Завершающий этап научно-исследовательского процесса

Обобщение результатов исследования представляет собой литературное изложение результатов исследования в виде отчета о выполнении научно-исследовательской работы (НИР), диссертации, монографии, статьи, студенческой научно-исследовательской работы и т.д.

Основной и обязательной формой обобщения результатов научно-исследовательской работы является научный отчет. Его составляют исполнители работы. Материалы, которые включаются в отчет, должны быть обработаны и систематизированы в соответствии целью исследования. Общие требования к отчету следующие:

ü четкое построение;

ü логическая последовательность изложения материала;

ü убедительность обоснования;

ü конкретность изложения результатов работы;

ü доказательность выводов;

ü точность формулировок;

ü обоснованность рекомендаций.

Оформление научного отчета и его структура должны соответствовать ГОСТу 3008-95 «Документация в сфере науки и техники». Структура научно-исследовательской работы (научного отчета) имеет следующий вид (рис. 4.7).

Титульный лист – первая страница отчета, которая выступает полным источником библиографической информации, необходимой для поиска документа.

Список исполнителей – в нем даны фамилии и инициалы авторов, должности, ученые степени, ученые звания с указанием раздела, подготовленного каждым автором.

Реферат кратко отражает содержание НИР, в нем приводятся сведения о целесообразности изучения, его объеме, структуре, иллюстрациях, таблицах, источниках, приложениях. Завершают реферат ключевые слова.

Перечень условных обозначений должен содержать все принятые в отчете малораспространенные условные обозначения, символы, единицы, сокращения и сроки.

Во вступлении кратко излагают оценку современного состояния проблемы, отмечая практически решенные в работе задачи; мировые тенденции решения поставленных задач; актуальность данной проблемы и основания для ее выполнения; цель работы и область применения; взаимосвязь с другими работами.

Основная часть отчета содержит сведения о предмете (объекте) исследования или разработки, которые являются необходимыми и достаточными для раскрытия сути данной работы (описание теории, методов работы, характеристик данного объекта, принципов действия объекта и др.) и ее результатов. Особое внимание уделяется новизне в работе, а также вопросам совместимости, взаимозаменяемости, надежности, безопасности, экологии, ресурсосбережения. В этой части отчета могут приводиться теоретические и экспериментальные доказательства, подробности исследования, более подробно об этом дается информация в приложениях.

Рис. 4.7. Структура научно-исследовательской работы

Суть отчета излагают, разделяя материал на разделы, которые могут подразделяться на подразделы, пункты и подпункты.

Завершают основную часть выводы, в которых дают оценку полученных результатов работы или ее отдельных этапов с учетом мировых тенденций решения поставленной задачи; возможные сферы применения работы, народнохозяйственную, научную, социальную значимость работы.

На основе сделанных выводов составляют рекомендации. В них намечают дальнейшие работы, которые считают необходимыми или особо значимыми.

Перечень ссылок содержит библиографические описания в порядке, в котором они впервые упоминаются в тексте. Порядковые номера описаний в перечне являются номерами ссылок в тексте. Библиографические описания в перечне должны отвечать действующим стандартам библиотечного и издательского дела.

В приложении помещают материал, который является необходимым для полноты отчета, но не может быть последовательно размещен в основной части отчета из-за большого объема; либо является необходимым для специалистов в данной области, а для других не представляет особой значимости. В приложении могут быть даны дополнительные иллюстрации или таблицы, описание приборов, аппаратуры, которые были использованы во время проведения испытаний, измерений, эксперимента.

Обобщение, апробация и реализация результатов исследования являются завершающим этапом научно-исследовательского процесса (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Завершающий этап научно-исследовательского процесса

После обобщения результатов начинается коллективное обсуждение работы. Оно проводится в присутствии всего коллектива, причем наряду с членами коллектива могут привлекаться работники смежных отделов, институтов, лабораторий, вузов, специалистов-практиков. До обсуждения научной работы участники обсуждения заранее знакомятся с рабочим планом, выводами, предложениями, чертежами, схемами и т.д. Участникам обсуждения раздаются тезисы или перечень вопросов, по которым необходима помощь, советы. Тезисы должны содержать приемы и методы исследования, народно-хозяйственную значимость предложенных решений, стоимость исследования, его экономическую эффективность, перспективность, условия и экономические меры, необходимые для успешного внедрения результатов.

