МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ЕПМ-98'а
Донецьк - 2008
2. Стратегія і тактика експериментів
3. Основи планування експериментів, вибір факторів
4. Методи і способи вимірів, похибки вимірів
5. Використання обчислювальної техніки в наукових дослідженнях
Резюме
Список літератури
У даній роботі будуть розглянуті основні поняття науки планування експерименту: завдання, види, цілі, стратегія, тактика, методика експериментів; визначення та види факторів, їх вибір і вимоги до них, а також методи, способи і засоби вимірювань.
1. ЗАВДАННЯ І ВИДИ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
Наука - сфера дослідницької діяльності, спрямована на одержання нових знань про природу, суспільстві і мисленні. В даний час розвиток науки пов'язані з поділом і кооперацією наукової праці, створенням наукових установ, експериментального і лабораторного обладнання [4, с. 6].
Експеримент в ході розвитку науки виступав потужним засобом дослідження явищ природи і технічних об'єктів. Але лише порівняно недавно він став предметом дослідження. Пильна увага вчених та інженерів до того, як краще і ефективніше проводити експеримент, виникло не випадково, а є наслідком досягнутого рівня і масштабу експериментальних робіт на сучасному етапі розвитку науки і техніки. Цей етап з розглянутої точки зору характеризується зростанням загального числа проведених експериментальних робіт; збільшенням кількості фахівців, що займаються експериментальної діяльністю; суттєвим ускладненням об'єктів дослідження і використовуваного експериментального обладнання; тенденцією до подовження середнього часу експериментування і подорожчання досліджень; почалася процесом впровадження засобів і систем автоматизації експерименту.
Відомо, що нова наука може виникнути, якщо існує об'єктивна необхідність її появи і є предмет нової науки, що представляє загальнонаукових інтерес. Сказане повною мірою відноситься і до теорії планування експерименту. Предмет дослідження цього наукового напряму-експеримент. Однак особливості планування, постановки експерименту розглядаються і у фізиці, і в хімії, і в прикладних науках. Для того, щоб експеримент став предметом дослідження окремого наукового напрямку, необхідно, щоб він характеризувався деякими рисами, спільними для будь-якого експерименту незалежно від того, в якій конкретній галузі знань експеримент проводиться. Такими загальними рисами експерименту є необхідність:
1) контролювати будь-який експеримент, тобто виключати вплив зовнішніх змінних, не прийнятих дослідником з тих чи інших причин до розгляду;
2) визначати точність вимірювальних приладів і одержуваних даних;
3) зменшувати до розумних меж число змінних в експерименті;
4) складати план проведення експерименту, найкращий з тієї чи іншої точки зору;
5) перевіряти правильність отриманих результатів і їх точність;
6) обирати спосіб обробки експериментальних даних і форму представлення результатів;
7) аналізувати отримані результати і давати їх інтерпретацію в термінах тієї області, де експеримент проводиться [3, с. 5-6].
Як і в будь-якому сформованому науковому напрямку, в теорії планування експерименту виробилася певна система основоположних понять і термінів. Наведемо найбільш важливі з них.
Об'єкт дослідження є носій деяких невідомих і підлягають вивченню властивостей і якостей.
Планування експерименту - це процедура вибору числа та умов проведення дослідів, необхідних і достатніх для вирішення поставленого завдання з необхідною точністю [2, с. 14].
Принципи, покладені в основу теорії планування експерименту, спрямовані на підвищення ефективності експериментування, тобто
- Прагнення до мінімізації загального числа дослідів;
- Одночасне варіювання усіма змінними, які визначають процес, за спеціальними правилами - алгоритмах;
- Використання математичного апарату, формалізує багато дій експериментатора;
- Вибір чіткої стратегії, що дозволяє приймати обгрунтоване рішення після кожної серії експериментів.
Завдання, для вирішення яких може використовуватися планування експерименту, надзвичайно різноманітні.
Пошук оптимальних умов, побудова інтерполяційних формул, вибір істотних факторів, оцінка та уточнення констант теоретичних моделей, вибір найбільш прийнятних з деякого безлічі гіпотез про механізм явищ, дослідження діаграм - властивість - ось приклади завдань, при вирішенні яких застосовується планування експерименту. Можна сказати, що там, де має місце експеримент, є і наука про його проведення - планування експерименту [2, с. 15].
Основною метою експерименту є виявлення властивостей досліджуваних об'єктів, перевірка справедливості гіпотез і на цій основі широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.
Постановка і організація експерименту визначають його призначення. Експерименти, які проводяться в різних галузях науки, є хімічними, біологічними, фізичними, психологічними, соціальними і т.д.
Вони різняться:
За способом формування умов:
- Природні;
- Штучні.
По цілям дослідження:
- Перетворюють;
- Констатують;
- Контролюючі;
- Пошукові;
- Вирішальні.
По організації проведення:
- Лабораторні;
- Натурні;
- Польові;
- Виробничі і т.д.
За структурою досліджуваних об'єктів і явищ:
- Прості;
- Складні.
За характером зовнішніх впливів на об'єкт дослідження:
- Речові;
- Енергетичні;
- Інформаційні.
За характером взаємодії кошти експериментального дослідження з об'єктом дослідження:
- Звичайний;
- Модельний.
За типом моделей, досліджуваних в експерименті:
- Матеріал;
- Уявний.
За контрольованим величин:
- Пасивний;
- Активний
За кількістю варійованих факторів:
- Однофакторний;
- Багатофакторний.
За характером досліджуваних об'єктів або явищ:
- Технологічні;
- Соціометричні.
Звичайно, для класифікації можуть бути використані й інші ознаки [4, с. 245].
Для проведення експерименту будь-якого типу необхідно: розробити гіпотезу, що підлягає перевірці; створити програми експериментальних робіт; визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження; забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт; визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження; забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт; розробити шляхи та прийоми фіксації ходу і результатів експерименту (прилади, установки, моделі тощо); забезпечити експеримент необхідним обслуговуючим персоналом [4, с. 252].
2. СТРАТЕГІЯ І ТАКТИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Особливе значення для проведення експерименту має правильно розроблена методика експерименту. Методика - це сукупність розумових і фізичних операцій, розміщених в певній послідовності, відповідно до якої досягається мета дослідження. При розробці методик проведення експерименту необхідно передбачати: проведення попереднього цілеспрямованого спостереження над досліджуваним об'єктом або явищем з метою визначення вихідних даних (гіпотез, вибору варіюють факторів); створення умов, в яких можливе експериментування (підбір об'єктів для експериментального впливу, усунення впливу випадкових факторів); визначення меж вимірювань; систематичне спостереження за ходом розвитку досліджуваного явища і точні описи фактів, проведення систематичної реєстрації вимірів і оцінок фактів різними засобами і способами; створення ситуацій, що повторюються, зміна характеру умов і перехресні впливу, створення ускладнених ситуацій з метою підтвердження або спростування раніше отриманих даних ; перехід від емпіричного вивчення до логічних узагальнень, до аналізу і теоретичній обробці отриманого фактичного матеріалу.
