7. Методика исследований

После формулирования цели и постановки задач исследований для достижения этой цели необходимо разработать методику и план (программу) исследований.

Методика исследований – это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследований. Методика определяет успех эксперимента.

В методике и программе проведения экспериментов:

1. излагается цель и задачи экспериментов;

2. выбираются варьируемые факторы;

3. обосновывается объем экспериментов (число опытов);

4. обосновывается порядок реализации опытов, последовательность изменения факторов, интервалы между экспериментальными точками;

5. обосновывается экспериментальная техника, средства и методы измерений;

6. дается общее описание проведения экспериментов, их особенностей;

7. обосновываются способы обработки, анализа и формы представления результатов экспериментов.

Для реализации эксперимента необходимо правильно выбрать варьируемые факторы, т.е. установить основные и второстепенные факторы, влияющие на исследуемый процесс, а также интервалы их варьирования. С этой целью факторы ранжируют по степени их влияния на результаты эксперимента. Если априорно (без эксперимента) отранжировать факторы трудно, то выполняют небольшой предварительный эксперимент.

Для получения объективных результатов при минимальных затратах средств и времени обосновывается минимальное количество экспериментов и измерений, т.е. такое количество, которое в данном опыте обеспечивает устойчивое среднее значение измеряемой величины, удовлетворяющее заданной степени точности. Для этого используют методы математического планирования эксперимента. Применение математической теории эксперимента позволяет уже при планировании определенным образом оптимизировать объем экспериментальных исследований и повысить их точность. Особо тщательно необходимо обосновать применение экспериментального оборудования, приборов, методов и средств измерений, т.к.:

«... наука начинается ... с тех пор, когда начинают измерять»

(Д.И.Менделеев)

Желательно использовать стандартные приборы, установки и средства измерения, прошедшие аттестацию. Для записи результатов экспериментов (наблюдений и измерений) разрабатываются формы журналов, которые являются первичными документами, удостоверяющими фактические результаты экспериментов.

Важным разделом методики является выбор методов обработки, анализа и представления экспериментальных данных.

Результаты эксперимента должны быть представлены в удобочитаемых формах: таблицах, графиках, формулах, номограммах.

Особое внимание уделяется математическим методам обработки и анализа опытных данных (установлению эмпирических зависимостей, аппроксимации, установлению критериев и доверительных интервалов и др.). Результаты эксперимента должны отвечать трем статистическим требованиям:

1. требованию эффективности оценок, т.е. минимуму дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра;

2. требованию состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений оценка параметра должна стремиться к его истинному значению;

3. требованию несмещенности оценок (отсутствие систематических ошибок в процессе определения параметров).

Важным этапом экспериментальных исследований является метрологическое обеспечение результатов исследований, аттестация средств измерений и экспериментальных установок. Результаты исследований, полученные на неаттестованных экспериментальных установках и с использованием неаттестованных средств измерения считаются недостоверными.

Во многих отраслях науки разработаны автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) с вводом экспериментальных данных в ЭВМ, с расчетом результирующих показателей, с автоматическим управлением ходом эксперимента.

В методике оценивается объем и трудоемкость экспериментальных исследований, составляется перечень необходимых средств измерений, объем используемых материалов, список исполнителей, календарный план, смета расходов.