Планирование измерительного эксперимента

Эксперимент - это метод познания, при помощи которого в кон­тролируемых и (или) управляемых условиях исследуются явления действительности. Целью эксперимента может быть установление наличия/отсутствия предполагаемого теорией явления (качествен­ный эксперимент); проверка гипотез и предсказаний теории (ре­шающий эксперимент); проверка конкретных теоретических моде­лей путем мысленных процедур над идеальными объектами (мыс­ленный эксперимент); исследование материальных моделей (мо­дельный эксперимент) и др.

Измерительный эксперимент позволяет выявить количественную определенность какого-либо свойства объекта. При этом объект представляют в виде «черного ящика», т. е. системы, структура ко­торой скрыта от наблюдателя, а суждение о ее функционировании создается только на основании анализа внешних воздействий (управляющих и возмущающих) и соответствующих им реакций сис­темы (параметров состояния).

Управляющие (входные) параметры Xi (i=1, 2,..., к) представ­ляют собой независимые переменные, которые можно изменять с целью управления выходными параметрами объекта. Они могут быть измерены и называются также факторами. Каждый фактор имеет область определения, которая должна быть установлена до проведения эксперимента.

Возмущающие воздействия Vn (n=1,2,.... р) в общем случае не поддаются контролю и проявляют себя как случайные величины или функции времени. Наличие возмущающих воздействий приводит к тому, что зависимость выходных параметров объекта от входных становится неоднозначной.

К параметрам состояния (выходные параметры) Yj (j=1, 2,..., r) относится совокупность контролируемых или вычисляемых пара­метров, характеризующих состояние объекта. В простейшей ситуа­ции экспериментатора интересует поведение одного выходного па­раметра, характеризующего объект. Чаще всего это критерий опти­мальности (целевая функция), зависящий от входных параметров.

Планирование позволяет повысить эффективность эксперимен­тальных исследований. Цель его - выбрать из множества воз­можных планов проведения эксперимента одного в некотором смысле наилучшего, согласно критерию сравнения или целевой функции. Критерием может быть точность, продолжительность, стоимость эксперимента и т.п.

При пассивном эксперименте (наблюдении) информацию полу­чают в условиях нормального функционирования объекта исследо­вания. Т.к. исследователь не имеет возможности воздействовать на изучаемый объект, то задача планирования эксперимента сводится к оптимальной организации пассивного сбора информации и вклю­чает в себя такие вопросы, как выбор интервалов времени между моментами измерения, задание числа выполняемых измерений, выбор метода обработки экспериментальных данных и т. п.

При активном эксперименте осуществляется искусственное воз­действие на объект по заранее спланированной программе. Он по­зволяет быстро вскрывать закономерности, находить оптимальные режимы функционирования объекта, но его труднее осуществить: вмешательство в технологический процесс может привести к сни­жению производительности, выпуску бракованной продукции. В не­которых случаях (например, при астрономическом наблюдении) ак­тивный эксперимент невозможен.

Дата добавления: 2015-04-30