Перед кожним експериментом складається його план (програма), який включає: мета і завдання експерименту; вибір варіюють факторів, обгрунтування обсягу експерименту, числа дослідів; порядок реалізації дослідів, визначення послідовності зміни факторів; вибір кроку зміни факторів, завдання інтервалів між майбутніми експериментальними точками; обгрунтування способів обробки та аналізу результатів експерименту.
Застосування математичної теорії експерименту дозволяє вже при плануванні певним чином оптимізувати обсяг експериментальних досліджень і підвищити їх точність.
Важливим етапом підготовки треба вибрати варійовані фактори, тобто встановити основні та другорядні характеристики, що впливають на досліджуваний процес, проаналізувати розрахункові (теоретичні) схеми процесу. На основі цього аналізу всі фактори класифікуються і складається з них регресний за важливістю для даного експерименту ряд. Правильний вибір основних і другорядних факторів відіграє важливу роль в ефективності експерименту, оскільки експеримент і зводиться до знаходження залежностей між цими чинниками. Іноді буває важко відразу виявити роль основних і другорядних факторів. У таких випадках необхідно виконувати невеликий за обсягом попередній пошуковий досвід.
Необхідно також обгрунтувати набір засобів вимірювань (приладів) іншого обладнання, машин та апаратів. У зв'язку з цим експериментатор повинен бути добре знайомий з випускається в країні вимірювальною апаратурою (за допомогою щорічно видаються каталогів, за якими можна замовити випускаються вітчизняним приладобудуванням ті чи інші засоби вимірювань). Природно, що в першу чергу слід використовувати стандартні, серійно випускаються машини і прилади, робота на яких регламентується інструкціями, ГОСТами і іншими офіційними документами.
В окремих випадках виникає потреба у створенні унікальних приладів, установок, стендів, машин для розробки теми. При цьому розробка та конструювання приладів та інших засобів повинні бути ретельно обгрунтовані теоретичними розрахунками та практичними міркуваннями про можливість виготовлення устаткування. При створенні нових приладів бажано використовувати готові вузли приладів, що випускаються або реконструювати існуючі прилади. Відповідальний момент - встановлення точності вимірювань і похибок.
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
факультет економіки і менеджменту
кафедра економіки та маркетингуРЕФЕРАТ
на тему: «Планування експерименту»Виконав ______________ _______________
студент групи (підпис, дата) (П.І.Б.)ЕПМ-98'а
Перевірив ________________ ______________
(Підпис, дата) (П.І.Б.)Донецьк - 2008
Зміст
Введення
1. Класифікація, види і завдання експериментів2. Стратегія і тактика експериментів
3. Основи планування експериментів, вибір факторів
4. Методи і способи вимірів, похибки вимірів
5. Використання обчислювальної техніки в наукових дослідженнях
Резюме
Список літератури
ВСТУП
Найважливішою складовою частиною наукових досліджень є експеримент, основою якого є науково поставлений дослід з точно враховуються і керованими умовами. Основною метою експерименту є виявлення властивостей досліджуваних об'єктів, перевірка справедливості гіпотез і на цій основі широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.У даній роботі будуть розглянуті основні поняття науки планування експерименту: завдання, види, цілі, стратегія, тактика, методика експериментів; визначення та види факторів, їх вибір і вимоги до них, а також методи, способи і засоби вимірювань.
1. ЗАВДАННЯ І ВИДИ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
Наука - сфера дослідницької діяльності, спрямована на одержання нових знань про природу, суспільстві і мисленні. В даний час розвиток науки пов'язані з поділом і кооперацією наукової праці, створенням наукових установ, експериментального і лабораторного обладнання [4, с. 6].
Експеримент в ході розвитку науки виступав потужним засобом дослідження явищ природи і технічних об'єктів. Але лише порівняно недавно він став предметом дослідження. Пильна увага вчених та інженерів до того, як краще і ефективніше проводити експеримент, виникло не випадково, а є наслідком досягнутого рівня і масштабу експериментальних робіт на сучасному етапі розвитку науки і техніки. Цей етап з розглянутої точки зору характеризується зростанням загального числа проведених експериментальних робіт; збільшенням кількості фахівців, що займаються експериментальної діяльністю; суттєвим ускладненням об'єктів дослідження і використовуваного експериментального обладнання; тенденцією до подовження середнього часу експериментування і подорожчання досліджень; почалася процесом впровадження засобів і систем автоматизації експерименту.
Відомо, що нова наука може виникнути, якщо існує об'єктивна необхідність її появи і є предмет нової науки, що представляє загальнонаукових інтерес. Сказане повною мірою відноситься і до теорії планування експерименту. Предмет дослідження цього наукового напряму-експеримент. Однак особливості планування, постановки експерименту розглядаються і у фізиці, і в хімії, і в прикладних науках. Для того, щоб експеримент став предметом дослідження окремого наукового напрямку, необхідно, щоб він характеризувався деякими рисами, спільними для будь-якого експерименту незалежно від того, в якій конкретній галузі знань експеримент проводиться. Такими загальними рисами експерименту є необхідність:
1) контролювати будь-який експеримент, тобто виключати вплив зовнішніх змінних, не прийнятих дослідником з тих чи інших причин до розгляду;
2) визначати точність вимірювальних приладів і одержуваних даних;
3) зменшувати до розумних меж число змінних в експерименті;
4) складати план проведення експерименту, найкращий з тієї чи іншої точки зору;
5) перевіряти правильність отриманих результатів і їх точність;
6) обирати спосіб обробки експериментальних даних і форму представлення результатів;
7) аналізувати отримані результати і давати їх інтерпретацію в термінах тієї області, де експеримент проводиться [3, с. 5-6].
Як і в будь-якому сформованому науковому напрямку, в теорії планування експерименту виробилася певна система основоположних понять і термінів. Наведемо найбільш важливі з них.
Об'єкт дослідження є носій деяких невідомих і підлягають вивченню властивостей і якостей.
Планування експерименту - це процедура вибору числа та умов проведення дослідів, необхідних і достатніх для вирішення поставленого завдання з необхідною точністю [2, с. 14].
Принципи, покладені в основу теорії планування експерименту, спрямовані на підвищення ефективності експериментування, тобто
- Прагнення до мінімізації загального числа дослідів;
- Одночасне варіювання усіма змінними, які визначають процес, за спеціальними правилами - алгоритмах;
- Використання математичного апарату, формалізує багато дій експериментатора;
- Вибір чіткої стратегії, що дозволяє приймати обгрунтоване рішення після кожної серії експериментів.
Завдання, для вирішення яких може використовуватися планування експерименту, надзвичайно різноманітні.
