Раздел 2. Организация научно-исследовательской работы

2.1 Основные этапы научного исследования и опытно-конструкторских работ

Для успеха научного исследования его необходимо правильно организовать, спланировать и выполнять в определенной последователь­ности. Эти планы и последовательность действий зависят от вида, объекта и целей научного исследования.

Так, если оно проводится на технические темы, то вначале разрабатывается основной предплановый документ - технико-экономи­ческое обоснование, а затем осуществляются теоретические и экспериментальные исследования, составляется научно-технический отчет, и результаты работы внедряются в производство.

Исследовательскую работу проводят в определенной последова­тельности. Фундаментальные и прикладные исследования имеют об­щие особенности и их выполняют обычно в шесть этапов.

1. Постановка проблемы и формулирование темы исследова­ния.

2. Формулирование цели и задач исследований.

3. Теоретические исследования и моделирование.

4. Экспериментальные исследования.

5. Анализ и оформление научных исследований.

6. Внедрение и определение экономической эффективности.

2.1.1 Постановка проблемы и формулирование темы исследова­ния.

Формулировка темы:

- общее ознакомление с проблемой, по которой следует выполнить исследование;

- предварительное ознакомление с литературой и классификация важнейших направлений;

- формулирование темы исследования;

- определение объекта и предмета;

- составление краткого (предварительного) плана исследований (черновик, набросок);

- разработка научно-технического задания;

- составление календарного плана научных исследований;

- формулировка гипотезы, описывающей ожидаемые результаты;

- предварительная оценка ожидаемых результатов.

Этот этап исследований иногда называют подготовительным. Итогом его является составление технико-экономического обоснова­ния НИР. В нем обосновывается актуальность и целесообразность вы­полнения работы, доказывается новизна и патентная чистота, а так же определяются необходимые затраты денежных средств и материаль­ных ресурсов, назначаются сроки выполнения исследования, составля­ется календарный план решения проблемы, рассчитывается ожидаемая экономическая эффективность; устанавливается возможная область применения и потребность в результатах НИР. ТЭО оформляется в виде пояснительной записки с приложением к ней всех необходимых документов и расчетов (ТЗ, отчет о патентных исследованиях, расчет экономической эффективности).

Каждую научно-исследовательскую работу можно отнести к определенному направлению.

Под научным направлением понимается наука или комплекс наук, в области которых ведутся исследования. В связи с этим различают: техническое, биологическое, социальное, физико-техническое, историческое и т.п. направления с возможной последующей детализацией.

Структурными единицами научного направления являются:

- комплексные проблемы;

- проблемы;

- темы;

- научные вопросы.

Комплексная проблема представляет собой совокупность проблем, объединенных единой целью.

Проблема – это совокупность сложных теоретических и практических задач, решения которых назрели в обществе. Проблема возникает тогда, когда человеческая практика встречает затруднения или даже наталкивается на «невозможность» в достижении цели.

Проблема может быть: глобальной, национальной, региональной, отраслевой, межотраслевой, что зависит от масштаба возникающих задач.

Глобальные проблемы - это совокупность социоприродных проблем, от решения которых зависит социальный прогресс человечества и сохранение цивилизации.

К глобальным проблемам можно отнести проблему войны и мира, экологии, перенаселения, парниковый эффект.

Национальные проблемы – это те, которые характерны для всей страны в целом: проблема безработицы, распространения наркомании, демографические проблемы (снижение рождаемости, уменьшение средней продолжительности жизни) и т.д. Региональные проблемы для населения Кузбасса – экологическое неблагополучие, высокий уровень отдельных видов заболеваний (онкологических, патологии щитовидной железы) и т.д.

Отраслевые проблемы – те, которые можно отнести к отдельной отрасли промышленности, например, проблемы пищевой промышленности. Межотраслевые проблемы являются общими для различных отраслей промышленности, сельского хозяйства и др. Например, проблема качества и безопасности сырья для производства пищевых продуктов относится и к сельскому хозяйству, и к пищевой промышленности.

