Этапы научно-технического исследования

Исходным обязательным документом для проведения научно-технического исследования является техническое задание, определяющее цель, содержание, порядок работ, а также намечаемый способ реализации результатов исследования. Техническое задание разрабатывается на основе научного прогнозирования, анализа передовых достижений отечественной и зарубежной науки и техники в данной и смежных областях знаний.

Можно выделить следующие основные этапы научно-технического исследования: информационный поиск и составление методики исследования; предварительную разработку исследования; подготовку и проведение экспериментальной части исследования; обработку данных эксперимента, анализ и обобщение результатов; оформление результатов; внедрение законченных разработок в промышленность.

Структура научно-технического исследования определяется различными комбинациями перечисленных этапов. Последние могут перекрываться во времени. В ряде случаев те или иные этапы могут отсутствовать.

1.Информационный поиск и составление методики исследования

На первом этапе прежде всего производится сбор информации, касающейся условий и методики решения задач данного класса. Источники информации, представленные в виде научных статей, отчетов, рефератов, аннотаций, патентов и т. п., подвергаются всестороннему анализу для подготовки реферата о состоянии вопроса в исследуемой области. Результаты анализа удобнее всего оформлять в виде картотеки. При этом необходимо иметь три вида картотек, которые описаны ниже.

1.Картотека источников, сходная с библиотечной картотекой.

2.Картотека рефератов и аннотаций.

3.Картотека конспектов.

Составление указанных видов картотек — не единовременное мероприятие. Работа над источниками продолжается в течение всей работы над темой. В особом внимании нуждаются параллельные или аналогичные работы.

Картотеки являются исходными для составления реферата о состоянии вопроса. Качество и полнота реферата во многом определяют окончательный выбор темы, ее содержание и объем исследования. Объем реферата не должен превышать 15 страниц (для крупных исследований — 25 страниц). Подробности здесь не должны заслонять главного, в случае необходимости их лучше перенести в приложение.

Остановимся на основном содержании реферата и заключении. Начало всякого исследования — сомнение. Оно часто возникает интуитивно или в результате возникновения противоречий между теорией и практикой. Поэтому при реферировании прежде всего анализируют исходные посылки и условия, принятые автором источника. Для этого разбирают основные явления, происходящие в объекте исследования, анализируют принятые допущения и ограничения, проверяют основные ссылки на литературу. Далее изучают модель, принятую автором, выясняют степень адекватности модели и исследуемого объекта, анализируют окончательные формулы и выводы работы.

Во время проверки выводов удобно задаваться крайними значениями для выявления области, в которой полученные закономерности справедливы. Рассматривая экспериментальную часть, выясняют, при каких условиях производились опыты, какая измерительная аппаратура использовалась и как обрабатывались результаты. Выводы автора источника анализируют, отделяя факты от желания исследователя. Затем сопоставляют выводы различных авторов. В заключении реферата подытоживают состояние вопроса на основании достоверных фактов, а затем излагают, цель исследования (постановку задачи). Цель должна быть сформулирована ясно и четко. Нельзя, например, давать формулировку в таком виде: «Повышение эффективности работы такого-то аппарата», поскольку неясно, за счет чего возможна реализация этой цели.

Заметим, что если цель исследований — разработка способа получения чего-либо или создание определенного устройства (конструкции), то обязательным этапом является патентное исследование, которое необходимо для обеспечения патентной чистоты исследований. Патентная проработка приобретает все более важное значение в связи с расширением зарубежных связей нашей страны в научно-технической области.

Следующим этапом является составление предварительного плана исследования, способствующего его проведению наиболее экономичным способом и при максимальной эффективности. К факторам, определяющим успех исследования, относятся прежде всего кадры. Для всех этапов должны быть определены руководители, исполнители и консультанты. Должны быть также конкретизированы технические средства исследования. В связи с этим надо ответить на вопросы о том, где предполагается проводить исследования, какие измерительные приборы необходимы, какую вычислительную технику можно использовать для обработки результатов эксперимента, как обеспечивается материально-техническое снабжение и т.п.

При составлении плана требуется оценить длительность выполнения каждого этапа исследования. Это наиболее удобно сделать, составив сетевой график. В нем следует отразить такие данные: что нужно сделать, кто и с помощью каких средств будет делать, сколько времени необходимо на выполнение конкретной операции, как будет контролироваться ход работы. Операционно-временной граф определяет структуру исследования со всеми связями между этапами, дает наглядное представление о последовательности выполнения отдельных работ и их координации. Чем меньше отрезок времени, на котором планируется исследование, и чем больше исходной информации для обоснованного планирования, тем более детальным и достоверным получается план.

Наконец, в плане должны быть определены затраты на выполнение каждого этапа и источники финансирования. После учета всех четырех факторов делается вывод о выполнимости работы в требуемом объеме и в намеченные сроки. Результаты, изложенные в реферате и полученные в процессе предварительного планирования, оформляются в виде методики, в которой, кроме того, определяются способы проведения исследований (соотношение теоретического и эмпирического исследования), дается описание предполагаемой экспериментальной установки и необходимой измерительной аппаратуры, устанавливаются объем экспериментальной части и методы обработки результатов экспериментов и т. д. Следует иметь в виду, что методика должна содержать конкретные данные об условиях проведения эксперимента, измеряемых величинах, диапазонах их изменения, ограничениях и др. Необходимо подчеркнуть, что в процессе выполнения исследования те или иные разделы методики могут дополняться и уточняться в зависимости от частных результатов и конкретных условий.