Процесс обсуждения начинается с сообщения исследователя, в котором он четко и кратко докладывает о цели исследования и полученных результатах. Сообщение сопровождается демонстрацией материалов. Оно должно быть содержательным, последовательным, четким и кратким; не следует перегружать его большим количеством цифр и формул. В сообщении необходимо остановиться и на отброшенных вариантах решений, и на существующих среди теоретиков и практиков точках зрения по основным вопросам, которые не совпадают с точкой зрения исследователя.

Текст сообщения целесообразно предварительно изложить в письменном виде. Важно, чтобы сообщение сопровождалось демонстрацией наглядных материалов. В процессе обсуждения специалисты отмечают положительные стороны, задают вопросы, уточняют выдвинутые положения, критикуют, указывая на ошибки и примерные пути их устранения.

От участников дискуссии требуются: активность, умение видеть положительные стороны работы, которая подвергается критике, верное изложение позиции оппонента, четкая квалификация сути ошибки, указание возможных путей ее исправления. Важным в процессе обсуждения является выполнение этических требований – критикуя ошибки в работе, участники дискуссии не должны касаться личных качеств и способностей автора.

Отвечать на вопросы аудитории в процессе обсуждения результатов НИР необходимо кратко, по сути, быть скромным в оценке своих научных результатов, сдержанным и тактичным, даже в случае резких критических выступлений оппонентов.

Самокритичность и уважение к деловой критике – важное условие устранения недостатков исследования.

Важную помощь, как и на ранних этапах обсуждения, могут оказать консультанты.

Рецензирование. При отправлении работы рецензенту полезно сообщить ему, по каким вопросам желательно знать его мнение.

Рецензия – отзыв на научную работу, в котором критически оцениваются основные положения и результаты исследования.

Рецензия на книгу, монографию, диссертацию – это критический анализ научного труда. Рецензия должна быть конструктивной, справедливой. В ней необходимо отмечать как негативные, так и позитивные стороны. Рецензия, как любой другой труд, имеет структуру: заглавие, вступление, основную часть, выводы.

Во вступлении приводятся основные характеристики работы (объем, количество рисунков, таблиц, литературных источников), рассматривается актуальность темы исследования. Выводы должны содержать мнение рецензента о достижении автором поставленной цели, необходимость ее продолжения в исследовательском плане и в плане внедрения.

Основные вопросы, которые должны быть освещены в рецензии:

- актуальность теоретических положений рецензированной работы;

- целесообразность и оригинальность методов исследования;

- новизна и достоверность полученных результатов;

- практическая польза результатов исследования.

Критика рецензента должна быть принципиальной, научно обоснованной, требовательной и одновременно доброжелательной, такой чтобы способствовать улучшению исследования.

Для разносторонности и объективности оценки привлекают не менее двух рецензентов по возможности разного профиля и разных научных направлений. Кроме рецензентов – представителей соответствующих знаний, привлекают специалистов – практиков из организации-заказчика т.е. тех, кто является потенциальным потребителем созданной научной продукции.

Корректировка и доработка результатов исследования. После обсуждения работы специалистами, получения консультаций и рецензий автор должен произвести необходимую доработку материала.

Апробация и реализация результатов исследованиясостоит из экспертизы, опытного внедрения и реализации результатов исследования.

Научно-исследовательская работа и ее результаты могут быть подвергнуты научной или научно-технической экспертизе.

Научно-техническая экспертиза – это деятельность, целью которой является исследование, проверка, анализ научно-технического уровня объекта экспертизы и подготовка обоснования выводов для принятия решений относительно данного объекта. Это наиболее детальный и объективный метод оценки научной деятельности и ее результатов, указанный в Законе Украины «О науке и научно-технической деятельности».