Пошук оптимальних умов, побудова інтерполяційних формул, вибір істотних факторів, оцінка та уточнення констант теоретичних моделей, вибір найбільш прийнятних з деякого безлічі гіпотез про механізм явищ, дослідження діаграм - властивість - ось приклади завдань, при вирішенні яких застосовується планування експерименту. Можна сказати, що там, де має місце експеримент, є і наука про його проведення - планування експерименту [2, с. 15].
Основною метою експерименту є виявлення властивостей досліджуваних об'єктів, перевірка справедливості гіпотез і на цій основі широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.
Постановка і організація експерименту визначають його призначення. Експерименти, які проводяться в різних галузях науки, є хімічними, біологічними, фізичними, психологічними, соціальними і т.д.
Вони різняться:
За способом формування умов:
- Природні;
- Штучні.
По цілям дослідження:
- Перетворюють;
- Констатують;
- Контролюючі;
- Пошукові;
- Вирішальні.
По організації проведення:
- Лабораторні;
- Натурні;
- Польові;
- Виробничі і т.д.
За структурою досліджуваних об'єктів і явищ:
- Прості;
- Складні.
За характером зовнішніх впливів на об'єкт дослідження:
- Речові;
- Енергетичні;
- Інформаційні.
За характером взаємодії кошти експериментального дослідження з об'єктом дослідження:
- Звичайний;
- Модельний.
За типом моделей, досліджуваних в експерименті:
- Матеріал;
- Уявний.
За контрольованим величин:
- Пасивний;
- Активний
За кількістю варійованих факторів:
- Однофакторний;
- Багатофакторний.
За характером досліджуваних об'єктів або явищ:
- Технологічні;
- Соціометричні.
Звичайно, для класифікації можуть бути використані й інші ознаки [4, с. 245].
Для проведення експерименту будь-якого типу необхідно: розробити гіпотезу, що підлягає перевірці; створити програми експериментальних робіт; визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження; забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт; визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження; забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт; розробити шляхи та прийоми фіксації ходу і результатів експерименту (прилади, установки, моделі тощо); забезпечити експеримент необхідним обслуговуючим персоналом [4, с. 252].
2. СТРАТЕГІЯ І ТАКТИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Особливе значення для проведення експерименту має правильно розроблена методика експерименту. Методика - це сукупність розумових і фізичних операцій, розміщених в певній послідовності, відповідно до якої досягається мета дослідження. При розробці методик проведення експерименту необхідно передбачати: проведення попереднього цілеспрямованого спостереження над досліджуваним об'єктом або явищем з метою визначення вихідних даних (гіпотез, вибору варіюють факторів); створення умов, в яких можливе експериментування (підбір об'єктів для експериментального впливу, усунення впливу випадкових факторів); визначення меж вимірювань; систематичне спостереження за ходом розвитку досліджуваного явища і точні описи фактів, проведення систематичної реєстрації вимірів і оцінок фактів різними засобами і способами; створення ситуацій, що повторюються, зміна характеру умов і перехресні впливу, створення ускладнених ситуацій з метою підтвердження або спростування раніше отриманих даних ; перехід від емпіричного вивчення до логічних узагальнень, до аналізу і теоретичній обробці отриманого фактичного матеріалу.
Перед кожним експериментом складається його план (програма), який включає: мета і завдання експерименту; вибір варіюють факторів, обгрунтування обсягу експерименту, числа дослідів; порядок реалізації дослідів, визначення послідовності зміни факторів; вибір кроку зміни факторів, завдання інтервалів між майбутніми експериментальними точками; обгрунтування способів обробки та аналізу результатів експерименту.
Застосування математичної теорії експерименту дозволяє вже при плануванні певним чином оптимізувати обсяг експериментальних досліджень і підвищити їх точність.
Важливим етапом підготовки треба вибрати варійовані фактори, тобто встановити основні та другорядні характеристики, що впливають на досліджуваний процес, проаналізувати розрахункові (теоретичні) схеми процесу. На основі цього аналізу всі фактори класифікуються і складається з них регресний за важливістю для даного експерименту ряд. Правильний вибір основних і другорядних факторів відіграє важливу роль в ефективності експерименту, оскільки експеримент і зводиться до знаходження залежностей між цими чинниками. Іноді буває важко відразу виявити роль основних і другорядних факторів. У таких випадках необхідно виконувати невеликий за обсягом попередній пошуковий досвід.
Необхідно також обгрунтувати набір засобів вимірювань (приладів) іншого обладнання, машин та апаратів. У зв'язку з цим експериментатор повинен бути добре знайомий з випускається в країні вимірювальною апаратурою (за допомогою щорічно видаються каталогів, за якими можна замовити випускаються вітчизняним приладобудуванням ті чи інші засоби вимірювань). Природно, що в першу чергу слід використовувати стандартні, серійно випускаються машини і прилади, робота на яких регламентується інструкціями, ГОСТами і іншими офіційними документами.
В окремих випадках виникає потреба у створенні унікальних приладів, установок, стендів, машин для розробки теми. При цьому розробка та конструювання приладів та інших засобів повинні бути ретельно обгрунтовані теоретичними розрахунками та практичними міркуваннями про можливість виготовлення устаткування. При створенні нових приладів бажано використовувати готові вузли приладів, що випускаються або реконструювати існуючі прилади. Відповідальний момент - встановлення точності вимірювань і похибок.
У методиці докладно розробляється процес проведення експерименту, складається послідовність (черговість) проведення операцій вимірювань і спостережень, детально описується кожна операція в окремо з урахуванням вибраних засобів для проведення експерименту, обгрунтовуються методи контролю якості операцій, що забезпечують при мінімальному (раніше встановленому) кількості вимірів високу надійність і задану точність. Розробляються форми журналів для запису результатів спостережень і вимірювань [4, с. 256].
Важливим розділом методики є вибір методів обробки і аналізу експериментальних даних. Обробка даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні бути зведені в легким для читання форми запису - таблиці, графіки, формули, номограми, що дозволяють швидко і доброякісно зіставляти отримане і проаналізувати результати. Всі змінні повинні бути оцінені в єдиній системі одиниць фізичних величин.
Результати експериментів повинні відповідати трьом статистичним вимогам:
1) вимога ефективності оцінок, тобто мінімальність дисперсії відхилення щодо невідомого параметра;
2) вимога спроможності оцінок, тобто при збільшенні числа спостережень оцінка параметра повинна прагнути до його дійсного значення;
3) вимога незміщеності оцінок - відсутність систематичних помилок у процесі обчислення параметрів.
Найважливішою проблемою при проведенні та обробці експерименту є сумісність цих трьох вимог.
При розробці плану-програми експерименту завжди необхідно прагнути до його спрощення, наочності без втрати точності та достовірності. Це досягається попереднім аналізом та співставленням результатів вимірювань одного і того ж параметра різними технічними засобами, а також методів обробки отриманих результатів. В умовах інтенсифікації проведення наукових досліджень найважливіше місце у процесі підготовки експерименту повинно відводитися його автоматизації (АСНИ) з введенням експериментальних даних безпосередньо з ЕОМ, з розрахунком результуючих показників, з автоматичним управлінням ходу експерименту (послідовності і повторюваності вимірів, визначення середніх значень, побудова і т . д.) [4, с. 257].
