Основи наукових досліджень та принципи інженерної творчості

У технічних науках широко застосовують прикладну математику, що використає так називані раціональні методи, що допускають наявність формулювань і тверджень, справедливих лише в даних реальних умовах. При цьому вони можуть уточнюватися в ході дослідження, базуватися на доводах, заснованих на наближених рішеннях, аналогіях або експериментах і т.д., що не прийнятно в «чистої» математиці.

 

 

Великий  вплив  на  розвиток  математичних  методів  дослідження, особливо в прикладній математиці, зробили ЕОМ, зі створенням яких у математику відкрився новий сучасний етап. Використання ЕОМ багаторазово прискорює  математичні  перетворення  й  обчислення,  але  в  той  же  час  не звільняє дослідника від необхідності володіти математичним апаратом. Звичайно найбільший ефект одержують у тому випадку, якщо дослідник добре знає можливості ЕОМ, специфіку методів роботи з нею, а приваблюваний їм математик-обчислювач чітко розуміє фізичні особливості досліджуваного завдання. Це дозволяє кваліфіковано обговорювати всі питання, що виникли в дослідженні, що сприяє найбільш успішному й ефективному виконанню науково-дослідних робіт. Завдання може бути вирішена в стислий термін, максимально ефективно, якщо дослідник сполучає глибокі знання про предмет дослідження, віртуозне володіння математичним апаратом, уміє на практиці застосовувати сучасні прийоми програмування. У сучасних дослідженнях обчислення на ЕОМ носять не допоміжний характер, не служать для ілюстративних цілей, а в комбінації з аналітичними методами дозволяють одержати результати принципового характеру, стають доказовими. Успіх можливий лише при правильному сполученні аналітичних і чисельних методів, причому  в  такому  сполученні  чисельні  методи  найчастіше  виступають  не тільки як рівноправний партнер, а у відомому змісті як ?глава родини?.

 

 

ЛЕКЦІЯ 9. Методи експериментальних досліджень

 

 

 

Найбільш важливою складовою частиною наукових досліджень є експерименти. Експериментальне дослідження - один з основних способів одержати нові наукові знання. У його основі лежить експеримент, що представляє собою науково поставлений досвід або спостереження явища в умовах,  що  враховують  точно,  що  дозволяють  стежити  за  його  ходом, управляти   їм,   відтворювати   його   щораз   при   повторенні   цих   умов.   Від

 

 

звичайного,  повсякденного,  пасивного  спостереження  експеримент відрізняється активним впливом дослідника на досліджуване явище.

Основна мета експерименту - перевірка теоретичних положень (підтвердження робочої гіпотези), а також більше широке й глибоке вивчення теми наукового дослідження. Експеримент повинен бути проведений по можливості  в  найкоротший  строк  з  мінімальною  витратою  матеріальних  і коштів при найвищій якості отриманихрезультатів.

Розрізняють експерименти природні й штучні. Природні експерименти характерні, насамперед, для соціальних явищ в обстановці, наприклад, виробництва, збуту й т.д. Штучний експеримент широко застосовується в багатьох  галузях,  у  першу  чергу,  у  технічних  науках.  У  цьому  випадку вивчають явище, ізольоване до необхідного ступеня, щоб оцінити його в кількісному і якісному відношеннях. Іноді виникає необхідність провести пошукові експериментальні дослідження. Вони необхідні в тому випадку, якщо важко класифікувати всі фактори, що впливають на досліджуване явище внаслідок відсутності достатніх попередніх даних. На основі попереднього експерименту будується програма досліджень у повному обсязі.

Експериментальні дослідження діляться на лабораторні й виробничі. Лабораторні  досвіди  проводять  із  застосуванням  типових  приладів,

спеціальних моделюючих установок, стендів, устаткування й т.д. Лабораторні досвіди дозволяють одержати гарну наукову інформацію з мінімальними витратами. Однак, такі експерименти не завжди повністю моделюють реальний хід досліджуваного процесу, тому виникає потреба в проведенні виробничого експерименту.

Виробничі експериментальні дослідження мають на меті вивчити процес у реальних умовах з урахуванням впливу різних випадкових факторів виробничого середовища.

Для найбільш ефективного проведення експерименту широко застосовують математичну теорію експерименту, що дозволяє різко підвищити точність і зменшити обсяг експериментальних досліджень.

 

Методологія експерименту - це загальні принципи, структура експерименту, його постановка й послідовність виконання експериментальних досліджень. Методологія експерименту включає такі етапи: розробка плану- програми експерименту; оцінка вимірів і вибір засобів для проведення експерименту, математичне планування експерименту з одночасним проведенням експериментального дослідження; обробка й аналіз отриманих даних.

 

Розробка плану-програми експерименту

 

План-програма включає: найменування теми дослідження; робоча гіпотеза; методика експерименту; перелік необхідних матеріалів, приладів, установок; список виконавців експерименту; календарний план і кошторис на виконання експерименту. У ряді випадків включають роботи з конструювання й виготовлення приладів, апаратів, пристосувань і т.д.

Основу плану-програми становить методика експерименту. Методика являє собою систему прийомів або способів для послідовного найбільш ефективного експериментального дослідження й містить у собі: мета й завдання експерименту; вибір варьируемых факторів; обґрунтування засобів і потрібної кількості вимірів; опис проведення експерименту; обґрунтування способів обробки й аналізу результатів експерименту.

Визначення мети й завдань експерименту - один з найбільш важливих етапів. На основі аналізу інформації, гіпотези й теоретичних розробок обґрунтовують мета й завдання експерименту. Зібрана наукова інформація дозволяє в тім або іншому ступені судити про очікувані закономірності досліджуваного процесу, а, отже, і визначити завдання експерименту. Чітко, конкретно обґрунтовані завдання - це великий внесок у їхнє рішення. Кількість завдань не повинне бути занадто більшим (3-4 завдання), у великому дослідженні їх може бути 8-10. Вибір варьируемых факторів - це встановлення основних  і  другорядних  характеристик,  що  впливають  на  досліджуваний процес. Спочатку аналізують розрахункові (теоретичні) схеми процесу. На