При выборе проблемы, с целью разрешения которой планируется выполнение научного исследования, важно уметь отличать научные проблемы от псевдопроблем (мнимых, ложных проблем). Наибольшее количество псевдопроблем связано с недостаточной информированностью научных работников, поэтому иногда возникают проблемы, целью которых оказываются ранее полученные результаты. Это приводит к напрасным затратам средств и труда ученых.

Тема научного исследования является составной частью проблемы. В результате исследования по теме получают ответы на определенный круг научных вопросов, охватывающих часть проблемы. Обобщение результатов ответов по комплексу тем может дать решение научной проблемы.

Под научными вопросами обычно понимают мелкие научные задачи, относящиеся к конкретной теме научного исследования.

Выбор направления, проблемы, темы научного исследования и постановка научных вопросов является чрезвычайно ответственной задачей. Направление исследования часто определяется спецификой научного учреждения, отрасли науки, в которых работает исследователь. Поэтому выбор научного направления часто сводится к выбору отрасли науки, в которой он желает работать. Конкретизация же направления исследования является результатом изучения состояния производственных запросов общественных потребностей и состояния исследований в том или ином направлении на данном отрезке времени.

Постановка (выбор) проблем или тем является трудной, ответственной задачей и включает в себя ряд моментов.

При выборе проблемы и темы научного исследования сначала на основе анализа противоречий исследуемого направления формулируется сама проблема и определяются в общих чертах ожидаемые результаты, затем разрабатывается структура проблемы, выделяются темы, вопросы, устанавливается их актуальность.

Формулирование проблемы:

- проблема возникает тогда, когда старое знание уже не способно, а новое еще не развилось настолько, чтобы давать ответы на возникающие вопросы;

- проблема в науке - это спорная ситуация, которая требует своего разрешения;

- правильная формулировка проблемы - это половина успеха, поскольку это означает умение отделить главное от второстепенного и разделить то, что известно от того, что неизвестно по теме исследования, а это определяет стратегию поиска;

- на основе анализа противоречий исследуемого направления формулируют основной вопрос-проблему и определяют в общих чертах ожидаемый результат.

Разработка структуры проблемы:

- разделяют проблему на темы, подтемы, вопросы;

- по каждому их этих компонентов определяют ориентировочную область и объем предстоящих исследований.

Каждая тема исследования должна отвечать следующим требованиям:

- быть актуальной (актуальность - важность, необходимость скорейшего разрешения);

- иметь научную новизну (т.е. должна вносить вклад в науку);

- иметь практическую значимость;

- быть экономически эффективной;

- тема должна соответствовать профилю научного коллектива (организации).

Актуальность исследования - это ответ на вопрос, почему данное исследование необходимо проводить именно сейчас, а не потом. Определение актуальности тем - их ценность на данный момент для прогресса науки и техники.

Научная новизна означает, что:

- тема в такой постановке никогда не разрабатывалась;

- тема в настоящее время не разрабатывается, т.е. дублирование исключается.

При выборе темы научного исследования новизна должна быть не инженерной, а научной, т.е. принципиально новой.

Если разрабатывается пусть даже новая задача, но на основе уже открытых закономерностей, то это область инженерных, а не научных разработок.

Поэтому выбор темы должен базироваться на специальном технико-экономическом расчете или на значимости темы исследования для престижа отечественной науки.

Важной характеристикой темы является возможность быстрого внедрения результатов в производство. Особо важно обеспечить широкое внедрение результатов не только на предприятии заказчика, но, например, в масштабах отрасли.

Практическая значимость определяется возможностью использова­ния результатов научного исследования для решения актуальных проблем и задач как на производстве, так и в смежных или междисциплинарных исследованиях.

Гипотезы бывают:

а) описательные (предполагается существование какого-либо явления);

б) объяснительные (вскрывающие причины его);

в) описательно-объяснительные.

К гипотезе предъявляются определенные требования:

- гипотеза должна быть достаточно теоретически надежна (преемственной с предшествующим знанием, не противоречить фактам науки);

- быть однозначно логически согласована с проблемой и целью;

- гипотеза должна включать понятия, получившие предварительное уточнение и интерпретацию;

- быть приложима к данным, заключенным в предварительном описании предмета исследования;

- предоставлять возможность эмпирической проверки (верификации) с помощью предметно-методических средств познания, которая обеспечивает переход от нее к теории и закону;

- она не должна включать в себя слишком много поло­жений: как правило, одно основное, редко больше;

- при формулировке гипотезы следует избегать ценност­ных суждений, гипотеза должна соответствовать фактам, быть проверяемой и приложимой к широкому кругу явлений;

- требуется безупречное стилистическое оформление, логическая простота, соблюдение преемственности.