3. ОСНОВИ ПЛАНУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТІВ, ВИБІР ФАКТОРІВ
Для докладного вивчення об'єкта дослідження необхідна його докладна модель. Підходящою моделлю є «чорний ящик», введений в кібернетиці з метою вивчення складності. Його побудова базується на принципі: оптимальне управління можливе при неповній інформації. Ясна формулювання цього факту є найважливішим досягненням кібернетики.
Малюнок 1. - Схема чорного ящика: x 1, x 2 ..., x n - Входи; y 1, y 2 ..., y m - виходи.
Схема чорного ящика наведена на рис. 1. Об'єкту дослідження відповідає прямокутник. Виходи, що позначаються стрілками, що виходять з об'єкту, відповідають параметрам оптимізації. Стрілки, що входять в об'єкт, - входи - відповідають можливим способам впливу на об'єкт. У термінології планування експерименту входи називаються факторами [1, с. 29].
Фактором називається вимірна змінна величина, що приймає в деякий момент деяке певне значення і відповідна одного з можливих способів впливу на об'єкт дослідження.
Число можливих впливів на об'єкт принципово необмежена. Щоб полегшити вибір, зручно розбити їх на дві групи. До першої групи належать впливу (фактори), що визначають сам об'єкт, а до другої - фактори, що визначають його стан.
Кожен фактор має область визначення. У плануванні експерименту розглядаються тільки дискретні області визначення факторів. Крім того, ці області завжди обмежені. Обмеження можуть бути принциповими і технічними. Прикладом принципового обмеження може служити абсолютний нуль температури в звичайних термодинамічних системах. Якщо в ході оптимізації фактор набув значення, близьке до принципового обмеження, то можливості об'єкта вичерпані. Прикладом технічного обмеження може служити температура плавлення матеріалу апарату. При нагріванні до цієї температури апарат просто розплавиться. Якщо в ході оптимізації значення фактора наблизилося до технічної кордоні, а бажане значення параметра оптимізації ще не досягнуто, то може бути поставлено нове завдання: створити, наприклад, більш тугоплавкий матеріал для апарату. Рішення цієї нової задачі дозволить продовжити оптимізацію.
Слід вказати на дві вимоги, які пред'являються до сукупності факторів. Це - вимоги відсутності кореляції між будь-якими двома факторами і сумісності факторів. Відсутність корельованості чинників означає можливість встановлення будь-якого чинника на будь-який рівень, незалежно від рівнів інших факторів. Якщо ці умови не виконуються, то не можна планувати експеримент. Крім того, немає ніякої необхідності включати в експеримент корельовані фактори, так як один з них не містить ніякої інформації. Вимога некорельованість не означає, що між факторами немає ніякого зв'язку. Достатньо, щоб цей зв'язок не була лінійною. Ця вимога може накладати обмеження на області визначення факторів.
Інші обмеження на область накладаються вимогою сумісності факторів. Несумісність факторів виникає в тому випадку, якщо деякі комбінації їх значень, кожне з яких лежить всередині області визначення, не можуть бути здійснені. Якщо в ці комбінації входять значення факторів, близькі до кордонів областей їх визначення, то усунення несумісності проводиться просто скороченням областей. Складніше йде справа тоді, коли заборонені значення лежать всередині областей. Тоді області виявляються багатозв'язними. Це викликає труднощі, подолання яких у деяких випадках призводить до розчленування завдання на частини [1, с. 35].
Всі фактори можна розділити на якісні і кількісні. Часто у вигляді якісного чинника використовують різні взаємовиключні реагенти. Слід мати на увазі, що при наявності якісного фактора можлива наступна альтернатива: або в одному експерименті варіювати цей чинник на всіх цікавих рівнях, або ставити незалежні експерименти (з числом факторів на одиницю менше) для кожного рівня цього чинника і потім порівнювати отримані оптимуми. Цей вибір неоднозначний. Бажано ставити одне дослідження, але це може в даному випадку привести до великих труднощів. У кожному конкретному випадку рішенням такого питання повинен займатися фахівець з планування.
Відбір факторів починають після того, як у розпорядженні експериментатора виявиться їхній повний список. При складанні такого списку слід перерахувати всі можливі фактори (що задовольняють загальним вимогам), як би велике не було їхнє число. На жаль, занадто часто експериментатори бояться збільшувати список факторів, щоб не ускладнювати завдання. Це призводить до малоефективним або навіть безглуздим досліджень і є просто наслідком незнання методів відбору факторів.
Таким чином, головною турботою при складанні списку факторів повинна бути його повнота. Краще включити кілька десятків несуттєвих змінних, ніж пропустити одне істотне.
Відбір факторів можна здійснювати експериментально. Але так як навіть невелике скорочення числа чинників призводить до значної економії дослідів, виникає питання про використання апріорної інформації для їх попереднього відсівання [1, с. 37].
4. МЕТОДИ І СПОСОБИ ВИМІРЮВАНЬ, ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ
Важливе місце в експериментальних дослідженнях займають вимірювання. Вимірювання - це знаходження фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів. Суть вимірювання становить порівняння вимірюваної величини з відомою величиною, прийнятої за одиницю (еталон).
Теорією і практикою вимірювання займається метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
Найважливіші значення в метрології відводяться еталонам і зразковим засобам вимірювань. До еталонам відносяться засоби вимірювань (або комплекс засобів вимірювань), що забезпечують відтворення і зберігання одиниці з метою передачі її розміру нижчестоящим засобів вимірювання. Еталони виконані за особливою специфікації. Зразкові засоби вимірювань служать для перевірки по них робітників (технічних) засобів вимірювання, постійно використовуваних безпосередньо в дослідженнях.
Передача розмірів одиниць від еталонів або зразкових засобів вимірювань робочих засобів здійснюється державними та відомчими метрологічними органами, що складають метрологічну службу, їх діяльність забезпечує єдність вимірювань і однаковість засобів вимірювань в країні [4, с. 259].
Методи вимірювань можна підрозділити на прямі і непрямі. При прямих вимірюваннях шукану величину встановлюють безпосередньо з досвіду, при непрямих - функціонально від інших величин, визначених прямими вимірюваннями.
Розрізняють також абсолютні та відносні вимірювання. Абсолютні - це прямі вимірювання в одиницях вимірюваної величини; відносні виміри являють собою відношення вимірюваної величини до однойменної величини, що відіграє роль одиниці або виміру цієї величини по відношенню до однойменної, прийнятої за вихідну.
У дослідженнях застосовуються сукупні і спільні вимірювання. При сукупних вимірюваннях одночасно вимірюються кілька однойменних величин, а шукану величину при цьому знаходять шляхом розв'язання системи рівнянь. При спільних вимірах - одночасно проводять вимірювання неодноіменних величин для знаходження залежності між ними.
