μηχανολογικό πείραμα

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ

UralENIN.228.68.2012

Το πρόγραμμα της ενότητας εγκρίθηκε στη συνεδρίαση των τμημάτων:

5.1.1 Κύρια βιβλιογραφία

Βασικές αρχές της θεωρίας του μηχανικού πειράματος. Εγχειρίδιο για τα πανεπιστήμια. Μ.: Εκδ. MAI. 2007. Στοιχειώδης επεξεργασία πειραματικών αποτελεσμάτων. Το εγχειρίδιο για τα λύκεια. Μ.: Λαν. 2008. , Μαθηματικές μέθοδοι προγραμματισμού πειραμάτων. Μ.: DeLi. 2008.

5.1.2 Περαιτέρω ανάγνωση

στατιστικές και προγραμματισμός πειραμάτων στην τεχνολογία και την επιστήμη. Μέθοδοι επεξεργασίας δεδομένων. Μ.: Μιρ. 1988. Μεταφορά θερμότητας και μάζας. Θερμοτεχνικό πείραμα: Εγχειρίδιο / et al. M.: Energoizdat. 1992.

5.2 Λογισμικό

5.3 Βάσεις δεδομένων, συστήματα αναφοράς και αναζήτησης

Πύλη πληροφοριών και εκπαιδευτικών πόρων http://study. ustu. ru.

Ζωνική επιστημονική βιβλιοθήκη http://library. ustu. en

7.4 Κατάλογος λέξεων-κλειδιών πειθαρχίας

αριθμός τμήματος	Ενότητα Αρ.	Όνομα ενότητας	Λέξεις-κλειδιά ενότητας
	Γενικά χαρακτηριστικά του πειράματος μηχανικής.	Πείραμα μηχανικής, στόχοι και στόχοι του πειράματος. Η δομή του πειράματος. Μοντέλο πείραμα.
	Σχεδιασμός πειράματος.	Τύποι προγραμματισμού. ορθογώνια σχέδια. Πλήρως παραγοντικά, κλασματικά-παραγοντικά σχέδια. Προβλήματα βελτιστοποίησης.
	Μαθηματικά μοντέλα και μέθοδοι σε πειράματα μηχανικής	μαθηματικά μοντέλα. Η κατασκευή ενός μοντέλου, η δομή ενός μαθηματικού μοντέλου. Μέθοδος αξιολογήσεων εμπειρογνωμόνων. Αναλυτικές και αριθμητικές μέθοδοι.
	Μηχανικό πείραμα και επεξεργασία των αποτελεσμάτων του.	Μετρήσεις. Αριθμός μετρήσεων. Επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Νόμοι κατανομής σφαλμάτων πειραματικών δεδομένων.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ Σκοπός της μελέτης του κλάδου είναι η γνωριμία με υπάρχουσες μεθόδους, προσεγγίσεις για την επίλυση προβλημάτων μηχανικής, με μεθόδους σχεδιασμού, τη διαδικασία διεξαγωγής, επεξεργασίας και ανάλυσης των αποτελεσμάτων ενός πειράματος μηχανικής.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ Μια εργασία μηχανικής είναι μια εργασία μετατροπής ή μετάβασης ενός αντικειμένου από την αρχική του κατάσταση στην απαιτούμενη τελική κατάσταση παρουσία αντικειμενικών περιορισμών: τεχνικοί, τεχνολογικοί, ενέργεια, πληροφορίες, υλικοί πόροι κ.λπ. Μια εργασία μηχανικής μπορεί μόνο να εξεταστεί όταν υπάρχουν πολλοί εναλλακτικοί τρόποι επίλυσής του και ο μηχανικός πρέπει να επιλέξει από αυτούς τους τρόπους τον πιο προτιμότερο που ικανοποιεί τις διατυπωμένες προϋποθέσεις και περιορισμούς.

