Основи наукових досліджень та принципи інженерної творчості

 

 

важливості для даного експерименту ряд. Правильний вибір основних і другорядних факторів відіграє важливу роль в ефективності експерименту, оскільки експеримент зводиться до знаходження залежностей між цими факторами. В окремих випадках важко відразу виявити роль основних і другорядних факторів. При цьому необхідно виконати невеликий по обсязі попередній пошуковий досвід. Основним принципом установлення ступеня важливості якої-небудь характеристики є її роль у досліджуваному процесі. Для цього вивчають процес залежно від який-небудь однієї змінної при інших постійних. Такий принцип поводження експерименту виправдує себе тільки в тих випадках, коли змінних характеристик мало (1-3). Якщо ж змінних величин багато, доцільний принцип багатофакторного аналізу.

Обґрунтування засобів вимірів - це вибір необхідних для спостережень і вимірів приладів, устаткування, машин, апаратів і т.д. Бажано використати в експерименті стандартні машини, що випускають серійно, і прилади, робота на які регламентується інструкціями, Дст й іншими документами. При створенні унікальних приладів, апаратів, установок, стендів бажано використати готові вузли приладів, що випускають, або реконструювати існуючі прилади. Дуже відповідальною частиною є встановлення точності вимірів і погрішностей. Методи вимірів повинні базуватися на законах спеціальної науки - метрології, що вивчає засоби й методи вимірів. При експериментальному дослідженні того самого процесу повторні показники на приладах, як правило, не однакові. Відхилення пояснюється різними причинами - неоднорідністю властивостей вивчаємого тіла, недосконалістю приладів і класом їхньої точності й т.д. Чим більше випадкових факторів, що впливають на досвід, тим більше відхилення окремих вимірів від середнього значення. Це вимагає повторних вимірів, отже, необхідно знати їх необхідну мінімальну кількість. Під потрібною мінімальною кількістю вимірів розуміють така їхня кількість, що у даному досвіді забезпечує стійке середнє значення вимірюваної величини, що задовольняє заданого ступеня точності. Установлення потрібної мінімальної кількості вимірів має

 

 

великезначення,оскількизабезпечуєодержаннянайбільшоб'єктивних результатів при мінімальних витратах часу й засобів.

У методиці докладно проектують процес проведення експерименту, становлять послідовність проведення операцій вимірів і спостережень. Розробляють форми журналів для запису результатів спостережень і вимірів.

Важливим розділом методики є вибір методів обробки й аналізу експериментальних даних. Обробка даних зводиться до систематизації результатів всіх вимірів, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні  бути  зведені  в  добре  читаємі  форми  записів  -  таблиці,  графіки, формули й т.д., що дозволяють швидко зіставляти отримані результати. Особлива увага в методиці повинне бути приділене математичним методам обробки й аналізу досвідчених даних - установленню емпіричних залежностей, апроксимації зв'язків між варьируемыми характеристиками й т.д. Обсяг і трудомісткість експериментальних досліджень у значній мірі залежать від глибини теоретичних розробок. Ніж глибше пророблена теоретична частина досліджень, тим менше обсяг експерименту. Можливі три випадки проведення експерименту:

1. Теоретично отримана аналітична залежність, що однозначно визначає досліджуваний  процес.  У  цьому  випадку  обсяг  експериментів  для підтвердження даної залежності мінімальний, оскільки функція однозначно визначається експериментальними даними.

2. Теоретичним шляхом установлений тільки характер залежності. У цьому випадку задане сімейство кривих. Експериментальним шляхом визначають параметри сімейства кривих. При цьому обсяг експериментів зростає.

3. Теоретично не вдалося одержати яких-небудь залежностей, а розроблені тільки припущення про якісні закономірності процесу. У цьому випадку часто необхідні пошукові експерименти. Обсяг експериментальних робіт зростає. Тут доречний метод математичного планування експериментів.

 

 

Методи оцінки вимірів в експериментальних дослідженнях. Виміри є основною складовою частиною будь-якого експерименту. Від старанності вимірів і наступних обчислень залежать результати експерименту. Експериментаторові необхідно знати закономірності вимірювальних процесів: уміти правильно виміряти досліджувані величини; оцінити погрішності при вимірах; правильно, з необхідною точністю обчислити значення величин; визначити найкращі умови вимірів, при яких помилки будуть найменшими, і зробити загальний аналіз результатів вимірів.

Вимір - це процес знаходження якої-небудь фізичної величини досвідченим шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів, це процес порівняння даної величини з відомою величиною, прийнятої за одиницю (еталон).

Теорією й практикою вимірів займається спеціальна наука - метрологія. Виміру бувають статичними, коли вимірювана величина не змінюється, і

динамічними,коливимірюванавеличинаміняється(наприклад,вимір пульсуючих процесів).

Крім того, виміри розділяються на прямі й непрямі.

 

При прямих вимірах шукану величину встановлюють безпосередньо з досвіду, при непрямих - функціонально від інших величин, певних прямих вимірів.

Розрізняють три класи вимірів. Особливо точні - це еталонні виміри з максимально можливою точністю. Цей клас майже не застосовується в експериментальних дослідженнях на виробництві. Високоточні - це виміру, погрішність яких не повинна перевищувати заданих значень. Цей клас вимірів використають при проведенні найбільш відповідальних експериментів, а також для контрольно-перевірочних вимірів приладів. Технічні - це виміру, у яких погрішність визначається особливостями засобів виміру.

Розрізняють також абсолютні виміри й відносні. Абсолютні – це прямі виміри в одиницях вимірюваної величини. Відносні – це виміри, представлені відношенням  вимірюємої  величини  до  однойменної  величини,  прийнятої  за

 

 

порівнянну. Результати вимірів оцінюють різними показниками. Погрішність виміру – це алгебраїчні різниці між дійсним значенням вимірюваної величини xσ  й отриманим при вимірі xi: ε = xσ  - xi. xσ  можна вважати щирим або точним значенням величини.

Значення ε називають абсолютною помилкою виміру. Відносна помилка

 



 

виміру (в %)