Виділяється кілька основних методів вимірювання.
Метод безпосередньої оцінки відповідає визначенню значення величини безпосередньо по відлікового пристрою вимірювального приладу прямої дії (наприклад, вимірювання маси на циферблатних вагах). При використанні методу порівняння з мірою вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою (наприклад, вимірювання маси на важільних вагах з зрівноважуванням гирями). При методі протиставлення здійснюється порівняння з мірою (вимірювана величина і величина, відтворена мірою, одночасно впливають на прилад, за допомогою якого встановлюється співвідношення між цими величинами, як, наприклад, при вимірюванні маси на равноплечних вагах з приміщенням вимірюваної маси та гир на двох протилежних чашках ваг). При диференціальному методі на вимірювальний прилад впливає різниця вимірюваної і відомої величини, виробленої мірою (наприклад, вимірювання, що виконуються при перевірці мір довжини порівнянням зі зразковою мірою на компараторі). При нульовому методі результуючий ефект впливу величини на прилад доводять до нуля (наприклад, вимірювання електричного опору мостом з повним його зрівноважуванням). При методі заміщення вимірювану величину заміщують відомою величиною, що відтворюється мірою (наприклад, зважування з почерговим приміщенням вимірюваної маси та гирі на одну і ту ж чашку ваг). При методі збігів різниця між вимірюваною величиною і величиною відтворюваної мірою вимірюється з використанням збігу відміток шкал або періодичних сигналів [4, с. 262].
Невід'ємною частиною експериментальних досліджень є засоби вимірювань, тобто сукупність технічних засобів, що мають нормовані похибки, які дають необхідну інформацію для експериментатора. До засобів вимірювань відносять заходи, вимірювальні прилади, установки і системи.
Вимірювальні прилади (відлікові пристрою) характеризуються величиною похибки і точності, стабільністю вимірювань і чутливістю. Похибка засобу вимірювання - одна з найважливіших його характеристик. Вона виникає внаслідок недоброякісних матеріалів, комплектуючих виробів, які застосовуються для приготування приладів; поганої якості виготовлення приладів; незадовільною експлуатації та ін Істотний вплив роблять градуювання шкали і періодична перевірка приладів. Крім цих систематичних погрішностей виникають випадкові, зумовлені поєднаннями різних випадкових факторів - помилками відліку, параллаксом, варіацією і т.д. Таким чином необхідно розглядати не які-небудь окремі, а сумарні похибки приладів. Похибки приладів бувають абсолютними і відносними. Сумарні похибки, встановлені при нормальних умовах, називають основними похибками приладу.
Діапазоном вимірювань називають ту частину діапазону показань приладу, для якої встановлені похибки приладу (якщо відомі похибки приладу, то діапазон вимірювань і показань приладу співпадає).
Різниця між максимальним і мінімальним показами приладу називають розмахом. Якщо ця величина непостійна, тобто якщо при зворотному ході є збільшення або зменшення ходу, то цю різницю називають варіацією показань W. Величина W - це найпростіша характеристика похибки приладу. Іншою характеристикою приладу є його чутливість, тобто здатність відлічує пристрої реагувати на зміни вимірюваної величини. Під порогом чутливості приладу розуміють найменше значення вимірюваної величини, що викликає зміна показання приладу, яке можна зафіксувати.
Основною характеристикою приладу є його точність. Вона характеризується сумарною похибкою. Засоби вимірювання поділяються на класи точності. Клас точності - це узагальнена характеристика, що визначається межами основної та додаткових похибок, що впливають на точність.
Стабільність (відтворюваність приладу) - це властивість відлікового пристрою забезпечувати сталість показань однієї і тієї ж величини. З часом в результаті старіння матеріалів стабільність свідчень приладів порушується.
Всі засоби вимірювання проходять періодичну перевірку на точність. Така перевірка передбачає визначення і по можливості зменшення похибок приладів. Перевірка дозволяє встановити відповідність даного приладу регламентованої ступеня точності і визначає можливість застосування для даних вимірювань [4, с. 266].
5. ВИКОРИСТАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ В НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ
Електронно-обчислювальна машина (ЕОМ) є пристроєм, призначеним для виконання обчислювальних і логічних операцій у відповідності з програмою, що управляє її роботою.
ЕОМ поділяються на універсальні і спеціалізовані. Універсальні ЕОМ використовуються для вирішення будь-яких завдань, якщо вони мають алгоритм. Спеціалізовані ЕОМ призначені для задач певного призначення (керуючі, інформаційні та ін.)
Цифрові ЕОМ обробляють вводиться в них інформацію (дані) в дискретної формі у вигляді послідовних операцій (арифметичних і логічних) відповідно до заздалегідь підготовленою програмою. Після введення в пам'ять машини програма управляє роботою ЕОМ з урахуванням отриманої інформації (даних). Програма та дані вводяться в машину за допомогою пристрою введення. Результат вирішення завдань видається користувачеві в тій чи іншій формі за допомогою пристрою виведення. Послідовність операцій, певна програмою, витримується за допомогою пристрою управління. Вибравши чергову команду з пристрою пам'яті ЕОМ, керуючий пристрій готує арифметично-логічний пристрій для виконання відповідної операції, вказує адреси комірок пам'яті, з яких у арифметично-логічний пристрій мають надійти необхідні дані. Результат виконання операції вводиться в пам'ять. Після виконання всієї програми на замовлення користувача результати видаються у вигляді роздруківки (таблиці) або виводяться на екран дисплея. Пристрої пам'яті ЕОМ поділяються на основну (оперативну) або основне запам'ятовуючий пристрій і зовнішній пристрій. У цих пристроях зберігаються програма, вихідні, проміжні та остаточні результати. Основною характеристикою основного запам'ятовуючого пристрою є ємність.
Пристрій управління, арифметично-логічний пристрій і пам'ять складають центральний процесор ЕОМ, що забезпечує керування послідовністю команд програми, виконання арифметичних і логічних операцій, виведення даних і введення результатів у пам'ять.
Обчислювальна машина також містить різноманітні за своїми функціями та принципам роботи периферійні пристрої. Сюди входять пристрої, призначені для зберігання обсягів інформації, пристрої введення в ЕОМ і виведення з неї інформації для реєстрації на носіях у вигляді печатки, перфорації і т.д. або шляхом індикації на екран (пристрої введення-виведення).
Відомі в даний час пристрої введення інформації можна розділити на дві групи: ручні та автоматичні.
У групу пристроїв ручного введення входять пульти управління ЕОМ, електрифіковані друкарські машинки, дисплеї та ін
До групи автоматичних пристроїв входять пристрої для зчитування інформації з паперу й пристрої безпосереднього введення.