Το πείραμα ως αντικείμενο έρευνας Η έρευνα μηχανικής χαρακτηρίζεται από ένα συνδυασμό πειραματικών και αναλυτικών μεθόδων για τη μελέτη φαινομένων και διαδικασιών. Το πείραμα είναι μια γνωστική μέθοδος, με τη βοήθεια της οποίας, υπό ελεγχόμενες και ελεγχόμενες συνθήκες, διερευνάται το φαινόμενο της πραγματικότητας. Ένα πείραμα μηχανικής (IE) νοείται ως ένα σύνολο πειραμάτων που ενώνονται με έναν ενιαίο στόχο και ένα ενιαίο σύστημα περιορισμών στο χώρο και στο χρόνο.

Το πείραμα ως αντικείμενο έρευνας Λάβετε υπόψη την ακόλουθη ταξινόμηση του IE: ποιοτική - πραγματοποιείται προκειμένου να διαπιστωθεί η παρουσία ή η απουσία ορισμένων ιδιοτήτων ή χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου. μέτρηση - πραγματοποιείται για τον προσδιορισμό των ποσοτικών χαρακτηριστικών του υπό μελέτη αντικειμένου. παθητική - είναι η παραδοσιακή μέθοδος, όταν δημιουργείται μια μεγάλη σειρά πειραμάτων με εναλλακτικές παραλλαγές παραγόντων που επηρεάζουν. ενεργό - ρυθμίζεται σύμφωνα με ένα προσχεδιασμένο πείραμα, ενώ προβλέπει την ταυτόχρονη αλλαγή όλων των παραμέτρων που επηρεάζουν τη διαδικασία.

Το πείραμα ως αντικείμενο έρευνας Στα φυσικά πειράματα, ο ερευνητής ασχολείται άμεσα με το αντικείμενο και το φαινόμενο που μελετάται. Σε πειράματα μοντέλων, το αντικείμενο μελέτης αντικαθίσταται από το μοντέλο του - κάποια ομοιότητα με το πρωτότυπο, διατηρώντας τα χαρακτηριστικά του που είναι απαραίτητα για αυτήν τη μελέτη. Η μοντελοποίηση (κατασκευή μοντέλου) πραγματοποιείται με βάση τη θεωρία της ομοιότητας.

Το πείραμα ως αντικείμενο έρευνας Σύμφωνα με τα στάδια της επιστημονικής έρευνας, τα πειράματα χωρίζονται σε εργαστηριακά, πάγκου και βιομηχανικά. Κάθε πείραμα μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα κύρια στάδια: 1) καθορισμός της αποστολής του πειράματος (του στόχου του). 2) προγραμματισμός πειράματος. 3) προετοιμασία και διεξαγωγή του πειράματος. 4) επεξεργασία και ανάλυση των αποτελεσμάτων του πειράματος, συμπεράσματα και συστάσεις.

Το πείραμα ως αντικείμενο έρευνας Ο προγραμματισμός πειράματος είναι η διαδικασία επιλογής του αριθμού και της αλληλουχίας των πειραμάτων που είναι απαραίτητα και επαρκή για την επίτευξη του στόχου του πειράματος με την απαιτούμενη ακρίβεια. Η θεωρία του προγραμματισμού πειράματος (EPT) επιτρέπει, με έναν ελάχιστο αριθμό πειραμάτων, να ληφθεί ένα μαθηματικό μοντέλο της διαδικασίας και να προσδιοριστούν οι βέλτιστοι τρόποι ροής της. Η βάση του TPE είναι η μαθηματική στατιστική και η θεωρία πιθανοτήτων, καθώς τα αποτελέσματα του πειράματος είναι ως επί το πλείστον τυχαίες μεταβλητές ή τυχαίες διαδικασίες. Ο λόγος για αυτό μπορεί να είναι οι ανεξέλεγκτες συνθήκες του πειράματος, λάθη σε παρατηρήσεις, μετρήσεις κ.λπ.

