5.3. Морфологический анализ. Программное решение технических задач

Одним из примеров реализации системного подхода в творческом процессе является метод морфологического анализа. Этот метод состоит в составлении двумерных или многомерных матриц (таблиц) основных признаков (свойств) системы и последующем сравнительном анализе. При этом в совершенствуемой технической системе производят две основные операции:

 выделяют несколько наиболее характерных признаков построения системы (структурных, морфологических);

 по каждому выделенному морфологическому признаку составляют список возможных конкретных вариантов (альтернатив) технической реализации признаков.

Алгоритм морфологического анализа можно представить следующим образом:

 точно сформулировать задачу;

 составить список всех характеристик, морфологических признаков объекта (системы);

 по каждой характеристике перечислить возможные варианты;

 проанализировать возникающие при этом сочетания;

 отобрать наиболее удачные сочетания (варианты);

 составить «образ» проектируемой системы на основе отбора лучших вариантов.

Под «образом» системы понимается формулировка основных принципов ее построения, которые определяются лучшим или сочетанием нескольких лучших вариантов. В качестве примера проектирования систем передачи информации приведена двумерная матрица признаков системы (табл. 5.1). Из рассмотрения табл. 5.1 следует, что возможно комбинаций признаков или принципов построения системы.

О

Таблиця 5.1

Система	Градації признаків
Одноканальна	АМ	ЧМ	ФМ	ОФТ ?
Багатоканальна	З частотним ущіленням АМ – ЧМ	З частотним ущіленням ОМ – ЧМ	З частотним ущіленням і розділенням сигналів за формою	З часовим ущіленням КІМ
Адаптивна	Адаптація до сигналу, який передається	Адаптація до сигналу, який приймається	Адаптація до каналу	Адаптація до завад
Зв‘язку	Кабельна	Бездротова	Метеорна	Супутникова

бычно в реальной аппаратуре используется несколько из этих комбинаций. Анализ элементов матрицы может привести к совершенно новому принципу построения радиосистемы, к преодолению инерционности мышления разработчика. В некоторых случаях морфологические признаки системы обозначаются буквами, а варианты их – соответствующими индексами, например, А – передатчик, Б – модем, В – кодек, Г – антенны, Д – приемник, Е – канал, Ж – решающая схема и т. д.; А₁ – широкополосный, А₂ – узкополосный, А₃ – импульсный, А₄ – маломощный, А₅ – мощный и т.д.; Б₁ – АМ, Б₂ – ЧМ, Б₃ – ОМ, Б₄ – ФМ, Б₅ – ДМ, Б_б – КИМ и т. д. Возможные комбинации морфологических признаков с учетом их градаций записываются в виде: А₄ – Б₃ – В₅ ... Ж₁₇; А₈—Б₁₅—В₇...Ж₄ и т. д. При необходимости число признаков и градаций можно существенно увеличить, что позволяет анализировать большее число удачных вариантов. В общих случаях составляются многомерные матрицы морфологических признаков объекта (системы). Естественно, что выбор лучших вариантов требует творческого подхода к процессу проектирования (разработки).

Отметим, что в настоящее время при проектировании радиотехнических систем и устройств широко используется сочетание метода морфологического анализа с программным решением технических задач. Это обусловлено тем обстоятельством, что некоторые задачи и подзадачи в принципе не могут быть решены без помощи ЭВМ. Например, невозможно производить вручную трассировку сложных микросхем, изготовлять сотни, а иногда и тысячи необходимых технических документов. Для решения этих задач существует много компьютерных систем, с помощью которых можно быстро и надежно выполнить эти и многие друге работы. Кстати, многие студенты пользуются этими системами при выполнении курсовых и дипломных проектов и работ. К сожалению, в Украине еще не достигнут уровень обучения студентов, которому автор был свидетелем еще в начале 90-х годов в США (Университет штата Флорида) при выполнении лабораторных работ, связанных с проектированием отдельных устройств и элементов. Студент получал индивидуальное задание на разработку и проектирование, например, специализированной ИС. Задание на работу представляло собой подробное словесное описание всего того, что эта ИС должна делать. Составив алгоритм функционирования устройства, все необходимые таблицы логических переходов, технических данных и т. д. (все на ЭВМ), после проверки преподавателем на отсутствие грубых ошибок, все это оформлялось в формате фирмы-изготовителя и по сети отправлялось изготовителю. На следующий день студент получал спроектированную им ИС, изготовленную пока в единственном экземпляре. Защита лабораторной работы проводилась на компьютеризованном испытательном стенде. Так в США фирмы готовят для себя специалистов!

Широкое внедрение программных и математических методов проектирования нисколько не умаляет значения эвристической деятельности разработчиков и всех методов коллективного творчества. Это обусловлено тем, что в современных условиях усложнение радиотехнических систем и разнообразие выполняемых ими функций, возрастание числа используемых физических явлений и принципов передачи, обработки и извлечения информации, увеличение вариантов схемотехнических решений и элементной базы значительно опережают развитие математических методов и, как правило, требуют активизации эвристической деятельности разработчиков. Для решения задач проектирования новейшей радиоаппаратуры необходима столь высокая степень нестандартного творческого подхода, что она не может в принципе быть выполнена даже четвертым и последующими поколениями ЭВМ. Решить эти задачи способно лишь человеческое мышление с помощью эвристических и других методов научного и технического творчества. В связи с этим в эпоху НТР необходимо всемерное повышение эффективности эвристической методологии в самых различных аспектах ее проявления.

Особое значение в последнее время приобретает совершенствование машинно-эвристических методов проектирования на базе ЭВМ, которые позволяют реализовать режим непосредственного диалога человека с машиной. Применение таких комбинированных машинно-эвристических методов дает разработчику (проектировщику) возможность органически объединить наиболее ценные приемы эвристических, математических и экспериментальных методов.