До пристроїв введення з проміжного носія інформації відносяться пристрої зчитування інформації з перфокарт, перфострічок і магнітних стрічок. До автоматичних засобів безпосереднього введення інформації відносяться пристрої, що зчитують інформацію зі спеціальних бланків, з друкованого тексту і з графіків. Ведуться інтенсивні розробки пристрою введення інформації з голосу. До автоматичних засобів безпосереднього введення відносяться також пристрої прийому інформації з ліній зв'язку.
Пристрої виведення інформації підрозділяються на пристрої виведення: цифрової інформації на проміжний носій; на різного роду екрани (графобудівники, друкуючі пристрої); на зовнішнє середовище (пристрою видачі даних в лінії зв'язку та ін.)
Створення автоматизованих систем обробки даних, переробка інформації багатьох абонентів часто припускають використання багатомашинних обчислювальних систем. При цьому окремі ЕОМ повинні бути пристосовані до роботи з іншими машинами на відповідних рівнях організації обчислювальної системи.
РЕЗЮМЕ
У роботі детально розглянуті основні поняття планування експерименту: завдання, види, тактика і стратегія експериментів; типи, вибір факторів і вимоги до них, а також методи, засоби і способи вимірів.
Експеримент означає дію, спрямовану на створення умов з метою здійснення того чи іншого явища і по можливості найбільш частого, тобто не ускладнюється іншими явищами. Основною метою експерименту є виявлення властивостей досліджуваних об'єктів, перевірка справедливості гіпотез і на цій основі широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.
Для проведення експерименту будь-якого типу необхідно:
- Розробити гіпотезу, що підлягає перевірці;
- Створити програми експериментальних робіт;
- Визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження;
- Забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт;
- Визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження;
- Забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт;
- Розробити шляхи та прийоми фіксації ходу і результатів експерименту (прилади, установки, моделі тощо);
- Забезпечити експеримент необхідним обслуговуючим персоналом.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Адлер Ю.П. Введення в планування експерименту. - Москва: Металургія, 1968, - 155с.;
2. Адлер Ю.П., Маркова О.В., Грановський Ю.В. Планування експерименту при пошуку оптимальних умов. - М.: Наука, 1976. - 280 с.;
3. Красовський Г.І., Філаретов Г.Ф. Планування експерименту. - Мн.: Видавництво БГУ, 1982. - 302 с.;
4. Основи наукових досліджень: Підручник для технічних вузів / В. І. Крутов, І. М. Грушко, В. В. Попов та ін; Під ред. В. І. Крутова, В. В. Попова. - М.: Вища школа, - 1989. - 400с.: Іл.;
5. Планування експерименту в техніці / В. І. Барабащук, Б. П. Креденцера, В. І. Мірошниченко; Під ред. Б. П. Креденцера. - К.: Техніка, 1984. - 200с., Іл.
Важливим розділом методики є вибір методів обробки і аналізу експериментальних даних. Обробка даних зводиться до систематизації всіх цифр, класифікації, аналізу. Результати експериментів повинні бути зведені в легким для читання форми запису - таблиці, графіки, формули, номограми, що дозволяють швидко і доброякісно зіставляти отримане і проаналізувати результати. Всі змінні повинні бути оцінені в єдиній системі одиниць фізичних величин.
Результати експериментів повинні відповідати трьом статистичним вимогам:
1) вимога ефективності оцінок, тобто мінімальність дисперсії відхилення щодо невідомого параметра;
2) вимога спроможності оцінок, тобто при збільшенні числа спостережень оцінка параметра повинна прагнути до його дійсного значення;
3) вимога незміщеності оцінок - відсутність систематичних помилок у процесі обчислення параметрів.
Найважливішою проблемою при проведенні та обробці експерименту є сумісність цих трьох вимог.
При розробці плану-програми експерименту завжди необхідно прагнути до його спрощення, наочності без втрати точності та достовірності. Це досягається попереднім аналізом та співставленням результатів вимірювань одного і того ж параметра різними технічними засобами, а також методів обробки отриманих результатів. В умовах інтенсифікації проведення наукових досліджень найважливіше місце у процесі підготовки експерименту повинно відводитися його автоматизації (АСНИ) з введенням експериментальних даних безпосередньо з ЕОМ, з розрахунком результуючих показників, з автоматичним управлінням ходу експерименту (послідовності і повторюваності вимірів, визначення середніх значень, побудова і т . д.) [4, с. 257].
3. ОСНОВИ ПЛАНУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТІВ, ВИБІР ФАКТОРІВ
Для докладного вивчення об'єкта дослідження необхідна його докладна модель. Підходящою моделлю є «чорний ящик», введений в кібернетиці з метою вивчення складності. Його побудова базується на принципі: оптимальне управління можливе при неповній інформації. Ясна формулювання цього факту є найважливішим досягненням кібернетики.
Малюнок 1. - Схема чорного ящика: x 1, x 2 ..., x n - Входи; y 1, y 2 ..., y m - виходи.
Схема чорного ящика наведена на рис. 1. Об'єкту дослідження відповідає прямокутник. Виходи, що позначаються стрілками, що виходять з об'єкту, відповідають параметрам оптимізації. Стрілки, що входять в об'єкт, - входи - відповідають можливим способам впливу на об'єкт. У термінології планування експерименту входи називаються факторами [1, с. 29].
Фактором називається вимірна змінна величина, що приймає в деякий момент деяке певне значення і відповідна одного з можливих способів впливу на об'єкт дослідження.
Число можливих впливів на об'єкт принципово необмежена. Щоб полегшити вибір, зручно розбити їх на дві групи. До першої групи належать впливу (фактори), що визначають сам об'єкт, а до другої - фактори, що визначають його стан.
Кожен фактор має область визначення. У плануванні експерименту розглядаються тільки дискретні області визначення факторів. Крім того, ці області завжди обмежені. Обмеження можуть бути принциповими і технічними. Прикладом принципового обмеження може служити абсолютний нуль температури в звичайних термодинамічних системах. Якщо в ході оптимізації фактор набув значення, близьке до принципового обмеження, то можливості об'єкта вичерпані. Прикладом технічного обмеження може служити температура плавлення матеріалу апарату. При нагріванні до цієї температури апарат просто розплавиться. Якщо в ході оптимізації значення фактора наблизилося до технічної кордоні, а бажане значення параметра оптимізації ще не досягнуто, то може бути поставлено нове завдання: створити, наприклад, більш тугоплавкий матеріал для апарату. Рішення цієї нової задачі дозволить продовжити оптимізацію.
Слід вказати на дві вимоги, які пред'являються до сукупності факторів. Це - вимоги відсутності кореляції між будь-якими двома факторами і сумісності факторів. Відсутність корельованості чинників означає можливість встановлення будь-якого чинника на будь-який рівень, незалежно від рівнів інших факторів. Якщо ці умови не виконуються, то не можна планувати експеримент. Крім того, немає ніякої необхідності включати в експеримент корельовані фактори, так як один з них не містить ніякої інформації. Вимога некорельованість не означає, що між факторами немає ніякого зв'язку. Достатньо, щоб цей зв'язок не була лінійною. Ця вимога може накладати обмеження на області визначення факторів.