Παράδειγμα συνάρτησης στόχου και παραγόντων. Εξετάστε τη διαδικασία επαφής μεταξύ ενός ελαστικού αυτοκινήτου και μιας επιφάνειας στήριξης. Η τιμή της ειδικής πίεσης στο επίπεδο επαφής εξαρτάται από τις γεωμετρικές διαστάσεις του ελαστικού, τη μάζα του αυτοκινήτου, την πίεση στο θάλαμο του ελαστικού, την κατάσταση του οδοστρώματος κ.λπ. Οι αναφερόμενες ανεξάρτητες μεταβλητές που επηρεάζουν την εξεταζόμενη εξαρτημένη τιμή (πίεση στο επίπεδο επαφής) ονομάζονται παράγοντες και η εξαρτημένη τιμή ονομάζεται συνάρτηση στόχου ή, ακριβέστερα, συνάρτηση απόκρισης (απόκριση σε αλλαγμένο παράγοντα), η οποία συνδέει ανεξάρτητες μεταβλητές (παράγοντες) με την εξαρτημένη μεταβλητή υπό μελέτη :

Συνάρτηση στόχου και παράγοντες Οι τιμές που λαμβάνουν οι παράγοντες σε ένα πείραμα ονομάζονται επίπεδα παραγόντων. Το χαμηλότερο επίπεδο του παράγοντα είναι η μικρότερη τιμή που μπορεί να λάβει ο παράγοντας στο πείραμα. Το ανώτερο επίπεδο του παράγοντα είναι η υψηλότερη τιμή που μπορεί να λάβει ο παράγοντας στο πείραμα. Το μηδενικό επίπεδο του συντελεστή είναι το μέσο του εύρους αλλαγής συντελεστών.

Συνάρτηση στόχου και παράγοντες Επίπεδα παραγόντων Το σχήμα δείχνει: x 1 λεπτό – το χαμηλότερο επίπεδο του παράγοντα. x 1 max είναι το ανώτερο επίπεδο του συντελεστή. x 10 – μηδενικό επίπεδο του συντελεστή.

Λειτουργία στόχου και παράγοντες Οι παράγοντες χωρίζονται σε ελέγχους, ελεγχόμενους και μη ελεγχόμενους. Διευθυντές είναι εκείνοι όταν το όνομα και το εύρος των αλλαγών τους είναι γνωστά. Ο συντελεστής θα είναι ελεγκτικός εάν πληρούνται οι ακόλουθες απαιτήσεις: δυνατότητα μέτρησης - δηλαδή ικανότητα μέτρησης του συντελεστή με τα διαθέσιμα όργανα μέτρησης με την απαιτούμενη ακρίβεια. διαχειρισιμότητα - η ικανότητα διατήρησης του παράγοντα σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο. ανεξαρτησία - έλλειψη εξάρτησης από άλλους παράγοντες. συμβατότητα - η δυνατότητα πρακτικής εφαρμογής του επιδιωκόμενου συνδυασμού δύο ή περισσότερων παραγόντων.

Λειτουργία στόχου και παράγοντες Το εύρος μεταβολής των επιπέδων των παραγόντων καθορίζεται με βάση τις ειδικές συνθήκες του πειράματος. Τα διαστήματα διακύμανσης του παράγοντα εντός του εύρους επιλέγονται από τις συνθήκες διακριτικότητας. Η διάκριση έγκειται στο γεγονός ότι το εύρος των επιπέδων ενός παράγοντα δεν πρέπει να είναι μικρότερο από το διπλάσιο της τυπικής απόκλισης της μέτρησης αυτού του παράγοντα, καθώς διαφορετικά θα είναι αδύνατο να διακριθούν τα αποτελέσματα που λαμβάνονται.

Λειτουργία στόχου και παράγοντες Ελεγχόμενοι παράγοντες - αυτοί περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, περιβαλλοντικούς παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία του στόχου. Στις εργαστηριακές δοκιμές ενός οχήματος, οι ελεγχόμενοι παράγοντες περιλαμβάνουν συνήθως τη θερμοκρασία του αέρα, την πίεση, την υγρασία τη στιγμή που πραγματοποιούνται οι δοκιμές. Αυτές οι τιμές καταγράφονται στο πρωτόκολλο του πειράματος.

Συνάρτηση στόχου και παράγοντες Οι ανεξέλεγκτοι παράγοντες (διαταρακτικοί) είναι εντελώς τυχαίοι τόσο ως προς το χρόνο εκδήλωσής τους όσο και ως προς την ισχύ της επιρροής τους στη συνάρτηση στόχου. Τα πειράματα στα οποία αποκαλύφθηκε η επίδραση μη ελεγχόμενων παραγόντων θα πρέπει να εξαιρεθούν από τον συνολικό αριθμό των πειραμάτων σε αυτό το πείραμα.

