Лекция 9. Последовательность приёмов изучения состояния вопроса

Последовательность приёмов изучения состояния вопроса

Экспериментальная часть

Как мы уже сказали, основная цель эксперимента состоит в проверке и подтверждении гипотезы.

Эксперимент должен быть проведён таким образом, чтобы получить необходимое количество данных при минимальных затратах средств и времени. Для этого должна быть чётко разработана методология эксперимента.

Методология эксперимента – это общие принципы, структура эксперимента, его постановка и последовательность исследований.

Методология эксперимента включает следующие основные этапы:

- разработка плана-программы эксперимента,

- оценка измерений и выбор средств для проведения эксперимента,

- проведение эксперимента,

- обработка и анализ экспериментальных данных,

- установление адекватности результатов (соответствие рабочей гипотезе).

Разработка плана программы эксперимента.

План программы включает:

- наименование темы,

- рабочую гипотезу,

- методику эксперимента,

- перечень необходимых материалов, приборов, установок,

- список исполнителей,

- календарный план работы,

- смету на выполнение эксперимента.

В ряде случаев включают работы по конструированию и изготовлению приборов, аппаратов, установок, а также при необходимости программы опытных работ на заводах, дорогах, стройках.

Методика эксперимента составляет основу плана-программы и включает:

- цель и задачи эксперимента,

- выбор варьирующих факторов,

- определение объёма и трудоёмкости эксперимента, обоснование средств и потребного количества измерений,

- описание проведения эксперимента,

- обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента (формы записей, математическая обработка).

Цель и задачи эксперимента выявляются на основе анализа информации, в процессе формулировки гипотезы и теоретических разработок. Чёткое обоснование цели – уже большая доля успеха. Цель – одна, а задач может быть несколько (3-4) и больше.

Выбор варьирующих факторов включает установление основных и второстепенных характеристик, влияющих на исследуемый процесс.

Иногда трудно выявить роль основных и второстепенных факторов. Тогда необходимо выполнить поисковый эксперимент. Как установить важность? С этой целью изучают процесс в зависимости от какой-то одной переменной при постоянстве других.

Если переменных много, то следует воспользоваться многофакторным анализом.

Обоснование средств и количества измерений.

- включает выбор необходимых для наблюдений и измерений приборов, оборудования, аппаратов и т.д.

Экспериментатор должен быть хорошо ознакомлен с выпускаемой измерительной аппаратурой.

Необходимо изучать ежегодные каталоги на средства измерения, проспекты, посещать выставки.

При измерении отдельных параметров часто повторные отчёты не одинаковы в силу различных причин (случайные, систематические ошибки, промахи).

Необходимо установить минимально потребное количество, которое в данном опыте обеспечивает устойчивое среднее значение измеряемой величины, удовлетворяющее заданной степени точности.

Это очень важно, поскольку обеспечивает получение наиболее объективных результатов при минимальных затратах времени и средств.

Далее определяют:

Объём и трудоёмкость экспериментальных исследований зависит от глубины теоретических разработок и степени точности принятых средств измерений.

Возможны три случая проведения эксперимента.

1. Теоретически получена аналитическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс. Например, y=3e^-2x . В этом случае объём эксперимент для подтверждения этой зависимости минимален, поскольку функция однозначно определяется экспериментальными данными.

2. Теоретическим путём установлен только характер зависимости. Например, y=ae^-bx. В этом случае задано только семейство кривых. Экспериментальным путём надо определить значение a и b. Объём эксперимента при этом возрастает.

3. Теоретически не удалось получить каких-либо зависимостей. Разработаны только предположения о качественных закономерностях процесса. Объём экспериментальных работ возрастает, т.к. потребуется дополнительно поисковый эксперимент и основной эксперимент. Здесь уместен метод математического планирования эксперимента. На объём и трудоёмкость существенно влияет и вид эксперимента. После установления объёма экспериментальных работ составляют перечень необходимых средств измерений, объём материалов, список исполнителей, календарный план и смету расходов.

Типы планов эксперимента.

Прежде, чем приступить к исследованию, нужно выбрать тип плана эксперимента.

1. Классический план.

2. Рандомизированный план.

3. Математический план.

1. Классический план называют последовательным планом.

Эксперимент бывает одно- и многофакторным. Предположим, что функция цели зависит лишь от одного фактора, например, R =f() Это так называемый однофакторный эксперимент. Классическое планирование такого эксперимента заключается в следующем:

1) первоначально устанавливается нижнее или верхнее значение фактора, т.е. один из его предельных уровней

2) затем последовательно снизу вверх или наоборот изменяют значение фактора скачками, согласно принятому интервалу варьирования.

Планирование многофакторного эксперимента.

Если имеются два, три и более управляющих фактора, то эксперимент называют многофакторным или факторным.

Порядок планирования многофакторного эксперимента.

1. Все называемые переменные (факторы), участвующие в эксперименте, кроме одной, устанавливают на каком-то определённом уровне, а одну переменную изменяют во всём диапазоне своих значений с принятым интервалом.

2. В результате эксперимента получаем функцию цели в зависимости от одной переменной (х₁) при постоянных уровнях переменных х₂, х₃, и т.д., т.е. y=f(x₁) при х₂=const; х₃=const.

3. Затем варьируют следующий фактор, остальные стабилизируют; в результате получают функцию цели в зависимости от другого фактора, скажем, х₂, при постоянных уровнях факторов х₁, х₃ и т.д.

Таким образом, классический план многофакторного эксперимента является суммой последовательных однофакторных экспериментов.

Планировать такой эксперимент можно двумя способами: 1) по частичному плану и 2) по полному плану. Принимаем для каждого фактора по 5 уровней. Это сбалансированный эксперимент, т.к. каждый фактор имеет одинаковое количество уровней.

а) Частичный план.

б) Полный план.

В случае полного плана каждый фактор стабилизирует на всех уровнях.

Классический план двухфакторного эксперимента.

Два фактора (х₁) и (х₂).

Каждый фактор имеет по 5 уровней. Это сбалансированный эксперимент, т.к. каждый фактор имеет одинаковое количество уровней. Например, ц и смола.

Планировать такой эксперимент можно двумя способами.

а) Частичный план

б) Полный план.

При частичном плане, обрабатывая результаты

Эксперимента, можно построить один график зависимости с двумя кривыми, в случае полного плана – два графика с пятью кривыми на каждом.

При полном классическом плане количество уровней может быть неодинаково.

Дата добавления: 2014-01-07