2.Предварительная разработка исследования

Так как научно-технические исследования относятся к прикладным, на данном этапе прежде всего определяются фундаментальные закономерности, которым подчиняется исследуемый процесс или явление. На этом этапе обосновывается и формулируется предварительная (рабочая) гипотеза, а также осуществляется ее информационное и логико-математическое развитие с получением выводов, соотношений, формул.

При построении информационной (описательной) модели процесса или устройства устанавливаются причинно-следственные связи между характеристиками объекта исследования. В частности, выявляется, что происходит в объекте, под действием каких факторов, какова динамика процесса, какие ограничения имеют место и какие допущения можно сделать без существенного искажения действительной картины явления.

После выбора и обоснования математического аппарата информационная модель переводится на математический язык. При этом принимается во внимание представительность модели, т. е. оценивается, в какой мере учтены параметры и характеристики объекта исследования; производится оценка погрешностей, вызванных упрощениями и аппроксимациями; определяется, когда будут использованы средства вычислительной техники. При анализе математической модели для получения конкретных выводов, расчетных характеристик плодотворно применение гипотетико-дедуктивного метода.

Если объект исследования достаточно сложен и эффективную математическую модель происходящих в нем процессов получить не удается, основное внимание следует обратить на методы проведения эмпирического исследования, максимально использовав информационную модель процесса как наиболее близкую к физической природе исследуемого явления.

В результате анализа рабочей модели необходимо выявить влияние различных факторов на функционирование объекта, определить конкретные процессы и характеристики, которые предстоит исследовать экспериментальным путем.

Этап заканчивается выдачей технического задания на проектирование экспериментальной установки, на базе которого производится разработка самого проекта.

3.Подготовка и проведение экспериментальной части исследования

Вначале реализуется проект экспериментальной установки, т.е. установка изготовляется, монтируется и налаживается. Далее установка оснащается необходимой измерительной аппаратурой. При этом условия измерений, перечень измеряемых величин, места установки приборов и их характеристики (погрешность, быстродействие и др.) должны соответствовать методике исследований.

В случае проведения натурного эксперимента в промышленных условиях необходимо: учесть затруднения и ограничения, присущие промышленным измерениям; оценить влияние помех; отметить специфику технических средств измерения, применяемых в промышленности.

Следует выделить особый вид эксперимента, при котором объектом исследования является математическая модель процесса или устройства. Подразумевается, что адекватность математической модели исследуемому процессу доказана на этапе предварительной разработки исследования. Если в силу тех или иных причин анализ этой модели обычными методами затруднен, то весьма плодотворным оказывается применение средств вычислительной техники, позволяющей выявить поведение объекта при различных условиях его работы. Здесь подготовка экспериментальной части исследования заключается в составлении вычислительного алгоритма и программы расчета, а затем в отладке ее на машине.

Одновременно с подготовкой экспериментальной установки оформляется конкретный план эксперимента, где указывается, какие величины в процессе эксперимента должны иметь постоянные значения, а какие будут изменяться. Устанавливаются диапазоны изменения переменных. Кроме того, уточняется, какие измерения и в каких условиях предстоит сделать, какова последовательность измерении, их представительность и т. д.

Этап заканчивается оформлением результатов эксперимента в виде протокола экспериментального исследования. Если в процессе эксперимента имели место какие-либо отклонения от условий, предусмотренных в методике, то это обязательно отмечается в протоколе.

4. Обработка данных эксперимента, анализ и обобщение результатов

Любой эксперимент должен заканчиваться обработкой полученных данных и представлением результатов в виде таблиц, графиков, формул статистических оценок, а также в виде словесных описаний.

С помощью графиков можно наглядно показать зависимость результата эксперимента Y от одной (XI) или от двух (XI, Х2) переменных. Если результаты эксперимента зависят от большего числа переменных, то следует воспользоваться представлением в виде аналитических зависимостей (формул).

Статистические оценки могут давать информацию о всей совокупности данных и об изменчивости отдельных элементов этой совокупности, а также об адекватности причинно-следственных соотношений. Эти оценки позволяют найти вероятность появления события (например, определенного значения погрешности) в будущем на основе прошлого опыта.

Выражение результатов эксперимента в словесной форме считается малоэффективным способом. Однако на начальных этапах исследования и особенно при поисковых работах такая форма представления результатов распространена довольно широко.

После обработки результатов эксперимента производится проверка и (в случае необходимости) коррекция первоначальной гипотезы. Затем оцениваются и объясняются расхождения между результатами первоначальной разработки исследования и его экспериментальной части.

Этап заканчивается формулированием новых фактов и законов, теоретических и практических выводов, объяснений и научных предсказаний.

5. Оформление результатов исследования

Материалы, полученные при проведении научно-технического исследования, должны быть обработаны, систематизированы и помещены в отчет. К нему предъявляются следующие общие требования: четкость построения; логическая последовательность изложения материалов; убедительность аргументации; краткость и точность формулировок, исключающая возможность субъективного и неоднозначного толкования; конкретность изложения результатов работы; доказательность выводов и обоснованность рекомендаций. Нежелательно включать в отчет сведения, полученные не при выполнении данного научно-технического исследования (в частности, заимствованные из других источников).

Обычно принимается следующая структура отчета.

1. Титульный лист.

2. Список исполнителей.

3. Реферат.

4. Оглавление (содержание).

5. Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов.

6. Введение.

7. Основное содержание отчета.

8. Заключение.

9. Список использованных источников.

10. Приложение.