Ερωτήσεις για το τεστ 1. Μηχανική εργασία. Γενικό μπλοκ διάγραμμα για την επίλυση μηχανικού προβλήματος. Ταξινόμηση και στάδια πειράματος μηχανικής Συνάρτηση στόχου και παράγοντες.

ΡΩΣΙΚΗ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

ΒΟΡΕΙΟΣ ΚΑΥΚΑΣΟΣ ΤΑΞΗ ΦΙΛΙΑΣ ΤΩΝ ΛΑΩΝ

ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΟ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΚΟ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ (GTU)

Τμήμα Τροφοδοσίας Βιομηχανικών Επιχειρήσεων

Σχεδίαση

πείραμα

(ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΔΙΑΛΕΞΗΣ)

Vladikavkaz, 2004

Οι διαλέξεις στο μάθημα «Σχεδιασμός Πειραμάτων» απευθύνονται σε φοιτητές της ειδικότητας 100400 «Προμήθεια ρεύματος βιομηχανικών επιχειρήσεων» που φοιτούν στο 4ο έτος.

Στόχος του μαθήματος «Σχεδιάζοντας ένα πείραμα» είναι να εξοικειώσει τους φοιτητές με τις βασικές έννοιες και μεθόδους σχεδιασμού ενός πειράματος τόσο στο εργαστήριο όσο και σε συνθήκες παραγωγής, διδάσκοντας τους φοιτητές να εφαρμόζουν τις αποκτηθείσες γνώσεις σε ερευνητικές εργασίες τόσο εντός του πανεπιστημίου όσο και σε περαιτέρω παραγωγικές δραστηριότητες.

Για την επιτυχή κατάκτηση της ύλης του μαθήματος «Σχεδιασμός πειράματος» είναι απαραίτητη η γνώση των κλάδων «Ανώτατα Μαθηματικά», «Μαθηματικά προβλήματα στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας», «Βασικές αρχές μετρολογίας». Γνώση της έννοιας και των ιδιοτήτων συνεχών συναρτήσεων πολλών μεταβλητών, διαφορικός λογισμός, επέκταση συναρτήσεων σε σειρές ισχύος, συμπεριφορά συναρτήσεων και γραφική παράσταση, ιδιότητες επιφανειών δεύτερης τάξης, ιδιότητες πινάκων, υπολογισμός και ανάλυση οριζόντων, η έννοια της πιθανότητας και τις ιδιότητές του, προσδιορισμός σημειακών και διαστημάτων εκτιμήσεων τυχαίων μεγεθών, έλεγχος στατιστικών σφαλμάτων, η έννοια του σφάλματος και της ακρίβειας μέτρησης κ.λπ.

Σύμφωνα με το πρόγραμμα σπουδών του ΣΚΓΜΗ (STU) για το μάθημα «Σχεδιάζοντας ένα πείραμα», προβλέπεται τεστ στο 7ο εξάμηνο.

Συντάκτης: Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, καθ. Vasiliev I.E.

Ph.D., Art. δάσκαλος Klyuev R.V.

Εισαγωγή

1. Βασικές αρχές της θεωρίας του μηχανικού πειράματος

1.1. Το πείραμα ως αντικείμενο μελέτης

«... Η θεωρία είναι καλό πράγμα,

αλλά το σωστό πείραμα

παραμένει για πάντα» (Π. Καπίτσα)