Інші обмеження на область накладаються вимогою сумісності факторів. Несумісність факторів виникає в тому випадку, якщо деякі комбінації їх значень, кожне з яких лежить всередині області визначення, не можуть бути здійснені. Якщо в ці комбінації входять значення факторів, близькі до кордонів областей їх визначення, то усунення несумісності проводиться просто скороченням областей. Складніше йде справа тоді, коли заборонені значення лежать всередині областей. Тоді області виявляються багатозв'язними. Це викликає труднощі, подолання яких у деяких випадках призводить до розчленування завдання на частини [1, с. 35].
Всі фактори можна розділити на якісні і кількісні. Часто у вигляді якісного чинника використовують різні взаємовиключні реагенти. Слід мати на увазі, що при наявності якісного фактора можлива наступна альтернатива: або в одному експерименті варіювати цей чинник на всіх цікавих рівнях, або ставити незалежні експерименти (з числом факторів на одиницю менше) для кожного рівня цього чинника і потім порівнювати отримані оптимуми. Цей вибір неоднозначний. Бажано ставити одне дослідження, але це може в даному випадку привести до великих труднощів. У кожному конкретному випадку рішенням такого питання повинен займатися фахівець з планування.
Відбір факторів починають після того, як у розпорядженні експериментатора виявиться їхній повний список. При складанні такого списку слід перерахувати всі можливі фактори (що задовольняють загальним вимогам), як би велике не було їхнє число. На жаль, занадто часто експериментатори бояться збільшувати список факторів, щоб не ускладнювати завдання. Це призводить до малоефективним або навіть безглуздим досліджень і є просто наслідком незнання методів відбору факторів.
Таким чином, головною турботою при складанні списку факторів повинна бути його повнота. Краще включити кілька десятків несуттєвих змінних, ніж пропустити одне істотне.
Відбір факторів можна здійснювати експериментально. Але так як навіть невелике скорочення числа чинників призводить до значної економії дослідів, виникає питання про використання апріорної інформації для їх попереднього відсівання [1, с. 37].
4. МЕТОДИ І СПОСОБИ ВИМІРЮВАНЬ, ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ
Важливе місце в експериментальних дослідженнях займають вимірювання. Вимірювання - це знаходження фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів. Суть вимірювання становить порівняння вимірюваної величини з відомою величиною, прийнятої за одиницю (еталон).
Теорією і практикою вимірювання займається метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
Найважливіші значення в метрології відводяться еталонам і зразковим засобам вимірювань. До еталонам відносяться засоби вимірювань (або комплекс засобів вимірювань), що забезпечують відтворення і зберігання одиниці з метою передачі її розміру нижчестоящим засобів вимірювання. Еталони виконані за особливою специфікації. Зразкові засоби вимірювань служать для перевірки по них робітників (технічних) засобів вимірювання, постійно використовуваних безпосередньо в дослідженнях.
Передача розмірів одиниць від еталонів або зразкових засобів вимірювань робочих засобів здійснюється державними та відомчими метрологічними органами, що складають метрологічну службу, їх діяльність забезпечує єдність вимірювань і однаковість засобів вимірювань в країні [4, с. 259].
Методи вимірювань можна підрозділити на прямі і непрямі. При прямих вимірюваннях шукану величину встановлюють безпосередньо з досвіду, при непрямих - функціонально від інших величин, визначених прямими вимірюваннями.
Розрізняють також абсолютні та відносні вимірювання. Абсолютні - це прямі вимірювання в одиницях вимірюваної величини; відносні виміри являють собою відношення вимірюваної величини до однойменної величини, що відіграє роль одиниці або виміру цієї величини по відношенню до однойменної, прийнятої за вихідну.
У дослідженнях застосовуються сукупні і спільні вимірювання. При сукупних вимірюваннях одночасно вимірюються кілька однойменних величин, а шукану величину при цьому знаходять шляхом розв'язання системи рівнянь. При спільних вимірах - одночасно проводять вимірювання неодноіменних величин для знаходження залежності між ними.
Виділяється кілька основних методів вимірювання.
Метод безпосередньої оцінки відповідає визначенню значення величини безпосередньо по відлікового пристрою вимірювального приладу прямої дії (наприклад, вимірювання маси на циферблатних вагах). При використанні методу порівняння з мірою вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою (наприклад, вимірювання маси на важільних вагах з зрівноважуванням гирями). При методі протиставлення здійснюється порівняння з мірою (вимірювана величина і величина, відтворена мірою, одночасно впливають на прилад, за допомогою якого встановлюється співвідношення між цими величинами, як, наприклад, при вимірюванні маси на равноплечних вагах з приміщенням вимірюваної маси та гир на двох протилежних чашках ваг). При диференціальному методі на вимірювальний прилад впливає різниця вимірюваної і відомої величини, виробленої мірою (наприклад, вимірювання, що виконуються при перевірці мір довжини порівнянням зі зразковою мірою на компараторі). При нульовому методі результуючий ефект впливу величини на прилад доводять до нуля (наприклад, вимірювання електричного опору мостом з повним його зрівноважуванням). При методі заміщення вимірювану величину заміщують відомою величиною, що відтворюється мірою (наприклад, зважування з почерговим приміщенням вимірюваної маси та гирі на одну і ту ж чашку ваг). При методі збігів різниця між вимірюваною величиною і величиною відтворюваної мірою вимірюється з використанням збігу відміток шкал або періодичних сигналів [4, с. 262].
Невід'ємною частиною експериментальних досліджень є засоби вимірювань, тобто сукупність технічних засобів, що мають нормовані похибки, які дають необхідну інформацію для експериментатора. До засобів вимірювань відносять заходи, вимірювальні прилади, установки і системи.
Вимірювальні прилади (відлікові пристрою) характеризуються величиною похибки і точності, стабільністю вимірювань і чутливістю. Похибка засобу вимірювання - одна з найважливіших його характеристик. Вона виникає внаслідок недоброякісних матеріалів, комплектуючих виробів, які застосовуються для приготування приладів; поганої якості виготовлення приладів; незадовільною експлуатації та ін Істотний вплив роблять градуювання шкали і періодична перевірка приладів. Крім цих систематичних погрішностей виникають випадкові, зумовлені поєднаннями різних випадкових факторів - помилками відліку, параллаксом, варіацією і т.д. Таким чином необхідно розглядати не які-небудь окремі, а сумарні похибки приладів. Похибки приладів бувають абсолютними і відносними. Сумарні похибки, встановлені при нормальних умовах, називають основними похибками приладу.
Діапазоном вимірювань називають ту частину діапазону показань приладу, для якої встановлені похибки приладу (якщо відомі похибки приладу, то діапазон вимірювань і показань приладу співпадає).
