1567

2

УДК 658: 519

Планирование технического и технологического эксперимента:

Методические указания для самостоятельной работы по направлению подготовки магистров 15.04.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» для очной формы обучения / А.А. Мещерякова; М-во

образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 8 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени Петра I» Афоничев Д.Н.

3

1. Введение

Учебным планом по направлению подготовки магистра 15.04.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» предусмотрено изучение курса «Планирование технического и технологического эксперимента».

Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний в области проведения численного и натурного технического и технологического экспериментов, планирования технического и технологического эксперимента и проведения технического и технологического экспериментального исследования при поиске оптимальных характеристик.

Врезультате освоения дисциплины студент должен:

-знать фундаментальные физические понятия, физические величины и единицы их измерения, основные методы исследования и анализа, применяемые в современной физике и технике; базовые теории классической и современной физики, а также основные законы и принципы, управляющие природными явлениями и процессами, на основе которых работают машины, механизмы, аппараты и приборы современной техники;

-уметь использовать аппарат математических методов для решения практических задач инженерии и экономики;

-владеть навыками выбора и применения инструментальных средств для обработки данных.

2.Общие указания

Методические указания предназначены для магистров 1-го курса (1-й семестр) очного обучения. Объем дисциплины и виды учебной работы по семестрам приведены в табл. 1.

Цель лекций – дать основные направления по наиболее сложным разделам дисциплины, а также изложить материал по новейшим достижениям, не получившим достаточного освящения в учебной литературе.

Обзорный характер лекций не дает основание рекомендовать их в качестве единственного источника при подготовке к зачету.

Лабораторные занятия посвящены выбору факторов, уровней их варьировня и нулевой точки, априорному ранжированию факторов, полнофакторному эксперименту и дробнофакторному эксперименту.

4

Таблица 1 - Объем дисциплины и виды учебной работы

3. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1 Основы планирования технического и технологического экспериментов.

Общие принципы проведения экспериментальных исследований. Понятие планирования технического и технологического эксперимента. Основные определения. Классификация видов экспериментальных исследований. Характеристики зависимости и связи.

Раздел 2 Факторы и модели

Полнофакторный эксперимент. Принципы определения области эксперимента. Выбор уровней, интервалов варьирования. Точность фиксирования факторов. Свойства полнофакторного эксперимента. Дробнофакторный эксперимент. Пути минимизации объема экспериментального исследования. Дробная реплика

Раздел 3 Планирование и оптимизация

Назначение моделей, виды моделей. Принципы выбора модели. Функция отклика, поверхность отклика. Способы описания модели. Оптимизация, виды оптимизации. Виды параметров оптимизации, требования к параметрам оптимизации.

5

Раздел 4 Случайные величины и их законы распределения. Моделирование

Понятие случайной величины. Прерывные и непрерывные случайные величины. Способы задания распределения случайных величин. Вычисление вероятностей для дискретных случайных величин. Вычисление вероятностей для непрерывных случайных величин. Двумерное нормальное распределение. Моделирование распределений. Типы статистических данных. Способы обработки результатов технического и технологического экспериментальных исследований. Точечные оценки параметров. Интервальные оценки параметров. Проверка статистических гипотез.

4. Лабораторные занятия

Перечень лабораторных работ по курсу для студентов очного обучения представлен в табл.2.

Таблица 2 - Перечень лабораторных работ

5. Самостоятельная работа магистров

Часть материала курса вынесена на самостоятельное изучение магистров. Темы этой работы представлены в табл.3.

Таблица 3 - Перечень вопросов, выносимых на самостоятельное изучение

6

Контроль самостоятельной работы магистров осуществляется преподавателем. Контроль качества освоения дисциплины проводится посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся. Результаты контроля отражаются в баллах модульно-рейтинговой системы оценки знаний магистра.

После прослушивания курса лекций, выполнения лабораторных работ магистр допускается к сдаче зачета. Контрольные вопросы к зачету для магистров очного обучения приведены ниже.

6.Контрольные вопросы

1.Место эксперимента в современной науке и технике. Основные понятия и методы планирования эксперимента.

2.Прямые и косвенные исследования. Аналогии процессов различной природы.

3.Этапы планирования эксперимента.

4.Формализация объектов исследования. Выбор математической модели.

5.Факторы и требования к ним.

6.Предпосылки классического регрессивного анализа.

7.Построение математической модели многофакторного процесса с помощью метода наименьших квадратов.

8.Регрессионный анализ в матричной форме.

11.Проверка значимости оценок коэффициентов регрессии.

12.Проверка адекватности регрессионной модели, принцип сопоставления с шумом.

7

13.Анализ работоспособности полученной модели, коэффициент детерминизации.

14.Оценка точности отклика, предсказанного регрессионной моделью.

15.Определение точности величин-функций. Математический анализ результатов эксперимента. Порядок проведения эксперимента. Однофакторный эксперимент. Многофакторный план. Факторный план.

16.Методы оптимизации статистических моделей. Эволюционное планирование.

17.Типы механических испытаний материалов.

18.Полнофакторный и дробнофакторный эксперименты.

19.Эксперимент с поиском оптимальных условий (метод координатного спуска и градиентного поиска).

20.Обработка результатов экспериментов. Метод наименьших квадратичных отклонений.

Библиографический список

Основная литература:

1.Теория и практика технического и технологического эксперимента: Учебное пособие Гришенцев А.Ю. СПб:СПбГУ ИТМО, 2010 – 102с[Единое окно]

2.Климова Г.Н. Планирование и организация эксперимента [Электронный ресурс]: тексты лекций / Г.Н. Климова, А. В. Кононова, В. П. Белокуров; ВГЛТА.- Воронеж, 2014.- 75 с. - ЭБС ВГЛТА.

Дополнительная литература:

1.Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: Конспект лекций (отдельные главы из учебника для вузов) Лавров В.В., Спирин Н.А. под общ. Редакцией Н.А. Спирина. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. – 257 с [Единое окно]

2.В.В. Рыков, В.Ю. Иткин Математическая статистика и планирование эксперимента. Конспект лекций для студентов специальности 230401 - “Прикладная математика” РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина Москва, 2009 – 303 с. [Единое окно]

3.Научные исследования и решение инженерных задач в сфере автомобильного траспорта [Электронный ресурс]: рек. Мин-вом образов. Респ. Беларусь в качестве учебного пособия для студентов высших учеб. заведений / Н.А.Коваленко - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знан., 2013-271С- ЭБС "Знаниум".

4.Шкляр М. Ф. Основы научных исследований: Учебное пособие [Электронный ресурс] / М. Ф. Шкляр. - 4-е изд. - М.: Дашков и К, 2012. - 244 с.

-ЭБС "Знаниум".

8

Мещерякова Анна Анатольевна

Планирование технического и технологического эксперимента

Методические указания для самостоятельной работы по направлению подготовки магистров 15.04.04 – «Автоматизация технологических процессов

и производств» для очной формы обучения

Редактор С.Ю. Крохотина

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»