Циклический алгоритм исследования. Типы измерений и характер ошибок в них. Обработка и анализ экспериментальных данных

Тема 1: Циклический алгоритм исследования

Исследование включает в себя: синтез и анализ, индукцию и дедукцию, планирование и прогнозирование, моделирование и т.д. Но начинается любой исследовательский процесс с постановки задачи.

I. Постановка задачи или определение цели исследования

1.1. Разработка иерархической модели

Успех исследовательской деятельности зависит прямо пропорционально от того насколько конкретно, ясно, чётко будет поставлена, сформулирована цель. Для достижения необходимой ясности в формулировке цели необходимо разработать максимально подробную, иерархическую целевуюй лестницу (модель), отражающую все основные связи между глобальной (но теоретической) целью и конкретными практическими задачами. Эта лестница должна ясно показать выполнение каких прикладных задач приведёт в конечном результате к реализации главной цели. Схематически эта модель выглядит как представлено на рис 1.1:

Рис. 1.1. Схемы иерархической, целевой лестницы (модели).

1.2. Фильтрация целей с точки зрения реальных возможностей.

Учитывая ваши реальные возможности на данном этапе (техническая база которой располагает ресурсы: сырьевые, интеллектуальные, финансовые и т.д.) производится выбор определённой цели из всей лестницы.

II. Разработка модели эксперимента. (Блок синтеза).

Блок синтеза может включать:

2.1. Создание модели объекта исследования.

2.2. Разработка гипотезы.

2.3. Планирование эксперимента.

III. Апробация модели или гипотезы. (Эксперимент, включающий в себя все необходимые измерения).

IV. Анализ результатов эксперимента

4.1. Статическая обработка результатов эксперимента.

4.2. Выявление отклонения (Δ) модели / гипотезы от реального объекта /процесса.

V. Корректировка модели/гипотезы. (Действие, направленное на исключение Δ).

Схематически циклический алгоритм исследования представлен на рис. 1.2:

Рис.1.2. Циклический алгоритм исследования.

Движение по циклу прекращается, когда на этапе анализа (IV) не будет выявлено Δ. Это значит, что выбранная модель соответствует исследуемому объекту, а разработанная гипотеза соответствует реальному процессу.

Тема 2. Эксперимент (блок Ш, рис 1)

Эксперимент – это система операций или наблюдений, направленных на получение информации об объекте исследования.

Эксперимент включает в себя ряд опытов, в процессе каждого из которых происходит воспроизведение исследуемого явления в определенных условиях. Условия опытов определяются уровнями факторовили иначе значениями независимых переменных величин X₁ X₂…X_n, которые по предположению влияют на объект исследования.

Схематически эксперимент можно представить в виде таблицы 2.1:

Таблица 2.1

Схематическое представление эксперимента.

В результате опыта  устанавливается значение отклика Y. По данным эксперимента определяется зависимость типа:

Y=f(X₁, X₂…Xn)

Эта зависимость называется функцией отклика. Геометрическое представление функции отклика называется поверхностью отклика.

Пример поверхности отклика представлен на рис. 2.1, иллюстрирующем двухфакторный эксперимент. Замкнутыми линиями изображены области постоянных значений функции отклика (аналогично изображению рельефа местности на географических картах). Поверхность на этом рисунке называется вершиной, (кратер будет выглядеть аналогично).

Рис. 2. Поверхность отклика для случая двухфакторного эксперимента

Классификация экспериментов

1  По количеству факторов (или числу переменных Х):

1.1  однофакторные :изменению и регистрации подлежит один фактор

1.2  многофакторные: изменению и регистрации подлежат много факторов

2.       По отношению исследователя к выбору факторов

2.1     активные: эксперименты, в которых факторы задаются самим исследователем.

2.2     пассивные: исследователь не задает факторы: он не вмешивается в ход эксперимента, его роль – наблюдать и фиксировать результат. Пример (1)Исследование влияния вспышек на Солнце на природные влияния на Земле. (2) Исследование влияния магнитных бурь на здоровье людей. (3) Исследование влияния последствий чернобыльской аварии на заболеваемость.

3.       По характеру результата:

3.1     качественные (цель - установление факта явления)

3.2     количественные

4.       По месту проведения(по масштабности)

1.1   лабораторные

1.2   промышленные

Классификация факторов

1.Контролируемые факторы (зависимые)

1.1 Управляемые: режимы резания, точностые характеристики оборудования, остнастки

1.2 Не управляемые. Характеризуют качество сырья или промежуточных продуктов и не допускают целенаправленного изменения в ходе исследования.

-физичко-механические характеристики (твердость, структура матераила)

-технологические характеристики (припуск, точность размеров) заготовок и деталей на промежуточных операциях

2. Не контролируемые (независимые): факторы, которые не могут быть измерены количественно:

- колебания напряжения в сети;