3. Направления научных исследований и этапы научно-исследовательских работ
По целевому назначению и уровню (глубине проникновения в изучаемый объект, степени обобщения) выделяют три вида научных исследований:
фундаментальные,
прикладные,
научные разработки.
Фундаментальные исследования направлены на открытие и изучение новых явлений и законов природы, на создание новых принципов исследований (на грани известного и неизвестного).
Фундаментальные научные исследования выполняются как теоретически, так и экспериментально, а их результаты являются базой для прикладных научных исследований и опытно-конструкторских работ. Однако переход к технике или технологии нового поколения не всегда базируется на результатах фундаментальных исследований или открытий. Например, паровой двигатель был создан раньше, чем термодинамика, как наука, первые самолеты появились без исследования аэродинамической теории. Таким образом, фундаментальные исследования, их результаты являются мощным фактором технического прогресса, но без прикладных научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских работ их использование будет неэффективным.
Прикладные исследования направлены на нахождение способов использования законов природы для создания новых и совершенствования существующих средств и способов человеческой деятельности. К ним относятся поисковые, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. Они базируются на фундаментальных исследованиях (термоядерная реакция, лазер, ультразвук, сверхпроводимость, сверхпластичность металлов, безизносное трение, самораспространяющийся высокотемпературный синтез и др.).
Научные разработки – это целенаправленный процесс преобразования результатов фундаментальных и прикладных исследований в форму, пригодную для освоения (использования, внедрения). В зависимости от источников финансирования научные исследования делятся на госбюджетные, по грантам, хоздоговорные, благотворительные (от частных фирм и лиц), нефинансируемые.
Научное направление – это наука или комплекс наук, в области которых ведутся исследования, применяя специальные методы и технические средства. Например, атомная физика, физико-химия СВС процессов, технология машиностроения, информационная технология и др. Научные направления делятся на комплексные проблемы, частные проблемы, которые возникают на трудностях реализации цели, темы и научные вопросы (частные научные задачи по темам исследований). Например, разработка способа получения и использования атомной энергии, в частности, термоядерной энергии – это крупная комплексная проблема. При ее решении возникает много частных проблем, таких как физика процесса, способы управления процессом, удержание плазмы в магнитном поле, способы защиты от радиации, конструкция установок, конструкционные материалы для установок, обеспечивающие их качество и надежность, строительство атомных электростанций, утилизация отходов, экологические и другие проблемы.
Научные темы: теплофизика процессов и теплотехнические расчеты, разработка принципиальных схем атомных энергоустановок (АЭС, АСТ, ВВЭР, БН, РБМК и др.), прочностные исследования и расчеты, влияние радиационного облучения на свойства конструкционных материалов, способы получения радиационно-стойких конструкционных материалов, технологические процессы обработки специальных конструкционных материалов и технологические процессы изготовления энергоустановок, методы контроля качества материалов, деталей и узлов атомных энергоустановок и др.
Второй пример. Разработка технологий изготовления ультрапрецизионных деталей ответственного назначения (нанотехнологий) –крупная комплексная научно-техническая проблема.Для ее решения необходимо выполнить глубокие исследования и разработки теоретических основ нанотехнологий, т.е. технологий изготовления деталей с нанометрической точностью, особыми требованиями к состоянию повыерхностного слоя и эксплуатационным свойствам, создать специальные материалы сверхвысокой чистоты, гомогенности свойств, стабильности, хорошей обрабатываемости резанием, создать специальные инструменты, оборудование, методы контроля, звуко- и виброизолированные, термоконстантные производственные помещения и т.п.
Выбор перспективного научного направления – сложная и важная задача, правильное решение которой в значительной степени зависит от квалификации научных работников, полноты и достоверности научно-технической информации. Выбору темы должно предшествовать тщательное ознакомление с отечественными и зарубежными литературными источниками по данной и смежным специальностям. Очень важно дать правильную оценку информации. В противном случае за достоверную можно принять ошибочную или заведомо ложную научно-техническую информация (дезинформацию), специально ориентирующую на тупиковые направления. Часто в качестве перспективных выдвигаются псевдопроблемы, которые уже решены, но некоторым научным сотрудникам это неизвестно. Для более качественного решения задач и возможности выбора лучшего варианта иногда идут на сознательное дублирование разработок творческими коллективами.
Требования к научной теме и ее результатам:
актуальность;
научная новизна;
практическая ценность.
Перед постановкой темы для подтверждения актуальности и практической значимости проводится ее технико-экономическое обоснование (ТЭО). Для этого необходимо четко сформулировать главную задачу, которую предполагается решить в научном исследовании и разработке.
Критерием экономической эффективности научной разработки служит коэффициент эффективности:
где Эп – предполагаемый (ожидаемый) экономический эффект от использования (внедрения) результатов разработки;
Зи – затраты на научные исследования.
Коэффициент эффективности подсчитать непросто, поэтому часто прибегают к методу экспертных оценок. Для теоретических исследований ТЭО не требуется.
Цикл научных исследований и разработок укрупненно можно разделить на 5 этапов:
фундаментальные теоретические исследования;
проверка идей и результатов теоретических исследований;
прикладные научные исследования;
опытно-конструкторские и технологические разработки, изготовление опытных образцов, их испытание;
широкое использование результатов исследований (внедрение).
Порядок проведения научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок (НИОКР) регламентируется стандартами и специальными методиками. НИР выполняется тогда, когда разработку новой продукции невозможно или нецелесообразно осуществлять без проведения и результатов научных исследований. Например, без результатов исследований влияния технологических факторов на состояние поверхностного слоя ответственных деталей невозожно разработать технологический процесс их изготовления, обеспечивающий требуемые показатели качества деталей.