Формулируя гипотезу, важно отдавать себе отчет в том, правильно ли мы это делаем, опираясь на формальные при­знаки хорошей гипотезы:

- адекватность ответа вопросу или соотнесенность выво­дов с посылками (иногда исследователи формулируют про­блему в определенном, одном плане, а гипотеза с ней не со­относится и уводит человека от проблемы);

- правдоподобность, т. е. соответствие уже имеющимся знаниям по данной проблеме (если такого соответствия нет, новое исследование оказывается изолированным от общей научной теории);

- проверяемость.

Основные этапы построения гипотез:

- выдвижение гипотез. Выдвижение гипотез есть основной вид научного творчества, связанный с объективной потребностью в новом знании. При этом выдвигаемая гипотеза должна соответствовать требованиям предъявляемым к ней;

- формулировка (разработка) гипотез. Выдвинутую гипотезу необходимо сформулировать. От правильности, четкости и определенности формулировки гипотезы зависят ход и результат ее проверки;

- проверка гипотез. Доказательство достоверности гипотез становится главной задачей последующего эмпирического исследования. Подтвердившиеся гипотезы становятся теорией и законом и используются для внедрения в практику. Неподтвердившиеся либо отбрасываются, либо становятся основой для выдвижения новых гипотез и новых направлений в исследовании проблемной ситуации.

2.1.2 Формулирование цели и задач исследований.

Формулирование цели и задач исследования:

- подбор и составление библиографических списков отечественной и зарубежной литературы,

- изучение научно-технических отчетов по теме различных организаций соответствующего профиля,

- составление аннотаций источников,

- составление рефератов по теме,

- анализ, сопоставление, критика прорабатываемой информации,

- обобщение, критика, составление собственного суждения по проработанным вопросам,

- формулирование методических выводов по обзору информации,

- формулирование цели и задач исследования.

Цели и задачи исследований формулируются на основе подробного анализа совре­менного состояния рассматриваемой проблемы. Подбирается литера­тура и составляется библиографические списки отечественных и зару­бежных источников (монографий, учебников, статей и др.). Изучаются научно-технические отчеты о НИР, выполненные другими организа­циями. Составляются аннотации источников, обзоры, анализы, рефе­раты и экспресс - информации, делается классификация основных на­правлений. Прорабатываемая информация анализируется, сопоставляет­ся, критикуется и обобщается в виде анализа состояния вопроса. На осно­ве анализа ставятся конкретные цели и задачи исследования. Далее осу­ществляется выбор метода исследования, разрабатывается календарный план выполнения работ и составляется методика исследований.

Методика исследований является обязательным звеном при вы­полнении НИР. Она во многом обеспечивает соблюдении сроков работ и успешное их завершение в зависимости от видов работ (лаборатор­ные, полупромышленные, промышленные) методика может быть об­щей или частной. Содержание методики должно полностью соответст­вовать задачам исследований.

Из предмета исследования вытекают его цель и задачи.

Цель формулируется кратко и предельно точно, в смыс­ловом отношении выражая то основное, что намеревается сделать исследователь. Она конкретизируется и развивается в задачах исследования.

Первая задача, как правило, связана с выявлением, уточ­нением, углублением, методологическим обоснованием сущ­ности, природы, структуры изучаемого объекта.

Вторая задача - с анализом реального состояния предмета ис­следования, динамики, внутренних противоречий развития.

Третья задача - со способностями преобразования, моделиро­вания, опытно-экспериментальной проверки.

Четвертая задача - с выявлением путей и средств повышения эффективности совершенствования исследуемого явления, процесса, т. е. с практическими аспектами работы, с пробле­мой управления исследуемым объектом.

2.1.3 Теоретические исследования и моделирование.