Η μηχανική έρευνα χαρακτηρίζεται από έναν οργανικό συνδυασμό αναλυτικών και πειραματικών μεθόδων για τη μελέτη φαινομένων και διαδικασιών. Συνήθως, ένα πείραμα πραγματοποιείται με βάση μια συγκεκριμένη θεωρία που καθορίζει τη διατύπωση του προβλήματος και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων του πειράματος. Τα πιο διαδεδομένα στον τομέα της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας είναι πειράματα μέτρησης που αποκαλύπτουν τα ποσοτικά χαρακτηριστικά των υπό μελέτη αντικειμένων. Διακρίνονται σε παθητικούς και ενεργητικούς. Στα παθητικά πειράματα, οι διαδικασίες παρακολουθούνται χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση στην πορεία τους. Σε ενεργά πειράματα, πραγματοποιούνται πειράματα που προβλέπουν μια ορισμένη σειρά αλλαγών από ένα άτομο που επηρεάζει παράγοντες. Τα πειράματα πραγματοποιούνται είτε σε αντικείμενα πλήρους κλίμακας είτε σε μοντέλα, συμπεριλαμβανομένων των μαθηματικών, που διατηρούν τα χαρακτηριστικά των φυσικών αντικειμένων. Τα αποτελέσματα του πειράματος επεξεργάζονται με τις μεθόδους της μαθηματικής στατιστικής και ερμηνεύονται με βάση θεωρητικές έννοιες. Ένα απλοποιημένο διάγραμμα ενός τυπικού πειράματος μέτρησης φαίνεται στο σχ. 1.1.

Από το σχ. 1.1. προκύπτει ότι το πείραμα της μηχανικής βασίζεται στη θεωρία επεξεργασίας των αποτελεσμάτων παρατήρησης της θεωρίας των πειραμάτων προγραμματισμού, η οποία είναι σχετικά νέα και αναπτύσσεται εντατικά. Η κύρια απαίτηση για τα πειραματικά αποτελέσματα είναι η αναπαραγωγιμότητά τους, δηλ. λήψη ποιοτικά πανομοιότυπων αποτελεσμάτων όταν τα πειράματα επαναλαμβάνονται από άλλους πειραματιστές σε άλλες εγκαταστάσεις.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η ακρίβεια του εξοπλισμού δοκιμής είναι πάντα περιορισμένη και πρέπει να αντιστοιχεί στην απαιτούμενη ακρίβεια των πειραματικών αποτελεσμάτων, η οποία δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την ακρίβεια του εξοπλισμού δοκιμής. Το τελικό αποτέλεσμα της μελέτης είναι η κατασκευή ενός μαθηματικού μοντέλου παλινδρόμησης, το σφάλμα του οποίου πρέπει να οριστεί από τον ερευνητή, ανάλογα με τη φύση του προβλήματος που επιλύεται.

Για την ανάλυση των επιπέδων τάσης, η μεταβολή των οποίων δεν υπερβαίνει το 10% (2,54), για το μοντέλο μπορεί να γίνει δεκτό σφάλμα όχι μεγαλύτερο από το σφάλμα των οργάνων μέτρησης, δηλ. 1-2%.

Κατά την ανάλυση των απωλειών ενεργού ισχύος, η τιμή των απωλειών ηλεκτρικής ενέργειας, εκφρασμένη ως ποσοστό, θα πρέπει να στρογγυλοποιείται έτσι ώστε ο αριθμός να μην περιέχει περισσότερο από ένα δεκαδικό ψηφίο. Αυτό σημαίνει ότι εάν οι απώλειες ισχύος στα δίκτυα τροφοδοσίας είναι 5% της συνολικής παραγωγής, τότε για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια του πρώτου ψηφίου μετά την υποδιαστολή, είναι απαραίτητο να υπάρχει ένα μοντέλο με ακρίβεια
Έτσι, για τους σκοπούς της ανάλυσης των απωλειών ηλεκτρικής ενέργειας και της αξιολόγησης της αποτελεσματικότητας των συνεχιζόμενων μέτρων για τη μείωση των απωλειών, το μοντέλο θα πρέπει να έχει σφάλμα όχι μεγαλύτερο από 1-2%.

Σε μια σύγκριση απώλειας ισχύος, το σφάλμα μπορεί να είναι υψηλότερο, κατά περίπου 5%. Για τον προσδιορισμό των απωλειών αέργου ισχύος και των ρευμάτων βραχυκυκλώματος, το μοντέλο μπορεί να επιτρέψει σφάλμα 10%.

