3. Классический эксперимент

Процесс выполнения классического (материального) эксперимен­та структурируется в шесть последовательно выполняемых этапов.

Этап I. Постановка проблемы, обоснование целей и задач эксперимента. Содержание первого этапа зависит от того, какой проблемой обусловлен эксперимент, т.е. совершенствование, развитие или реор­ганизация системы управления. Отметим некоторые его особенности. Обоснование цели и задач эксперимента основывается на анализе со­бранной информации, выдвинутой гипотезе и теоретических разработ­ках. Цель должна определять ожидаемые результаты исследования, а задачи — промежуточные результаты, которые будут получены по от­дельным этапам исследования.

Этап II. Формализация изучаемой реальности. Началом изучения объекта эксперимента следует считать:

а) построение его структурной модели с использованием принци­пов кибернетики и процессного подхода;

б) сбор, изучение и анализ, имеющихся данных об объекте;

в) определение входных X (экзогенных) и выходных Y (эндоген­ных) параметров, а также параметров преобразования (управляемых переменных)— Z.

Этап Ш. Обоснование средств и требуемого количества измерений или наблюдений, которые рассматриваются в качестве источников сбо­ра информации. Для измерения в первую очередь используются стан­дартные, серийно выпускаемые приборы и аппараты.

В отдельных случаях возникает потребность в создании уникаль­ных средств измерения.

Этап IV. Проектирование процесса проведения эксперимента. В начале составляют последовательность (очередность) проведения из­мерений и наблюдений в приложении к структурной модели объекта. Затем каждую операцию измерения описывают с учетом выбранных измерительных средств. Большое внимание уделяют методам контро­ля качества операций, записи результатов наблюдений и измерений.

Этап V. Планирование эксперимента. Планирование эксперимен­та необходимо во всех случаях, когда еще перед началом исследования предварительные знания можно представить (задать гипотезу) мате­матической моделью. Планирование эксперимента начинается с вы­бора варьируемых факторов и установления основных и второстепен­ных, влияющих на исследуемый процесс. Вначале анализируются расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого класси­фицируются все факторы и из них составляется убывающий по важ­ности ряд для данного эксперимента. Здесь же задаются границы изменения каждого входного Х_i, например (Х_iтак — X_imin), и параметра пре­образования Z_k, проверяется независимость между входными переменными и строится матрица планирования факторного эксперимента, устанавливающая соответствие между факторами Х_i и Y_i.

Этап VI. Выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех чисел, классификации и анализу. Результаты экспериментов должны быть сведе­ны в удобные формы записи — таблицы, графики, формулы, номо­граммы, позволяющие быстро сопоставить полученные результаты. Особое внимание должно быть уделено математическим методам об­работки опытных данных — аппроксимации каким-либо видом эмпи­рической зависимости, проверке адекватности модели, нахождению критериев и доверительных интервалов.