Полная версия

Главная arrow Товароведение arrow Планирование и организация эксперимента в легкой промышленности

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ПОСТАНОВКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Наука — сфера исследовательской деятельности, направленная на получение новых знаний о природе, обществе и мышлении. В настоящее время развитие науки связано с разделением и кооперацией научного труда, созданием профильных, отраслевых научных учреждений, а также специального экспериментального и лабораторного оборудования.

Широкое применение экспериментальных методов привело к созданию теории эксперимента, которая позволяет более эффективно организовать исследовательскую работу и получить ответы на следующие вопросы:

  • 1) как организовать эксперимент, чтобы наилучшим образом решить поставленную задачу (в смысле затрат времени и средств или точности результатов);
  • 2) как обрабатывать результаты эксперимента, чтобы получить максимальное количество информации об исследуемом объекте (явлении);
  • 3) какие обоснованные выводы можно сделать об исследуемом объекте по результатам эксперимента.

Объект исследования есть носитель некоторых неизвестных, подлежащих изучению.

Планирование эксперимента — это процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью.

Принципы, положенные в основу теории планирования эксперимента, направлены на повышение эффективности экспериментирования, т.е.:

  • • стремление к минимизации общего числа опытов;
  • • одновременное варьирование всеми переменными, определяющими процесс, по специальным правилам — алгоритмам;
  • • использование математического аппарата, формализующего многие действия экспериментатора;
  • • выбор четкой стратегии, позволяющей принимать обоснованное решение после каждой серии экспериментов.

Задачи, для решения которых может использоваться планирование эксперимента:

  • • поиск оптимальных условий;
  • • построение интерполяционных формул;
  • • выбор существенных факторов;
  • • оценка и уточнение констант теоретических моделей;
  • • выбор наиболее приемлемых из некоторого множества гипотез о механизме явлений;
  • • исследование диаграмм свойство — фактор.

Постановка и организация эксперимента определяются его назначением. Эксперименты, которые проводятся в различных отраслях науки, являются: материаловедческими, химическими, биологическими, физическими, психологическими, социальными и т.д. Эксперименты различаются по 10 признакам:

  • 1) способу формирования условий: естественные; искусственные;
  • 2) целям исследования: преобразующие; констатирующие; контролирующие; поисковые; решающие;
  • 3) организации проведения: лабораторные; натурные; полевые; производственные и т.д.;
  • 4) структуре изучаемых объектов и явлений: простые; сложные;
  • 5) характеру внешних воздействий на объект исследования: вещественные; энергетические; информационные;
  • 6) характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования: обычные; модельные;
  • 7) типу моделей, исследуемых в эксперименте: материальные; мысленные;
  • 8) контролируемым величинам: пассивные; активные;
  • 9) числу варьируемых факторов: однофакторные; многофакторные;
  • 10) характеру изучаемых объектов или явлений: технологические; социометрические.

Для проведения эксперимента любого типа необходимо:

  • 1) разработать гипотезу, подлежащую проверке;
  • 2) создать программу экспериментальных работ;
  • 3) определить способы и приемы воздействия на объект исследования;
  • 4) создать условия для осуществления эксперимента;
  • 5) обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом;
  • 6) разработать способ фиксирования хода и результатов эксперимента.

Особое значение для организации проведения эксперимента имеет правильно разработанная методика эксперимента.

Методика эксперимента — это совокупность мыслительных и физических операций, выстроенных в определенной последовательности. При разработке методик проведения эксперимента необходимо предусматривать:

  • • проведение предварительного наблюдения за изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных и выбора варьирующих факторов;
  • • создание условий, в которых возможно экспериментирование;
  • • подбор объектов воздействия и устранение влияния случайных факторов;
  • • определение пределов измерений;
  • • организацию систематического наблюдения за ходом развития изучаемого явления;
  • • регистрацию измерений эксперимента, оценку и описание фактов различными средствами и способами;
  • • создание повторяющихся и усложненных ситуаций воздействия факторов на объект с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных;
  • • переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.

Перед разработкой методики составляется план эксперимента, который включает:

  • • цель и задачи эксперимента;
  • • выбор варьирующих факторов;
  • • обоснование объема эксперимента, числа опытов;
  • • порядок реализации опытов, определение последовательности изменения факторов;
  • • выбор шага изменения факторов, т.е. задание интервалов между будущими экспериментальными точками;
  • • обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.