Ο προγραμματισμός πειράματος είναι μια διαδικασία επιλογής του αριθμού και των συνθηκών για τη δημιουργία πειραμάτων που είναι απαραίτητα και επαρκή για την επίλυση του προβλήματος με την απαιτούμενη ακρίβεια, μεθόδους για τη μαθηματική επεξεργασία των αποτελεσμάτων τους και τη λήψη απόφασης.

Η μέθοδος πειραμάτων προγραμματισμού (MPE) για τη λήψη εξισώσεων παλινδρόμησης διαφέρει από τη συνήθη διαδικασία της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων (LSM) στην οργάνωση πειραμάτων (υπολογισμών) που πραγματοποιούνται σε ορισμένα σημεία και στις απαιτούμενες ποσότητες, τη δυνατότητα χρήσης ορισμένα κριτήρια βελτιστοποίησης κατά την κατασκευή πειραματικών σχεδίων και σημαντική μείωση της πολυπλοκότητας των συντελεστών υπολογισμού της εξίσωσης παλινδρόμησης για την περίπτωση του ορθογώνιου σχεδιασμού.

Τις περισσότερες φορές, ένα πείραμα στήνεται για να λύσει ένα από τα δύο κύρια προβλήματα. Το πρώτο πρόβλημα ονομάζεται ακραίο πρόβλημα. Συνίσταται στην εύρεση των συνθηκών διεργασίας που παρέχουν τη βέλτιστη τιμή της επιλεγμένης παραμέτρου. Ένα σημάδι ακραίων προβλημάτων είναι η απαίτηση να βρεθεί το άκρο κάποιας συνάρτησης. Τα πειράματα που τίθενται για την επίλυση προβλημάτων βελτιστοποίησης ονομάζονται ακραία.

Το δεύτερο πρόβλημα ονομάζεται παρεμβολή. Συνίσταται στην κατασκευή ενός τύπου παρεμβολής για την πρόβλεψη των τιμών της μελετημένης παραμέτρου, η οποία εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Για να λυθεί οποιοδήποτε πρόβλημα, είναι απαραίτητο να υπάρχει ένα μαθηματικό μοντέλο του αντικειμένου μελέτης. Το μοντέλο νοείται ως η μορφή της συνάρτησης απόκρισης (εξάρτηση) y \u003d f (x 1, x 2, ...., x n), όπου x 1, x 2, ...., x n είναι ανεξάρτητες μεταβλητές, Το y είναι μια τιμή που εξαρτάται από αυτά. Μεταξύ y και x i η σύνδεση μπορεί να είναι διαφορετική (λειτουργική, στοχαστική ή συσχετιστική). Εκφράζεται στο γεγονός ότι μια άλλη τυχαία μεταβλητή αντιδρά στις αλλαγές μιας μεταβλητής αλλάζοντας τη μαθηματική προσδοκία ή τη μέση τιμή της (μέσος όρος), καθώς και από τη σύνδεση μιας τυχαίας μεταβλητής με μη τυχαίες μεταβλητές. Το πρόβλημα επιλύεται με βάση την ανάλυση παλινδρόμησης.

Privalov Petr Vasilievich

Βασικά πειράματα μηχανικής

Zazhigaev, Romanov - μέθοδοι σχεδιασμού και επεξεργασίας των αποτελεσμάτων ενός φυσικού πειράματος.

Shenk - Θεωρία μηχανικού πειράματος

Kondrashov, Shestopalov - Βασικές αρχές του φυσικού πειράματος και μαθηματική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των μετρήσεων

Ermakov SM - Μαθηματική θεωρία προγραμματισμού πειράματος.

Διάλεξη 1 - 27/09/11

Το πείραμα ως αντικείμενο έρευνας

Ένα πείραμα μηχανικής μπορεί να ταξινομηθεί σύμφωνα με διάφορα κριτήρια: από τον αριθμό των μεταβλητών, την επιρροή εξωτερικών μεταβλητών, τη φύση της αλληλεπίδρασης των μεταβλητών και ούτω καθεξής, ανεξάρτητα από το εάν τα πειράματα είναι βιομηχανικά, ερευνητικά, παραγωγή, αναζήτηση, θεωρητικά. ή εφαρμόζεται.