Экспертиза проводится с целью:

ü обеспечения научного обоснования структуры и содержания приоритетных направлений развития науки и техники, научных, научно-технических, социально-экономических программ и проектов;

ü определения направлений научно-технической деятельности;

ü анализа и оценки эффективности использования научно-технического потенциала и результатов научных исследований.

Объектами научной и научно-технической экспертизы могут быть:

ü действующие объекты техники, промышленности, сооружения, естественные объекты, относительно которых возникает необходимость получить научно-обоснованные экспертные выводы;

ü проекты, программы, предложения разного уровня, относительно которых необходимо провести научно-обоснованный анализ и сделать выводы о целесообразности их принятия, внедрения, дальнейшего использования, совершенствования и т.д.

Основными задачами экспертизы могут быть:

ü проверка соответствия объектов экспертизы требованиям и нормам действующего законодательства;

ü оценка соответствия объектов экспертизы современному уровню научных и технических знаний, тенденциям научно-технического прогресса, принципам государственной научно-технической безопасности, экологической целесообразности;

ü подготовка научно-обоснованных экспертных выводов;

ü анализ уровня использования научно-технического потенциала, оценка результативности научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок.

К проведению научной и научно-технической экспертизы привлекаются творческие коллективы, предприятия, организации, которые осуществляют научную и научно-техническую деятельность; специализированные экспертные организации; группы экспертов или отдельные эксперты. Все эксперты должны быть специалистами в той области, к которой относится объект экспертизы.

Научная и научно-техническая экспертиза имеет разные формы и виды.

Основным юридическим документом, который регламентирует отношения между заказчиком и организатором в сфере научной и научно-технической экспертизы, является договор на ее проведение. В нем определяются: стороны договора, предмет и объекты экспертизы, условия и сроки ее проведения, права и обязанности сторон, порядок расчетов, ответственность за невыполнение или ненадлежащее выполнение условий договора и другие условия.

Выводы государственной научной и научно-технической экспертизы являются обязательными для принятия к рассмотрению и учету при обосновании структуры и содержания приоритетных направлений развития науки и техники, социально-экономических, экологических программ и проектов, реализации научной и научно-технической деятельности, анализе эффективности использования научно-технического потенциала.

Выводы общественной и других научно-технических экспертиз имеют в основном рекомендательный характер.

Внедрениерезультатов научных исследований представляет собой передачу на производство или в повседневную практическую деятельность научной продукции (отчетов, инструкций, технических условий, технических проектов, временных указаний, новых материалов, технологий и т.д.), что обеспечивает технико-экономический эффект, в удобной для реализации форме. Научно-исследовательская работа превращается в продукт лишь с момента ее «потребления» производством.

Заказчиками на выполнение НИР могут быть предприятия и организации различных форм собственности.

Формы внедрения могут быть разнообразными. Внедрение результатов НИР по разработке новых видов сырья может воплотиться в виде новых межотраслевых и внутризаводских технических условий.

После внедрения научных исследований могут измениться отдельные параметры технологического процесса (химический состав, физико-химические характеристики сырья и т.д.), что, в свою очередь, может потребовать создания нового оборудования и т.д.

Научные результаты в экономике, менеджменте, маркетинге в рыночных условиях могут потребовать изменений теоретических, научно-методических положений, методик, рекомендаций.

Например, совершенствование банковского дела при усовершенствовании менеджмента, маркетинга, учета контроля и аудита, стимулирование производства конкурентоспособной продукции.

Подрядчик при заключении двустороннего договора с научно-исследовательской организацией обязан сформулировать свои предложения для внедрения.

Процесс внедрения состоит из двух этапов: опытно-производственногои серийного внедрения достижения науки, новой техники, новой технологии.

Опытно-производственное внедрение результатов технических исследований проходит в три стадии:

1) подготовка к внедрению. Составляется план внедрения с указанием фронта внедрения, последовательности по отдельным цехам, агрегатам с указанием конечных сроков, исполнителей, распределением функций;

2) собственно внедрение. При проведении конструкторских разработок – это монтаж конструкций и ее испытание на рабочем месте; изготовление опытных партий и их лабораторное испытание; обучение персонала методам эксплуатации; передача потребителю систем учета, планирования и управления; оформление акта;

3) завершение внедрения. На этой стадии проводится испытание внедренной конструкции (технологии, системы организации производства и т.д.) в производственных условиях; устраняются выявленные при испытании дефекты, конструкция приводится к надлежащим требованиям и показателям; осуществляется передача документации и оформление акта.