Теоретические исследования и моделирование:

- изучение физической сущности (природы) процессов и явлений, определяющих основные качества исследуемого объекта;

- выбор методов и разработка методики исследования;

- выполнение предварительных (поисковых) экспериментов;

- математизация модели;

- получение аналитических выражений;

- теоретический анализ полученных закономерностей.

Следующие этапы исследований сводятся к выполнению поставленных задач. Чаще всего в фундамен­тальных и прикладных исследованиях используется математическое и физическое моделирование, или, иными словами, теоретические и экс­периментальные исследования, которые могут выполняться в различ­ных сочетаниях, что зависит от темы и объекта исследований.

Теоретические исследования включают в себя несколько подэтапов. К ним относятся, прежде всего, составление математической модели исследуемого процесса (явления) на основе сформулированной гипотезы или использование готовой модели с учетом новых факто­ров. При этом для удобства решения и представления полученных ре­зультатов математическое описание явления чаще всего выполняется в безразмерных единицах на основе теории подобия.

Далее осуществляется выбор метода решения (аналитического или приближенного) с учетом требуемой точности, затрачиваемого времени, материальных затрат, простоты вычислений. Вычислитель­ный эксперимент позволяет получить результаты исследования в виде числовых данных, которые затем подвергаются обработке. Расчеты осуществляют, как правило, с помощью ЭВМ. В результате теоретиче­ских исследований получают расчетные уравнения, графики и номо­граммы, характеризующие закономерности изучаемого процесса. Сле­дует отметить, что при проведении расчетов и обобщений полученных результатов рационально применять теорию подобия и теорию плани­рования эксперимента.

В исследовании мало составить перечень мето­дов, необходимо их сконструировать и организовать в систе­му. Нет методики исследования вообще, есть конкретные ме­тодики исследования.

Методика - это совокупность приемов, способов иссле­дования, порядок их применения и интерпретации получен­ных с их помощью результатов. Она зависит от характера объекта изучения; методологии; цели исследования; разра­ботанных методов; общего уровня квалификации исследова­теля.

В ходе исследования составляется программа. В ней дол­жно быть отражено:

- какое явление исследуется;

- по каким показателям;

- какие критерии исследования применяются;

- какие методы исследования используются;

- порядок применения тех или иных методов.

Таким образом, методика - это как бы модель исследо­вания, причем развернутая во времени. Определенная сово­купность методов продумывается для каждого этапа иссле­дования.

Методика исследования, несмотря на свою индивидуаль­ность, при решении конкретной задачи имеет определенную структуру.

Основные компоненты методики:

- теоретико-методологическая часть, концепция, на ос­новании которой строится вся методика;

- исследуемые явления, процессы, признаки, пара­метры;

- субординационные и координационные связи и зависи­мости между ними;

- совокупность применяемых методов, их субординация и координация;

- порядок применения методов и методологических при­емов;

- последовательность и техника обобщения результатов исследования;

- состав, роль и место исследователей в процессе реали­зации исследовательского замысла.

Умелое определение содержания каждого структурного элемента методики, их соотношения и есть искусство иссле­дования.

Хорошо продуманная методика организует исследова­ние, обеспечивает получение необходимого фактического ма­териала, на основе анализа которого и делаются научные выводы.

Реализация методики исследования позволяет получить предварительные теоретические и практические выводы, содержащие ответы на решаемые в исследовании задачи.

Эти выводы должны отвечать следующим методическим требованиям:

- быть всесторонне аргументированными, обобщающи­ми основные итоги исследования;

- вытекать из накопленного материала, являясь логи­ческим следствием его анализа и обобщения.

При формулировании важно избежать двух нередковстречающихся ошибок:

- своеобразного топтания на месте, когда из большого и емкого эмпирического материала делаются весьма поверхно­стные, частичного порядка ограниченные выводы;

- непомерно широкого обобщения, когда из незначитель­ного фактического материала делаются неправомерно широ­кие выводы.

2.1.4 Экспериментальные исследования.

Экспериментальные исследования:

- разработка цели и задач эксперимента;

- планирование эксперимента;

- разработка методики программы исследований;

- выбор средств измерений;

- конструирование приборов, макетов, аппаратов, моделей, стендов, установок и других средств эксперимента;

- обоснование способов измерений;

- проведение эксперимента в лаборатории, на опытных участках, на заводах, в фирмах;

- обработка результатов измерений.