Για παράδειγμα, κατά την εξέταση μιας μηχανής κατασκευής πολλαπλών χρήσεων, δημιουργούνται αναφορές: σχετικά με τη λειτουργία του κινητήρα υπό διάφορα φορτία, συστήματα ελέγχου για εξοπλισμό εργασίας ...

Τα πειράματα μπορεί να διαφέρουν ως προς την πολυπλοκότητα, αλλά στην πραγματικότητα ο σχεδιασμός, η εκτέλεση και η ανάλυση όλων των πειραμάτων πραγματοποιείται με την ίδια σειρά. Διαφέρουν ελάχιστα ως προς τη μορφή αναφοράς. Σε αναφορές για σύνθετα αντικείμενα, μπορούν να παρουσιαστούν ξεχωριστές ενότητες για κάθε μέρος του αντικειμένου, οι οποίες συντάσσονται από ειδικούς σε ένα συγκεκριμένο γνωστικό πεδίο.

Κάθε πείραμα τελειώνει με την παρουσίαση των αποτελεσμάτων, τη διατύπωση συμπερασμάτων και συστάσεων. Οι πληροφορίες μπορούν να παρουσιαστούν με τη μορφή γραφημάτων, μαθηματικών τύπων, μονογραμμάτων, πινάκων ή λεκτικών περιγραφών. Το αποτέλεσμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξάρτηση από μεταβλητές. Χρησιμοποιώντας τύπους, μπορείτε να αναπαραστήσετε τις εξαρτήσεις ενός μεγαλύτερου αριθμού μεταβλητών. Ένας στατιστικός δείκτης μπορεί να παρέχει πληροφορίες για ολόκληρο τον πληθυσμό δεδομένων και για τη μεταβλητότητα μεμονωμένων στοιχείων του πληθυσμού.

Ένα πείραμα μηχανικής σάς επιτρέπει να αποφασίσετε να συνεχίσετε τη δοκιμή ή να παραδεχτείτε την αποτυχία. Κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων, απαιτείται αυτοέλεγχος, ανεξάρτητα από τις ικανότητες που έχει ο πειραματιστής. Αυτός ο έλεγχος είναι απαραίτητος σε κάθε στάδιο του πειράματος. Απαιτείται ακρίβεια μέτρησης, οι μεταβλητές ποικίλλουν μέχρι να επιτευχθεί το βέλτιστο ή ένας ορθολογικός πληθυσμός με μεγάλη διασπορά δεδομένων θα πρέπει να επαναλαμβάνονται πειράματα.

Το πείραμα δεν πρέπει να διεξάγεται με διαίσθηση, δεν πρέπει να αγνοείται η πιθανότητα συστηματικών σφαλμάτων και δεν πρέπει να γίνονται καθυστερημένες προσπάθειες επιδιόρθωσης δεδομένων, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις ένα τέτοιο πείραμα θα είναι μακρύ, ακριβό και ανακριβές.

Το πιο δύσκολο έργο σε ένα πείραμα μηχανικής είναι η σωστή διατύπωση ερωτήσεων που σχετίζονται με την κατασκευή ενός σχεδίου πειράματος.

Ορισμοί και όροι

Στον τομέα του προγραμματισμού πειραμάτων, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν όροι που έχουν στενή σημασία, αλλά αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια τη φυσική σημασία. Ο εξοπλισμός ή το υλικό αντιπροσωπεύεται από τρία μέρη: όργανα μέτρησης, συσκευές δοκιμής και πειραματικό δείγμα του αντικειμένου δοκιμής.

Τα όργανα μέτρησης αντιλαμβάνονται, διαβάζουν, μετρούν, παρατηρούν, καταγράφουν, αποθηκεύουν, διορθώνουν και εμφανίζουν.

Ο εξοπλισμός δοκιμής είναι ό,τι χρειάζεστε για τη διεξαγωγή ενός πειράματος, συμπεριλαμβανομένων των οργάνων μέτρησης και ενός αντικειμένου μελέτης.

Δείγμα δοκιμής - ένα αντικείμενο προς δοκιμή, το οποίο μπορεί να αντικατασταθεί εάν είναι απαραίτητο από άλλο.

