4.2. Разработка плана-программы и методики эксперимента

План-программа включает: наименование темы, рабочую гипотезу, методику эксперимента, перечень необходимых материалов, приборов и установок, список исполнителей эксперимента, календарный план ра­бот, смету на выполнение эксперимента, а, в ряде случаев, и работу по созданию необходимых приборов, приспособлений.

Основу плана-программы составляет методика эксперимента.

Методика эксперимента представляет собой систему приемов и способов наиболее эффективного экспериментального исследования и включает: цель и задачи эксперимента, выбор варьируемых факторов, обоснование средств и потребного количества измерений, описание проведения эксперимента, обоснование способов обработки и анализа результатов экспериментов.

Определение цели и задачи эксперимента — это один из наиболее важных его этапов. На основании анализа информации, гипотезы и тео­ретических разработок по теме НИР обосновываются цель и задачи экс­перимента. Количество задач не должно быть слишком большим (обыч­но 3 — 4 задачи), в большом исследовании их может быть 8 - 10. Выбор варьируемых факторов — это определение основных и второстепенных факторов, влияющих на исследуемый процесс.

Обоснование средств измерений - это выбор необходимых для на­блюдений и измерений приборов, аппаратов и другого оборудования. В отдельных случаях может возникнуть потребность в создании уникаль­ных приборов, стендов и устройств для проведения опытов по теме НИР.

Особо ответственной частью является установление точности из­мерений и погрешностей. Методы измерений должны базироваться ка законах специальной науки метрологии, изучающей средства и методы измерений.

В методике подробно рассматривается процесс проведения экспе­римента. Вначале определяют последовательность проведения операций и наблюдений. Затем тщательно описывают каждую операцию в отдель­ности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента. Раз­рабатывают формы журналов для записи результатов наблюдений и из­мерений.

Важным разделом методики является выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к сис­тематизации всех цифр, их классификации и анализу. Результаты экспе­риментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи (табли­цы, графики, формулы, номограммы), позволяющие быстро сопостав­лять полученные результаты.

Особое внимание в методике должно быть уделено математиче­ским методам обработки и анализу опытных данных, установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации связей между варьируе­мыми параметрами, нахождению критериев и доверительных интерва­лов.

Возможны три типовых случая проведения эксперимента:

1-й случай. При теоретическом исследовании получена анали­тическая зависимость, которая однозначно определяет исследуемый процесс. Например, у = Зе^2х. В этом случае объем эксперимента для подтверждения данной зависимости минимален, т.к. функция однознач­но определяется экспериментальными данными.

2-й случай. Теоретическим исследованием установлен только характер зависимости, например, у = ae^-bх. В этом случае задано семей­ство кривых. Экспериментальным путем следует определить величины а и в. При этом объем эксперимента возрастает.

3-й случай. Теоретическими исследованиями не удалось полу­чить каких-либо зависимостей, разработаны лишь предположения о ка­чественных закономерностях процесса.

Объем экспериментальных работ значительно возрастает. Здесь уместен метод математического планирования эксперимента (см. п. 4.11).

Составленную план-программу рассматривает научный руководи­тель темы НИР, обсуждают в научном коллективе и утверждают в уста­новленном порядке.