Для изучения физической сущности явления (процесса) часто еще на стадии формирования ги­потезы и разработки математической модели возникает необходимость в поисковых экспериментах, так называемом физическом моделирова­нии. Оно может выполняться на модельной установке или в натураль­ных условиях. Эксперименты проводятся с учетом основных положений теории подобия физических явлений.

Предварительные эксперименты, кроме того, позволяют опре­делить геометрические размеры установок или параметры изучаемого явления, установить основные влияющие факторы и их диапазон из­менения, наметить необходимые измерения и подобрать аппаратуру. На этом этапе исследований обязательным является разработка част­ных методик и программ работ; выполняется кропотливый и зачастую трудоемкий объем работ по конструированию приборов, макетов, ап­паратов, моделей, стендов, установок и других средств проведения экспериментов; обосновываются способы измерений, и составляется программа проведения основного эксперимента.

Выполнение эксперимента может осуществляться по обычной схеме в виде перебора влияющих факторов или с использованием тео­рии планирования эксперимента. После выполнения всей программы исследований производиться проверка правильности полученных ре­зультатов. Данные эксперимента представляются в виде уравнений (чаще всего в безразмерных единицах), затем оценивается погреш­ность расчета по ним. На всех этапах физического моделирования ши­роко применяются ЭВМ: для управления экспериментом; обработки результатов измерений; обобщения результатов и пр.

2.1.5 Анализ и оформление научных исследований.

Анализ и оформление результатов научных исследований:

- общий анализ теоретико-экспериментальных исследований;

- сопоставление экспериментов с теорией;

- анализ расхождений;

- уточнение теоретических моделей;

- повторение дополнительных экспериментов и их анализ до тех пор, пока не будет достигнута цель исследования;

- переформулировка предварительной гипотезы в утверждения -научный результат проведенного исследования;

- формулирование научных и производственных выводов;

- составление научно-технического отчета;

- рецензирование;

- составление доклада;

- корректировка рукописи.

В рамках этого этапа производится сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследования; дается анализ расхождений; уточняется теоретическая модель, и производятся в случае необходимости допол­нительные эксперименты. На этой стадии исследований рабочая гипо­теза превращается в теорию. На основании полученных результатов формулируются научные и производственные выводы. Конкретными результатами НИР могут быть уточнение математической или физиче­ской модели явления, разработка новой методики расчета, новой тео­рии, рекомендации по совершенствованию машин и установок, подго­товка данных для выполнения опытно-конструкторских работ. По ито­гам исследований оформляется отчет о НИР.

2.1.6 Внедрение и определение экономической эффективности.

Завершается научно-исследовательская работа внедрением результатов исследований в производство и определением экономической эффек­тивности от их пользования.

Для доведения результатов НИР к внедрению выполняются опытно-технологические или опытно-конструкторские разработки, которые включают в себя следующие этапы:

1) формулирование темы, цели и задач разработки;

2) изучение литературы, проведение исследований (в случае необходимости) и подготовка к техническому проектированию экспериментального образца;

3) техническое проектирование:

- разработка вариантов технического проекта;

- расчеты;

- разработка чертежей;

- изготовление отдельных узлов, блоков и анализ их работы;

- разработка и согласование технического проекта;

- технико-экономическое обоснование проекта;

4) рабочее проектирование - разработка со всеми деталями рабочего проекта.

5) изготовление опытного образца:

- анализ и контроль технической документации;

- проектирование технологических процессов;

- разработка карт;

- составление проекта организации работ;

- изготовление деталей, блоков и узлов опытного образца, их сборка;

- апробирование, доводка и регулировка образца;

- стендовые и производственные испытания;

6) доработка опытного образца:

- анализ работы узлов образца после производственных испытаний;

- замена отдельных узлов;

7) государственные испытания — передача образца специальной комиссии на государственные испытания.

Внедрение результатов и определение экономической эффективности:

- внедрение результатов исследования на производстве,

- определение экономического эффекта.

Вопросы