Σχέδιο πειράματος - ένα σύνολο οδηγιών για τη διεξαγωγή ενός πειράματος, που υποδεικνύει την ακολουθία της εργασίας, τη φύση και το μέγεθος των μετρήσεων των μεταβλητών.

Η σειρά του πειράματος είναι η σειρά με την οποία γίνεται μια αλλαγή στη λειτουργία του εξοπλισμού μέτρησης.

Η αναπαραγωγή είναι επανάληψη του πειράματος, δηλαδή επιστροφή στις αρχικές συνθήκες.

Μεταβλητή είναι οποιαδήποτε μεταβλητή φυσική ποσότητα. Εάν μια αλλαγή σε μια ποσότητα συμβαίνει ανεξάρτητα ή ανάλογα με άλλες ποσότητες, τότε μπορεί να είναι ανεξάρτητες και εξαρτημένες μεταβλητές. Εάν μια συγκεκριμένη τιμή έχει μια επιρροή με τυχαίο τρόπο, τότε ονομάζεται εξωτερική μεταβλητή.

Ένα ελεγχόμενο πείραμα είναι ένα πείραμα στο οποίο αποκλείεται η επίδραση εξωτερικών μεταβλητών και οι ανεξάρτητες μεταβλητές μπορούν να αλλάξουν κατόπιν αιτήματος του ερευνητή. Τα σφάλματα μπορεί να είναι συστηματικά ή τυχαία. Τα σφάλματα που έχουν σταθερή τιμή είναι συστηματικά σφάλματα και τα τυχαία σφάλματα διαφέρουν με επαναλαμβανόμενες μετρήσεις.

Η στατιστική μέθοδος σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε τις μέσες τιμές των τυχαίων σφαλμάτων. Το σφάλμα εκφράζεται με κάποιον αριθμό οποιασδήποτε διάστασης και ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της βαθμονομημένης (ή γνωστής) ένδειξης και της ένδειξης που λαμβάνεται από το όργανο.

Η αβεβαιότητα είναι η ανακρίβεια μιας τιμής, η οποία είναι μια εκτίμηση του σφάλματος.

Η τυχαιοποίηση είναι μια εξίσωση.

Τα δεδομένα είναι μια συμβολική εικόνα, προϊόν του πειράματος (αριθμοί, φωτογραφίες).

Επεξεργασμένα δεδομένα - δεδομένα που απεικονίζονται σε ένα γράφημα, σχηματίζουν μια γραφική σχέση και υποδεικνύουν μια λειτουργική σχέση μεταξύ εξαρτημένων και ανεξάρτητων μεταβλητών, η οποία μπορεί να γραφτεί ως τύπος.

Κατά τη διεξαγωγή ενός πειράματος, ένα πεπερασμένο δείγμα δειγμάτων λαμβάνεται από ένα άπειρο σύνολο σφαλμάτων (δεδομένων). Όσο μεγαλύτερο είναι το δείγμα, τόσο καλύτερα η κατανομή του προσεγγίζει την κατανομή του πληθυσμού.

Ονομασίες - χρησιμοποιούνται κυρίως σε τύπους που καθορίζουν τη φυσική έννοια της λειτουργίας του αντικειμένου. Χρησιμοποιούνται για σύνολα που καθορίζουν το σκοπό ή τη σχέση με ένα φυσικό μέγεθος (διαδικασία). Είναι επιθυμητό οι προσδιορισμοί των αριθμητικών, συμβολικών και θεωρητικών περιγραφών να αντιστοιχούν και να έχουν πραγματική βάση. Οι ονομασίες καθορίζονται πάντα, για παράδειγμα, υποδεικνύονται σταθερές και μεταβλητές, ελεγχόμενες μεταβλητές ή συντεταγμένες, απόκλιση πραγματικών ή μετρούμενων τιμών από ακριβείς ή βαθμονομημένες, οι οποίες υποδεικνύονται με δείκτη (X 0 -X \u003d x). Προβλέπεται επίσης η χρήση λατινικού και ελληνικού αλφαβήτου.