении задач:

1. Перед составлением морфологической карты (ящика) необходимо тщательно изучить структуру рассматриваемой технической системы.

2. При разбивке технической системы на функциональные блоки (оси) необходимо исключить специальную терминологию с целью ослабления действия психологической инерции.

3. При составлении морфологической карты (ящика) необходимо выбирать возможно большее количество функциональных блоков (осей) и элементов по каждой оси с целью выхода за пределы очевидных представлений.

4. При выборе конструкции технической системы (сочетание элементов по осям) необходимо обеспечить возможность взаимной работы элементов в технической системе. Так, например, двигатели внутреннего сгорания неработоспособны под водой (на подводных лодках), а реактивный двигатель не пригоден для транспортных средств с колёсным или гусеничным двигателем (очень быстро разрушаются подшипники) т т. д.

5. При выборе конструкции технической системы необходимо учитывать стремление любой технической системы к «идеальной машине», т. е. Такой технической системе, которой нет, а требуемое действие выполняется. Здесь целесообразной будет передача функций, выполняемых одними элементами технической системы, другим, т. е. Другие элементы должны выполнять, помимо своей основной функции, также дополнительные функции («работать по совместительству»).