Серийное внедрение. После опытно-производственного испытания новые материалы, конструкции, технологии, рекомендации, методики и другие результаты НИР внедряют в серийное производство или в повседневную практическую деятельность. На данном этапе научно-исследовательские организации не принимают участия во внедрении. Они дают консультации или предоставляют незначительную научно-техническую помощь по просьбе организаций, которые осуществляют внедрение.

ТЕМА 5. План эксперимента

Составление плана эксперимента

План может составляться на основе инструкции или же привлекается математическая теория планирования экспериментов.

Интуитивный план составляется на основе опыта исследователя, без учета методов дальнейшей математической обработки полученных данных. При небольшом количестве факторов интуитивный план вполне жизнеспособен, однако по мере роста числа факторов задача резко усложняется и информация, полученная при таком плане оказывается не полной. Это связано с бессистемным расположением точек в факторном пространстве. Предположим, изучается зависимость скорости коррозии К_m (y) от температуры (х₁), солесодержания воды (х₂), рН (х₃), содержания сульфатов (х₄) и хлоридов (х₅), а также от содержания Са²⁺ (х₆) и НСО₃^- (х₇). Как выбирать значения факторов, как их варьировать. Это очень сложно. Можно упростить задачу, сохранив число факторов, но это делает информацию уже не точной. Если оставить один фактор - температуру, то задача совсем проста. Задаемся рядом значений t (х₁) и при каждом значении проводим опыт и определяем у. Зависимость у от х представляет собой некую плоскую кривую. Эта кривая представляет собой сечение факторного пространства при заданных значениях х₂ = а = const, х₃ = b = const, х₄ = с = const, x₅ = d = const, x₆ = e = const, x₇ = f = const. Дает ли эта кривая представление о форме поверхности отклика. Очень неполное и неточное. Поверхность отклика - это форма зависимости у = f(x₁¸x₇) и представляет собой пространственную поверхность i-порядка, где i - количество факторов. С помощью эксперимента мы как бы нащупываем форму этой поверхности.

Пусть у нас необходимо исследовать зависимость выходного параметра (у) от входных параметров х₁ и х₂. Тогда в общем виде план эксперимента должен выглядеть следующим образом в виде греко-латинского квадрата.

		Уровни фактора Х₂
							:	n
Уров-		*	*	*	*	*	*	*
ни		*	*	*	*	*	*	*
фак-		*	*	*	*	*	*	*
тора		*	*	*	*	*	*	*
Х₁		*	*	*	*	*	*	*
	:	:	:	:	:	:	:	:
	m	*	*	*	*	*	*	*

Наибольшее распространение для обработки данных получил метод наименьших квадратов. С помощью этого метода подбирают уравнение связи между у и х_i таким образом, чтобы сумма квадратов отклонений экспериментальных точек от него было минимальным. Не вдаваясь в математическое обоснование метода. Рассмотрим пример получения простейшего уравнения регрессии.

Линейная регрессия

Линейная регрессия y = f (x). Типичное линейное уравнение имеет вид:

y = b_o + b₁x

Если имеется таблица со значениями выходов y_i при каждом значении x_i (результаты опытов), то коэффициент линейного уравнения определяется по формулам (при количестве опытов N):

Для вычислений составляется таблица.

xx_i	yy_i	xx_i²	xx_iy_i	y_i		xх_iy_i
xx₁	yy₁			yу_i1	yу_i2	...	yу_i3	ссредн	xх_iy_i,1,...
xx_N	Yy_N			yу_1,1	yу_1,2		yу_1,m
ååx_i	ååy_i	ååx_i²	ååx_iy_i	:				:
				yу_N,1	yу_N,2		yу_N,m

Коэффициент корреляции вычисляется по формуле:

чем ближе r к 1 тем лучше

Далее необходимо провести анализ полученного уравнения регрессии и оценить значимость коэффициентов b_о и b₁. Анализ проводится в следующей последовательности:

1. Определяется среднее из результатов параллельных опытов при каждом значении х:

i=1,2,...,N

m - число параллельных опытов, сколько раз повторялся каждый опыт.

