Лабораторный и натурный эксперименты, обычные и модельные

Эксперимент в исследовательской деятельности – опыт, наблюдение, проверка предсказания.

Основная цель эксперимента – выявление свойств исследуемых объектов, процессов, явлений, проверка правильности выдвинутых гипотез, проверка адекватности теории реальным условиям протекания процесса взаимодействия элементов технической системы.

Лабораторный эксперимент – эксперимент, проводимый в лабораторных условиях с привлечением специальных моделирующих установок, стендов, оборудования. При этом изучают, как правило, не сам объект, а его образец. Оценивают влияние одних характеристик при варьировании других при минимальных затратах времени и ресурсов. Как правило, результаты лабораторного эксперимента необходимо уточнить натурным экспериментом с учетом специфики реального производства.

Натурный эксперимент – эксперимент, который проводится в производственных условиях на действующем технологическом оборудовании. Он может дать более объективную оценку состояния дел (протекания процесса).

Обычный эксперимент – классический эксперимент с тремя составляющими (экспериментатор, объект исследования, средства эксперимента – инструменты, приборы, экспериментальная установка).

Модельный эксперимент – эксперимент, проводимый не с реальным объектом, а с его моделью (материальной или виртуальной компьютерной копией объекта). Проведение модельного эксперимента актуально, например, в области автомобиле-, судо- и самолетостроения. Например, «КРАШ-ТЕСТ» автомобиля (вместо реального человека-водителя в автомобиле находится его манекен, исследуется влияние последствий аварийной ситуации на состояние водителя и автомобиля по данным специальных регистрирующих и диагностирующих приборов).

По характеру получения экспериментальных данных, методика планирования эксперимента подразделяется на пассивный и активный эксперименты.

Пассивный эксперимент (ПЭ) предусматривает измерение только выбранных показателей (параметров, переменных) в результате наблюдения за объектом без искусственного вмешательства в его функционирование. Информация об исследуемом объекте накапливается путем пассивного наблюдения, то есть информацию получают в условиях обычного функционирования объекта. В ПЭ исследователь не может вмешиваться в процесс ведения эксперимента.

ПЭ служит для уточнения и формализации гипотезы, построения теории:

ü конструирование шкал, методов, техники измерения, сбор данных для проверки заранее сформулированных гипотез;

ü анализ применения шкал, методов, техники измерения, определение возможных направлений исследования собранной информации, эмпирическое описание поведения объекта

Создание или формализация теории (модели).

ПЭ имеет следующие недостатки:

ü диапазон изменений факторов незначителен и не превышает значений, ограничиваемых инструкцией;

ü влияние возмущающих параметров может оказаться более существенным, чем изменение контролируемых факторов.

Недостатки снижают надежность результатов. Но, несмотря на них, ПЭ широко применяется для глубокого анализа результатов работы процессов и аппаратов. Примером пассивного эксперимента может быть анализ работы схемы, которая не имеет входов, только выходы, и повлиять на ее работу невозможно.

Активный эксперимент (АЭ) проводится с применением искусственного воздействия на объект по специальной программе. При АЭ изменение параметров проводится в более широких пределах, нежели при выполнении ПЭ. По специальной программе выполняется однофакторный эксперимент (поочередное варьирование интересующих факторов) – например, варьирование одного фактора при стабилизации других (метод Гаусса-Зайделя); многофакторный (варьируются все переменные и каждый эффект оценивается по результатам всех опытов, проведенных в данной серии экспериментов) – одновременное изменение нескольких факторов (градиентные методы и т.д.). Более надежные результаты получаются при обработке данных АЭ. Активный эксперимент позволяет получить более точную информацию о процессе.

АЭ предполагает возможность воздействия на ход процесса и выбора уровней факторов. При планировании АЭ решается задача выбора факторов, влияющих на объект и определение числа проводимых опытов. Увеличение числа факторов приводит к возрастанию числа опытов, а уменьшение – к увеличении погрешности опыта. Фактор задан в том случае, если указала область определения – значения, которые принимает данный фактор. При активном эксперименте факторы должны быть управляемы, независимы и должна быть указана точность измерения факторов в выбранном диапазоне.

Фактически, эксперимент всегда представляет собой нечто среднее, сочетающее в себе черты и свойства активного и пассивного экспериментов.

Социометрический эксперимент (исследование социально-психологических отношений). Он используется для изучения взаимоотношений между людьми, положения, которое занимает человек в той или иной группе (заводской бригаде, школьном классе, группе детского сада). При изучении группы каждый отвечает на ряд вопросов, касающихся выбора партнеров для совместной работы, отдыха, занятий.

По результатам можно определить наиболее и наименее популярного человека в группе, бригаде и т.д.