НИР выполняются в соответствии с техническим заданием (ТЗ), в котором формулирются цели и задачи, содержание, порядок проведения работ, способ реализации результатов. Указывается перечень технической документации, предъявляемой по окончании работ, порядок рассмотрения и приемки НИР и ее этапов, технико-экономическое обоснование. Кроме того, устанавливается номенклатура и численные значения параметров, которые необходимо получить, точность их определения, способы моделирования объектов исследования (математическое, физические модели, макеты, экспериментальные образцы, их количество, состав документации для изготовления) и другие требования. Техническое задание разрабатывает заказчик НИР и согласовывает с головным исполнителем, а также головной организацией по данному виду продукции или проблеме. НИР разделяются на отдельные этапы, по которым могут составляться технические отчеты, предусматриваться их рецензирование, доклады по выполненным работам на азличных советах. Полученные в ходе выполнения НИР результаты, которые могут составить предмет изобретения, должны своевременно оформляться соответствующими заявками.
Законченные НИР рассматривают на НТС или ученом совете, его секции или техническом совещании специалистов организации-исполнителя НИР с участием заказчика.
Результаты выполненной НИР оценивают на соответствие требованиям ТЗ, обоснованности рекомендаций по разработке новой техники и технологий, оценке технического уровня, патентной чистоты и патентоспособности продукции, разрабатываемой по данным рекомендациям.
В итоге дается оценка научно-технического уровня выполненных исследований, устанавливается перечень вопросов, требующих дальнейшего решения при проведении опытно-конструкторских или опытно-технологических работ.
Опытно-конструкторские работы выполняются на основании выданного технического задания, объем которого и глубина разработки зависит от сложности создаваемого изделия или технологии, а также от типа будущего производства. Содержание ТЗ определяет заказчик. Основным разделом ТЗ являются «Технические требования» к изделию или технологии. В этом же разделе перечисляются документы, требованиям которых должно соответствовать изделие. Главным документом является ЕСКД, в которой определены условия и порядок разработки технического предложения, эскизного проекта, технического проекта и рабочей конструкторской документации.
Выполнение прикладных научно-исследовательских работ можно свети к пяти этапам.
1-й этап. Формулирование темы и ее технико-экономическое обоснование. Формулируется название темы, разрабатывается техническое задание, формулируется конечная цель темы, ожидаемые результаты, проводится ТЭО темы, составляется укрупненный календарный план выполнения темы.
2-й этап. Изучение состояния вопроса по теме. Проводится подбор и анализ опубликованных материалов и отчетов по теме, патентная проработка темы, критический анализ и выявление нерешенных вопросов, делается заключение о целесообразности (или нецелесообразности) закупки лицензий, использовании известных решений или постановки специальных исследований. Формулируются задачи, методы исследований и этапы. Разрабатывается методика и рабочий план исследований.
3-й этап. Проведение теоретических и экспериментальных исследований. Анализируется физическая сущность явлений, проводяться поисковые экспериментальные исследования, разрабатываются гипотезы, обосновывается физическая модель явления, разрабатывается его математическая модель или методы расчета. Разрабатывается методика проведения экспериментов, выбираются приборы, средства измерения, создаются оригинальные установки, обосновываются методы планирования экспериментов, обработки и представления их результатов. Проводятся экспериментальные исследования.
4-й этап. Анализ результатов исследовании. Он включает в себя общий анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований, их сопоставление, подтверждение или уточнение теоретической модели и гипотезы, разработку теории, формулирование научных выводов и разработку практических рекомендаций для использования результатов НИР.
5-й этап. Апробация и использование результатов НИР. Проводятся опытно-конструкторские (ОКР) и опытно-технологические работы в лабораторных и производственных условиях. Оценивается фактический экономический эффект. Опытно-конструкторские работы проводятся для практической реализации результатов научно-исследовательских работ, разработки конструкторской и технологической документации для опытного и серийного производства.
Основные этапы ОКР:
Разработка технического задания (ТЗ) на ОКР.
Разработка технического предложения, которое является основанием для корректировки ТЗ и выполнения эскизного проекта.
Эскизное проектирование (основание для технического проектирования).
Техническое проектирование, при котором проводится окончательный выбор технических решений.
Разработка рабочей документации для изготовления и испытания опытного образца.
Проведение предварительных испытаний.
Государственные (ведомственные) испытания (проводятся в зависимости от требований к разрабатываемой технике).
Отработка документации по результатам испытаний.
Результаты научно-исследовательских работ могут быть положительными, отрицательными и промежуточными, требующими их продолжения. Положительным результатом НИР является достижение научно-технического, экономического и социального эффекта. Научный эффект состоит в получении новых научных знаний. Науучно-теххнический эффект характеризуется возможностью использования результатов исследований в других НИР и ОКР, а также для создания новой продукции. Социальный эффект проявляется в улучшении условий труда, повышении экономических показателей, развитии культуры, науки, образования, здравоохранения.
Оценка научно-технических результатов прикладных работ производится путем сопоставления технических параметров, достигнутых в результате НИР, с базовыми параметрами, которые были до использования результатов НИР. В случае наличия нескольких показателей научно-техническая результативность оценивается по приведенному показателю, который рассчитывается по формуле:
,
где n – количество оцениваемых показателей,
Кпi – коэффициент относительного (по сравнению с базовым) повышения i-го показателя,
Квi – коэффициент влияния (весомости) i-го показателя.