2. Определяют дисперсию в каждой выборке (в каждой строке):

xх_i	y_i		y_i,m-	(y_i,m- )²	SS_i²
	yх_i,1	yх_i,2	yх_i,3
::	::	::	::	::	::	::	::	::	::

3. Находится сумма дисперсий .

4. Составляется отношение, называемое критерием Кохрена:

где S_i²_max –максимальное значение дисперсии в строках.

По статистическим табицам проверяем однородность дисперсий, т.е. равноточность экспериментов. Если дисперсии однородны, то

G_max<G_табл

G_табл определяется по таблицам в справочниках по математической статистике при принятом уровне значимости 1 % при 5 % и числе степеней свободы (N; m-1).

5. Вычисляется дисперсия воспроизводимости (средняя дисперсия в опытах):

Число степеней свободы для этой дисперсии f = N(m-1).

6. Определяются среднеквадратичные отклонения для коэффициентов b_o и b₁ S_bo и S_b1:

7. Производится оценка значимости коэффициентов регрессии b_o, b₁ по t – критерию Стьюдента:

где b_j - это коэффициенты b_o и b₁.

По таблицам находим табличные значения t-критерия для принятого уровня значимости (5% или 1%) и числа степеней свободы f = N(m-1).

Если вычисленное значение t_j больше табличного, то коэффициент b_j значим, если меньше - коэффициент незначим. Незначимые коэффициенты исключаются из уравнения регрессии.

8. Вычисляется остаточная дисперсия:

где y_i - значение у, вычисленное по уравнению регрессии;

l - число коэффициентов в уравнении регрессии при заданных значениях x_i (для каждого значения x_i в таблице результатов опытов).

9. Проверяется адекватность уравнения регрессии по F-критерию Фишера

По статистическим таблицам определяем значение критерия Фишера при числе степеней свободы (N и m). Если вычисленное значение критерия Фишера меньше табличного, то уравнение регрессии адекватно описывает результаты опытов. Если параллельные опыты не проводились, тогда F-критерий определяют по формуле:

где S_y² - дисперсия относительно среднего (среднеарифметическое значение у).

Если предполагается линейная связь между х и у, то нахождение коэффициентов нелинейной регрессии заметно сложнее, приходится решать матрицы.

Обработка результатов наблюдений в настоящее время производится на компьютерах с помощью стандартных программ Matcad.

Математическое планирование экспериментов

Метод планирования экспериментов позволяет свести к минимуму число опытов и одновременно найти максимальное или минимальное значение функции отклика.

Чаще всего применяют двухуровневые планы типа 2^k, где k число факторов (входов, возмущений, управляющих воздействий и внутренних параметров объекта). Почему говорят двухуровневый план. Факторы могут иметь только два значения (+1 и -1). Эти уровни (+1 и -1) называют кодированными значениями факторов. Чтобы найти эти кодированные значения сначала задаются центром плана.

Пусть, например, изучается влияние температуры (х₁), сульфатов (х₂) и хлоридов (х₃) на скорость коррозии (у). Т.е. нам необходимо найти вид функции у = f(x₁, x₂, x₃) и найти минимальное значение скорости коррозии. Известно, что температура воды в источнике водоснабжения (канал Северский Донец-Донбасс) колеблется в пределах 5-25 ^оС, содержание хлор-ионов Cl^- - в пределах 60 - 120 мг/л, сульфат-ионов - от 150 до 230 мг/л. Такие значения параметров могут быть приняты за центр плана (основной уровень). Естественно в центре плана t_o = 15^оС, Cl_o^- = 90 мг/л, SO₄^2-_o = 190 мг/л. Интервалом варьирования называют полуразность:

	Х₁	Х₂	Х₃
DХ

Переход к кодированным значениям факторов осуществляется по формуле:

х - значение факторов на границе интервала варьирования, т.е. x_max, x_min. Двух уровневое планирование позволяет получить только линейное уравнение регрессии, т.е. оно аппроксимирует участок поверхности отклика плоскостью. Поэтому интервал варьирования должен быть не слишком велик, особенно, если ест подозрение о нелинейном характере связи y=f(x_i).

