Разработка плана-программы эксперимента

План-программа включает наименование темы исследования, рабочую гипотезу, методику эксперимента, перечень необходимых материалов, приборов, установок, список исполнителей эксперимента, календарный план работ и смету на выполнение эксперимента. В ряде случаев включают работы по конструированию и изготовлению приборов, аппаратов, приспособлений, методическое их обследование и т. п. Основу плана-программы составляет методика эксперимента. Методика представляет собой систему приемов или способов для последовательного наиболее эффективного экспериментального исследования и включает в себя:

Ø цель и задачи эксперимента;

Ø набор факторов;

Ø обоснование средств и необходимого количества измерений;

Ø описание проведения эксперимента, обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Определение цели и задачи эксперимента – один из наибов важных этапов. На основе анализа информации, гипотезы и теоретических разработок обосновывают цель и задачи эксперимента. Вся научная информация позволяет в той или иной степени судить об ожидаемых закономерностях изучаемого процесса, а следовательно, и определить задачи эксперимента. Четко, конкретно обоснованные задачи – это большой вклад в их решение. Количество задач не должно быть слишком большим (3 – 4 задачи), в большом исследовании их может быть 8 – 10.

Выбор факторов – это установление основных и второстепенных характеристик, влияющих на исследуемый процесс. Вначале анализируют расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого классифицируют все факторы и составляют из них убывающий по важности для данного эксперимента ряд. Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности эксперимента, поскольку эксперимент сводится к нахождению зависимостей между этими факторами. В отдельных случаях трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факторов. При этом необходимо выполнить небольшой по объему предварительный поисковый опыт.

Основным принципом установления степени важности характеристики является ее роль в исследуемом процессе. Для этого изучают процесс в зависимости от какой-то одной переменной при остальных постоянных. Такой принцип проведения эксперимента оправдывает себя только в тех случаях, когда переменных характеристик мало (1– 3). Если же переменных величин много, целесообразен принцип многофакторного анализа, рассматренного в разделе 7.

Обоснование средств измерений – это выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, оборудования и др. Экспериментатор должен быть хорошо ознакомлен с выпускаемой в стране измерительной аппаратурой. Ежегодно издаются каталоги на средства измерения, по которым можно заказать те или иные средства измерений (см. разделы 3 и 7).

В отдельных случаях возникает потребность в создании уникальных приборов, аппаратов, установок, стендов для разработки темы. При этом разработка и конструирование приборов и других средств должны быть тщательно обоснованы теоретическими расчетами и практическими соображениями о возможности изготовления оборудования. Создавая новые приборы, необходимо использовать готовые узлы выпускаемых или реконструировать существующие приборы. Очень ответственной частью является установление точности измерений и погрешностей. Методы измерений должны базироваться на законах метрологии, изучающей средства и методы измерений (раздел 7).

При экспериментальном исследовании одного и того же процесса (наблюдения и измерения) повторные отсчеты на приборах, как правило, не одинаковы. Чем больше случайных факторов, влияющих на опыт, тем больше отклонения отдельных измерений от среднего значения. Это требует повторных измерений, следовательно, необходимо знать их потребное минимальное количество. Под потребным минимальным количеством измерений понимают такое их количество, которое в данном опыте обеспечивает устойчивое среднее значение измеряемой величины, удовлетворяющее заданной степени точности (раздел 7).

В методике подробно проектируют процесс проведения эксперимента, В начале составляют последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений. Затем тщательно описывают каждую операцию в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента. Большое внимание уделяют методам, контроля качества операций, обеспечивающих при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатывают формы журналов для записи результатов наблюдений и измерений.

Важным разделом методики является выбор методов отработки и анализа экспериментальных данных. Отработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи – таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро сопоставлять полученные результаты.

Особое внимание в методике должно быть уделено математическим методам обработки и анализу опытных данных– установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьируемыми характеристиками, нахождению критериев и доверительных интегралов и др. Далее определяют объем и трудоемкость экспериментальных исследований, которые зависят от глубины теоретических разработок, степени точности принятых средств измерений. Чем четче сформулирована теоретическая часть исследования, тем меньше объем эксперимента. Возможны три случая проведения эксперимента.

 Теоретически получена аналитическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс. Например, . В этом случае объем эксперимента для подтверждение данной зависимости минимален, поскольку функция однозначно определяется экспериментальными данными.

‚ Теоретическим путем установлен только характер зависимости. Например, . В этом случае задано семейство кривых. Экспериментальным путем необходимо определить и . При этомобъем эксперимента возрастает.

ƒ Теоретически не удалось получить каких-либо зависимости Разработаны только предположения о качественных закономерностях процесса. Во многих случаях целесообразен поисковый эксперимент. Объем экспериментальных работ возрастает. Здесь уместен метод математического планирования эксперимента (раздел 7).

Дата добавления: 2014-11-18