Таким образом, применение теории эксперимента позволяет уже при планировании определенным образом оптимизировать объем экспериментальных исследований и повысить их точность.

Важным этапом подготовки эксперимента и разработки методики является выбор варьируемых факторов, т.е. необходимо установить основные и второстепенные факторы.

Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности организации эксперимента, поскольку эксперимент и сводится к нахождению зависимостей между этими факторами. Если не удается сразу выявить роль основных и второстепенных факторов, то необходимо выполнить небольшой по объему предварительный поисковый эксперимент.

В методике эксперимента следует также обосновать набор средств измерений, приборов и другого оборудования. В связи с этим экспериментатор должен быть хорошо знаком с выпускаемой в стране измерительной и экспериментальной аппаратурой. В отдельных случаях возникает потребность в создании уникальных приборов, установок, стендов, машин для разработки темы. При этом разработка и конструирование приборов и других средств должны быть тщательно обоснованы.

В методике эксперимента подробно разрабатывается процесс проведения исследования, составляется последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений, детально описывается каждая операция в отдельности, обосновываются методы контроля качества операций, обеспечивающих высокую надежность и заданную точность измерений. Разрабатываются формы журналов для записи результатов наблюдений и измерений.

Важным разделом методики эксперимента является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации цифр, классификации, анализу.

Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи — формулы, таблицы, графики, номограммы, позволяющие анализировать результаты. Все переменные должны быть оценены в единой системе единиц физических величин.

Важнейшее место в процессе подготовки эксперимента должно отводиться его автоматизации с применением ЭВМ: ввод экспериментальных данных непосредственно в ЭВМ, расчет показателей характеристик с помощью программных вычислительных средств, а также автоматическое управление ходом эксперимента.

Необходимо помнить, что не существует единого метода планирования эксперимента, а есть некоторая методологическая концепция, определяющая порядок постановки эксперимента. Применение того или иного метода обусловлено задачами эксперимента и теми возможностями, которые есть в распоряжении исследователя.

Все разнообразие типовых задач многофакторного эксперимента (МФЭ) можно условно разделить на шесть групп:

  • 1. Задачи сравнительного эксперимента, решаемые с помощью планов и алгоритмов дисперсионного анализа, путем сравнения двух и более вариантов с максимальной точностью.
  • 2. Задачи элиминирующего (исключающего) эксперимента, решаемые с помощью комбинированных планов (латинских и частотных конфигураций), путем проведения сравнения указанных вариантов или построения многофакторной модели с одновременным исключением влияния «мешающих» факторов, снижающих точность многофакторной модели и результатов эксперимента.
  • 3. Задачи отсеивающего эксперимента — выделение наиболее значимых существенных факторов среди множества потенциально влияющих факторов на выходной показатель (методы случайного баланса, насыщенных планов, метод последовательного отсеивания).
  • 4. Задачи экстремального эксперимента — поиск оптимальных условий, обеспечивающих наилучшие экстремальные значения выходных показателей у (.методы градиентный и симплексный).
  • 5. Изучение чувствительности объектов и построение адекватных статистических моделей в интересующей области осуществляют с помощью реальных и имитационных экспериментов.
  • 6. Специальные задачи МФЭ — это робастное проектирование; многофакторные испытания систем и материалов с учетом порядковых эффектов и эффектов дрейфа.

Результаты экспериментов должны отвечать трем статистическим требованиям:

  • 1) эффективности оценок, т.е. минимальности дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра;
  • 2) состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению;
  • 3) несмещенности оценок — отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления параметров.

Контрольные вопросы

  • 1. Что такое научный и промышленный эксперимент? В чем их особенности и каковы области применения?
  • 2. Какие задачи и виды экспериментов вы знаете?
  • 3. Каковы общие черты и признаки эксперимента?
  • 4. В чем заключается организация эксперимента?
  • 5. Чем отличаются методика от плана эксперимента?
  • 6. Активный и пассивный эксперимент. Какая разница между активным и пассивным экспериментом?
  • 7. Какие задачи решают сравнительный, элиминирующий, отсеивающий, экстремальный, имитационный эксперименты?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>