Далее составляют матрицу планирования в виде таблицы.

Матрица планирования 2³ и результат опытов

Параметры	Наименование факторов	Функция отклика (параметр
		натуральные	оптимизации),	Взаимодействие факторов
факторов		t t, ^oC	SSO₄^2-, мг/л	CСl^-, мг/л	К, мг/см² сут
		кодированные		yу_i
	хх_о	хх₁	хх₂	хх₃	уу_i1	уу_i2	уу_i3	уу_i	хх₁х₂	хх₁х₃	хх₂х₃	хх₁х₂х₃
Нулевой уровень х_о
Интервал варьирования
Верхний уровень (+1) Нижний уровень (-1)

	+	+	-	-	0,05	0,06	0,04	0,05	+	+	+	-
	+	-	-	-	0,25	0,25	0,27	0,257	-	-	+	+
	+	+	+	-	0,08	0,09	0,09	0,0825	-	+	-	+
	+	-	+	-	0,30	0,31	0,33	0,313	+	-	-	-
	+	+	-	+	0,07	0,06	0,07	0,066	+	-	-	+
	+	-	-	+	0,29	0,27	0,27	0,279	-	+	-	-
	+	+	+	+	0,11	0,12	0,14	0,123	-	-	+	-
	+	-	+	+	0,36	0,38	0,37	0,37	+	+	+	+
Коэффициент регрессии	bb_o=0,193	bb₁=+0,112	bb₂=+0,03	bb₃=+0,017					bb₁₂=+0,007	bb₁₃=+0,003	bb₂₃=+0,007	bb₁₂₃=+0,001
Статистическая оценка	åS_i²=0,0466 S_max²=0,005 S_y²=0,00582 S_bi²=0,00073 Db_i=±0,008 Критерий Кохрена вычисленный G=0,16 табличный G_табл=0,34 опыты равноточны

Db_i = tS_bi

Для расчета оценок составляют таблицу расчета дисперсий S_i² åS_i².

Уравнение регрессии имеет вид:

Если поверхность отклика действительно представляет собой плоскость, то коэффициенты при взаимодействиях факторов b_ij будут незначимы. В данном случае ошибки в определении коэффициентов регрессии Db_i = ±0,008. Все коэффициенты меньшие по абсолютной величине чем 0,00 считаются незначимыми. Незначимы все коэффициенты при взаимодействиях, тогда уравнение регрессии приобретает вид (оно описывает плоскость):

Величины коэффициентов регрессии показывают степень влияния каждого фактора на параметр оптимизации у. Очевидно, что наибольшее влияние на коррозию оказывает температура b₁ = 0.112. Знак коэффициента показывает направление влияния, плюс в данном случае означает, что при повышении температуры скорость коррозии возрастает. При этом, возрастание температуры на величину интервала варьирования (10 ^оС) приводить к увеличению скорости коррозии на 0,112 мг/см² сут.

После составления уравнения регрессии производится оценка адекватности его по F-критерию Фишера.

Для этого в каждом эксперименте вычисляются по уравнению регрессии величины , и далее вычисляется для каждого из 8 опытов остаточная сумма квадратов:

и далее определяется дисперсия адекватности:

где f - число степеней свободы при вычислении S_ау²

f = N - (k+1)

где N - число опытов в матрице

k - число неизвестных коэффициентов N = 8 - (3+1) = 4

После этого вычисляется величина критерия Фишера:

Вычисленное значение F критерия сравнивается с табличным для числа степеней свободы f = N(n-1) и уровне значимости 0,05.

В данном случае получили F = 0,183 F_табл = 3,0.

Поскольку F < F_табл, можно считать, что уравнение регрессии адекватно описывает результаты опытов.

<2021 22 23 24 25 26 >

Дата добавления: 2016-04-22; просмотров: 2943;