Теория — это форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности.
В различных экспериментах и исследованиях основой является мышление. У человека мышление абстрактное, поэтому он получает новые знания не непосредственно, а опосредованно, то есть через другие знания. Интересно, как же человек получает опыт? Если не обращаться к опыту а просто иметь знания, то в практике этот процесс называют получением вывода. Выводы осуществляются в процессе рассуждений, подчиняющимся законам мышления.
Эксперимент — это научно поставленный опыт для целенаправленного изучения интересующего явления в точно рассчитанных условиях, когда можно проследить ход изменения явления, влиять на него с помощью комплекса устройств и при необходимости повторять его многократно.
По структуре эксперименты делят на:
– Натурные — в данном эксперименте исследователь имеет дело непосредственно с изучаем объектом исследования или явлением;
– Модельные — здесь объект исследования заменяется его моделью, то есть некоторым подобием оригинала, сохраняющим его особенности, существенные для данного исследования. Модель при этом выполняет в эксперименте двойную роль. Во-первых, модель является объектом экспериментального исследования, а во-вторых, является средством экспериментального исследования по отношению к изучаемому объекту.
А также есть такая разновидность модельного эксперимента как имитационное моделирование, при котором соответствующие характеристики изучаемого объекта исследуются с помощью разработанных программ моделирования и алгоритмов. Эксперимент данного вида отличается своей универсальностью и большой областью применения.
По стадиям научных исследований эксперименты разделяют на:
– Лабораторные — предназначены для изучения общих закономерностей различных процессов и явлений, а также для проверки научных гипотез и теорий.
– Стендовые — исследования проводятся в случае изучить конкретный процесс, который протекает в исследуемом объекте с определенными физическими, химическими и другими свойствами. По результатам этих исследований судят о различных недоработках при создании нового объекта, а также составляют рекомендации относительно выпуска изделий и условий его эксплуатации.
– Промышленный — эксперимент проходит при создании нового изделия или процесса по данным лабораторных и стендовых испытаний, при проведении контрольно-выборочных испытаний качества выпускаемой продукции.
Инженерный эксперимент — совокупность опытов, объединенных единой системой ограничений и единой целью как в пространстве, так и во времени.
Рассмотрим классификацию инженерного эксперимента:
1) качественный — этот эксперимент ставит цель установить есть или нет у объекта определенных свойств или характеристик;
2) измерительный — имеет целью, установить обнаружение количественных характеристик исследуемого объекта или явления;
3) пассивный — является традиционным методом, он предполагает изучение, когда происходит большая серия опытов с поочередным изменением влияющих факторов;
4) активный — предполагает изучение явлений во всем диапазоне факторов лишь в актуальных точках (минимум, середина, максимум), также проводится по заранее составленному плану эксперимента, но при этом предусматривается одновременное изменение всех параметров, которые влияют на процесс.
Каждый эксперимент может быть разбит на четыре основных этапа:
1) подготовка к эксперименту, поставка задач (его целей);
2) его планирование;
3) подготовка и проведение опытов;
4) обработать полученные результаты эксперимента, проанализировать и сделать выводы и рекомендации.
Планирование эксперимента — это целая процедура выбора числа и последовательности постановки опытов, необходимых и достаточных для достижения цели эксперимента с требуемой точностью.
Существует еще такое понятие как теория планирования эксперимента она позволяет при минимальном числе опытов получить математическую модель процесса и определить оптимальные пути его развития.
Основой теории планирования составляют математическая статистика и теория вероятностей, так как результаты эксперимента в основном являются случайными величинами или процессами. Причиной этому может быть неконтролируемые условия проведения эксперимента, ошибки наблюдений, измерений и так далее.
Цель эксперимента должна содержать не только перечень ожидаемых результатов, но и требования к их точности, а также более широко и глубоко изучить темы научного исследования.
Эксперименты также различают на естественные и искусственные.
При естественном эксперименте исследователь наблюдает за происходящим и ждет пока в нем самостоятельно возникнет такая ситуация, в которой она будет играть роль независимой переменной, так как он заранее не выбирает и не готовит эту переменную. Такие эксперименты происходят при изучении социальных явлений в обстановке, например, производства, быта, а также и в других. Есть и недостаток у такого вида эксперимента, что редко может возникнуть данная ситуация и то что нет предварительного наблюдения за развитием этого естественного процесса.
Во многих естественнонаучных исследованиях широко используются эксперименты искусственные. Данный вид эксперимента изучает явления, которые изолированы в нужном степени так, чтобы можно было оценить их в качественных и количественных отношениях.
Организацию эксперимента можно разделить на: обычную, специальную, уникальную и смешанную.
Обычные эксперименты — они проводятся в лабораториях по доступным методикам, где применяется сравнительно простое экспериментальное оборудование, и они связаны с всегда однообразными измерениями и вычислениями.
Специальные — это эксперименты, которые создают и исследуют различные приборы и аппараты, например, средства автоматики, элементы, узлы контрольно-измерительных систем.
Эксперименты, проводящие на сложном экспериментальном оборудовании, которые характеризуются большими объемами данных по эксперименту, высокой скоростью протекания данного процесса и широким диапазоном изменения характеристик называются уникальными. Под сложным оборудованием можно понимать такое оборудование как: типы ядерного реактора, новые виды судов, самолетов и так далее.
В смешанные эксперименты входят различные виды разнотипных экспериментов и объединены единой программой исследования и связанны друг с другом результатами исследований.
В инженерную теорию эксперимента входят 3 главных направления:
1) Направление — подобия и моделирования, здесь это направление отвечает на такие вопросы как: «Какие нужно измерять величины, когда проводится эксперимент?»
«А в каком виде обработать результаты, так чтобы выводы оказались справедливыми не для данного частного случая, но и для группы объектов или явлений?».
2) Направление — это планирование эксперимента математической тоски зрения. Данное направление объединяет все процедуры, которые нужны для построения искомых зависимостей с минимальными затратами.
3) И направление — где происходит статистическая обработка данных эксперимента. Данные, которые мы получили, имеющие погрешности из них можно получить достоверные результаты.
Из перечисленных выше каждое направление является отдельной достаточно значимой, развивающейся областью знаний с фундаментальными исследованиями.
Литература:
- Шенк Х. Теория инженерного эксперимента. — М.: Мир,1972. — 382с.
- Сунцов Н. И. Применение теории равномерности и теории подобия в научных исследованиях. Л.: ЛКИ,1989. — 125с.
- Бояршинова А. К., Фишер А. С. Теория инженерного эксперимента. — Челябинск: ЮУрГУ, 2006. — 85с.
- Карпушкин С. В., Глебов А. О. Теория инженерного эксперимента. — Тамбов, 2017. — 81с.