Різниця між максимальним і мінімальним показами приладу називають розмахом. Якщо ця величина непостійна, тобто якщо при зворотному ході є збільшення або зменшення ходу, то цю різницю називають варіацією показань W. Величина W - це найпростіша характеристика похибки приладу. Іншою характеристикою приладу є його чутливість, тобто здатність відлічує пристрої реагувати на зміни вимірюваної величини. Під порогом чутливості приладу розуміють найменше значення вимірюваної величини, що викликає зміна показання приладу, яке можна зафіксувати.
Основною характеристикою приладу є його точність. Вона характеризується сумарною похибкою. Засоби вимірювання поділяються на класи точності. Клас точності - це узагальнена характеристика, що визначається межами основної та додаткових похибок, що впливають на точність.
Стабільність (відтворюваність приладу) - це властивість відлікового пристрою забезпечувати сталість показань однієї і тієї ж величини. З часом в результаті старіння матеріалів стабільність свідчень приладів порушується.
Всі засоби вимірювання проходять періодичну перевірку на точність. Така перевірка передбачає визначення і по можливості зменшення похибок приладів. Перевірка дозволяє встановити відповідність даного приладу регламентованої ступеня точності і визначає можливість застосування для даних вимірювань [4, с. 266].
5. ВИКОРИСТАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ В НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ
Електронно-обчислювальна машина (ЕОМ) є пристроєм, призначеним для виконання обчислювальних і логічних операцій у відповідності з програмою, що управляє її роботою.
ЕОМ поділяються на універсальні і спеціалізовані. Універсальні ЕОМ використовуються для вирішення будь-яких завдань, якщо вони мають алгоритм. Спеціалізовані ЕОМ призначені для задач певного призначення (керуючі, інформаційні та ін.)
Цифрові ЕОМ обробляють вводиться в них інформацію (дані) в дискретної формі у вигляді послідовних операцій (арифметичних і логічних) відповідно до заздалегідь підготовленою програмою. Після введення в пам'ять машини програма управляє роботою ЕОМ з урахуванням отриманої інформації (даних). Програма та дані вводяться в машину за допомогою пристрою введення. Результат вирішення завдань видається користувачеві в тій чи іншій формі за допомогою пристрою виведення. Послідовність операцій, певна програмою, витримується за допомогою пристрою управління. Вибравши чергову команду з пристрою пам'яті ЕОМ, керуючий пристрій готує арифметично-логічний пристрій для виконання відповідної операції, вказує адреси комірок пам'яті, з яких у арифметично-логічний пристрій мають надійти необхідні дані. Результат виконання операції вводиться в пам'ять. Після виконання всієї програми на замовлення користувача результати видаються у вигляді роздруківки (таблиці) або виводяться на екран дисплея. Пристрої пам'яті ЕОМ поділяються на основну (оперативну) або основне запам'ятовуючий пристрій і зовнішній пристрій. У цих пристроях зберігаються програма, вихідні, проміжні та остаточні результати. Основною характеристикою основного запам'ятовуючого пристрою є ємність.
Пристрій управління, арифметично-логічний пристрій і пам'ять складають центральний процесор ЕОМ, що забезпечує керування послідовністю команд програми, виконання арифметичних і логічних операцій, виведення даних і введення результатів у пам'ять.
Обчислювальна машина також містить різноманітні за своїми функціями та принципам роботи периферійні пристрої. Сюди входять пристрої, призначені для зберігання обсягів інформації, пристрої введення в ЕОМ і виведення з неї інформації для реєстрації на носіях у вигляді печатки, перфорації і т.д. або шляхом індикації на екран (пристрої введення-виведення).
Відомі в даний час пристрої введення інформації можна розділити на дві групи: ручні та автоматичні.
У групу пристроїв ручного введення входять пульти управління ЕОМ, електрифіковані друкарські машинки, дисплеї та ін
До групи автоматичних пристроїв входять пристрої для зчитування інформації з паперу й пристрої безпосереднього введення.
До пристроїв введення з проміжного носія інформації відносяться пристрої зчитування інформації з перфокарт, перфострічок і магнітних стрічок. До автоматичних засобів безпосереднього введення інформації відносяться пристрої, що зчитують інформацію зі спеціальних бланків, з друкованого тексту і з графіків. Ведуться інтенсивні розробки пристрою введення інформації з голосу. До автоматичних засобів безпосереднього введення відносяться також пристрої прийому інформації з ліній зв'язку.
Пристрої виведення інформації підрозділяються на пристрої виведення: цифрової інформації на проміжний носій; на різного роду екрани (графобудівники, друкуючі пристрої); на зовнішнє середовище (пристрою видачі даних в лінії зв'язку та ін.)
Створення автоматизованих систем обробки даних, переробка інформації багатьох абонентів часто припускають використання багатомашинних обчислювальних систем. При цьому окремі ЕОМ повинні бути пристосовані до роботи з іншими машинами на відповідних рівнях організації обчислювальної системи.
РЕЗЮМЕ
У роботі детально розглянуті основні поняття планування експерименту: завдання, види, тактика і стратегія експериментів; типи, вибір факторів і вимоги до них, а також методи, засоби і способи вимірів.
Експеримент означає дію, спрямовану на створення умов з метою здійснення того чи іншого явища і по можливості найбільш частого, тобто не ускладнюється іншими явищами. Основною метою експерименту є виявлення властивостей досліджуваних об'єктів, перевірка справедливості гіпотез і на цій основі широке і глибоке вивчення теми наукового дослідження.
Для проведення експерименту будь-якого типу необхідно:
- Розробити гіпотезу, що підлягає перевірці;
- Створити програми експериментальних робіт;
- Визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження;
- Забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт;
- Визначити способи і прийоми втручання в об'єкт дослідження;
- Забезпечити умови для здійснення процедури експериментальних робіт;
- Розробити шляхи та прийоми фіксації ходу і результатів експерименту (прилади, установки, моделі тощо);
- Забезпечити експеримент необхідним обслуговуючим персоналом.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Адлер Ю.П. Введення в планування експерименту. - Москва: Металургія, 1968, - 155с.;
2. Адлер Ю.П., Маркова О.В., Грановський Ю.В. Планування експерименту при пошуку оптимальних умов. - М.: Наука, 1976. - 280 с.;
3. Красовський Г.І., Філаретов Г.Ф. Планування експерименту. - Мн.: Видавництво БГУ, 1982. - 302 с.;
4. Основи наукових досліджень: Підручник для технічних вузів / В. І. Крутов, І. М. Грушко, В. В. Попов та ін; Під ред. В. І. Крутова, В. В. Попова. - М.: Вища школа, - 1989. - 400с.: Іл.;
5. Планування експерименту в техніці / В. І. Барабащук, Б. П. Креденцера, В. І. Мірошниченко; Під ред. Б. П. Креденцера. - К.: Техніка, 1984. - 200с., Іл.